Установка асм-зоом для исследования пластовых нефтей

Комплекс приборов АСМ-ЗООМ (рис. 111.32) применяется для проведения опытов по разгазированию нефтей, по опреде­лению зависимости «давление — объем» газонефтяных смесей при различных температурах (р-, V-, Т-соотношения), опреде­лению вязкости пластовой нефти и исследованию температуры начала кристаллизации парафина. По данным этих опытов можно подсчитать давление насыщения и коэффициент сжимае­мости, определить газосодержание, плотность, объемный коэ ф­фициент и усадку, коэффициент растворимости газа в нефти.

Рис. III.32. Схема установки АСМ-ЗООМ для исследования пластовых нефтей 1 - измерительный пресс; 2 - усилитель (к вискозиметру ВВДУ); 3- вискозиметр ВВДУ; 4 - вакуумметр; 5 - вакуумловушка; 6 - вакуумнасос; 7 - пробоотборник; 8 - качалка для раскачивания пробоотборника; 9 и 12 — манометры; 10 — термостат; 11 — напорный бачок; 13 — насос жидкостный; 14 — промежуточная емкость

Опыты, связанные с изменением объема нефти и нефтега­зовой смеси, проводятся при помощи пресса 1, представляю­щего собой толстостенный цилиндр, в котором передвигается поршень. Проба нефти в пресс переводится из пробоотборника 7 или специального контейнера при помощи приборов блока перевода пробы, состоящего из жидкостного насоса 13, проме­жуточной емкости 14 и бачка 11. Насос нагнетает масло из бачка 11 в верхнюю часть промежуточной емкости, заполнен­ную соленой водой, которая через вентиль нижней переходной головки поступает в пробоотборник. Проба нефти через вентиль верхней переводной головки поступает в трубопровод и через манифольд в пресс. (Верхний клапан пробоотборника при этом поддерживается в открытом состоянии при помощи специаль­ного штока). Плунжер пресса выдвигается с такой же скоро­стью, с какой насос вытесняет нефть из пробоотборника. Плун­жер передвигается электродвигателем через червячный редуктор или ручным приводом. Аналогичным способом пробу нефти можно вытеснить в вискозиметр 3. Полезная емкость пресса 200 см³, максимальное давление 30 МПа. Объем газонефтяной смеси, находящейся внутри пресса, измеряют по линейной не­подвижной шкале с точностью до 1 см³ и по вращающемуся лимбу с точностью до 0,02 см³. Рабочая температура (макси­мальная) 100 °С.

Для управления и автоматического регулирования процес­сов исследования аппаратура снабжена блоком автоматики и регулирования, т. е. комплексом пускорегулирующей аппара­туры (реле, магнитные пускатели, вариатор, предохранители). Блок управления расположен на специальном щите и представ­ляет собой панель, на которой смонтированы устройства (кнопки управления, выключатели) и сигнальная аппаратура. Исследуемая проба перемешивается складывающейся мешал­кой. Напряжение на статор привода мешалки подается через вариатор (автотрансформатор ЛАТР), регулирующая ручка ко­торого выведена на лицевую сторону блока автоматики.

Объем газа, выделившегося из нефти при различных давлениях, измеряется спе­циальной бюреткой (не показана на рис. III.32), куда газ выдавливается из пресса через манифольд при ходе плун­жера вверх. Все трубопроводы и приборы до заполнения пробой нефти освобожда­ются от воздуха с помощью вакуум-насоса 6.

Определение физических свойств нефти. Рассмотрим для при­мера методику определения некоторых па­раметров пластовых нефтей: вязкости, дав­ления насыщения, коэффициента сжимае­мости нефти.

Вязкость определяется с помощью вискозиметра (рис. 111.33) высокого давления (ВВДУ) по вре­мени качения шарика внутри немагнитной трубки 6, заполнен­ной исследуемой нефтью или пластовой водой. В верхнем поло­жении шарик удерживается соленоидной катушкой 2, образую­щей с сердечником 3 электромагнит. В нижней части цилиндра установлены индуктивные катушки 8, соединенные с усилителем и электрическим секундомером. При, включении секундомера автоматически отключается электромагнит и шарик начинает падать в исследуемой жидкости. Дойдя до нижней части трубки, он попадает в поле индуктивных катушек 8 и создает дополнительную электродвижущую силу, под действием кото­рой срабатывают реле, разрывающие электрическую цепь се­кундомера. При повторном опыте шарик возвращают в верхнее положение поворотом вискозиметра.

Р ис. 111.33. Схема устройства вискозиметра высо­кого давления 1 — проходной штуцер; 2 — соленоидная катушка; 3 — же­лезный сердечник; 4 — стальной шарик; 5 — рубашка тер­мостата; 6 — калиброванная трубка; 7 — толстостенный ци­линдр; 8 — индуктивные катушки; 9 — проходной вентиль

Вязкость рассчитывают по формуле =τ(_ш—_ж)К, где  — абсолютная вязкость; τ — время качения шарика; _ш и _ж — плотность шарика и жидкости; К — постоянная вис­козиметра, определяющаяся для каждого вискозиметра калиб­ровкой. Зависит эта постоянная от размеров шарика и трубки и от угла его наклона.

Для калибровки используют жидкости с известной вязко­стью. ВВДУ предназначен для определения вязкости пласто­вых нефтей и вод от 0,5 мПас и более при давлении до 50 МПа и температуре до 80 °С.

Д авление насыщения, коэффициент сжимаемости и другие параметры определяют по зависимости между давлением и объемом нефти. Опыт проводится путем расширения пробы нефти, находящейся в полости пресса. Давление снижают ступенями до вы­деления некоторого количества газа из нефти. С момента начала выделе­ния газа темп падения давления за­медляется. Давление насыщения оп­ределяют по графику зависимости приращения объема системы от дав­ления (рис. 111.34). Началу выделе­ния газа из нефти соответствует точка А перелома кривой.

Рис. 111.34. Схематический график зависимости при­ращения объема системы от степени понижения дав­ления

По зависимости между объемом нефти V и давлением в об­ласти выше давления насыщения сравнительно просто подсчи­тывается и коэффициент сжимаемости нефти _н, .

Объемный коэффициент, газосодержание и плотность пла­стовой нефти определяют по данным, полученным при одно­кратном разгазировании пластовой нефти. При опыте из пресса выпускается некоторое количество пластовой нефти в предва­рительно взвешенный стеклянный сепаратор, где газ отделяется от нефти. Объем выделившегося газа V_г измеряют бюреткой, предварительно заполненной соленой водой.

Объем К_дег дегазированной нефти определяется по массе и плотности нефти, находящейся в сепараторе. Объем нефти V_пл в пластовых условиях находят по измерительной шкале пресса вычитанием отсчетов по шкале положения пресса до (N₁) и после (N₂) выпуска из него нефти: V_пл=N₁-N₂.

По результатам опыта рассчитываются соответствующие па­раметры: объемный коэффициент b = V_пл/V_дег; газосодержание G = V'_г/M_пл, где V_г — объем выделившегося газа, приведен­ный к стандартным условиям; плотность пластовой нефти _пл = М_пл/V_пл, где М_пл — масса пластовой нефти (равна сумме масс сепарированной нефти и выделившегося газа).

Подробно методика определения характеристик пластовой нефти описана в специальных руководствах по анализу нефтей в пластовых условиях.

Кроме аппаратуры АСМ-300М, АСМ-600 для исследования свойств нефтей и их изменений в зависимости от пластовых условий используются различные приборы, созданные научно-исследовательскими институтами и лабораториями. Физические свойства нефтей находятся в тесной связи с их электрическими, акустическими и другими параметрами. Принцип действия при­боров для оценки свойств, нефтей основан на измерении упомя­нутых характеристик. Например, в момент начала выделения газа из нефти при снижении давления в пробе проводимость среды для ультразвука резко снижается. Давление, соответ­ствующее точке излома кривой зависимости интенсивности уль­тразвука от давления, будет соответствовать давлению насыще­ния нефти газом. Существует много типов разнообразных, ма­логабаритных пробоотборников, портативных установок для исследования пластовых нефтей, установок для анализа их свойств в полевых условиях и т. д. По всем этим вопросам не­обходимо обращаться к специальной литературе.

Для повышения оперативности работ по анализу свойств пластовой нефти создана передвижная лаборатория (ПЛИН-1), позволяющая отбирать и исследовать свойства пластовой и по­верхностной нефти и газа непосредственно на промыслах. Обо­рудование лаборатории, смонтированное в кузове автомашины высокой проходимости, состоит из ряда блоков, позволяющих отбирать пробы нефти и газа, исследовать физические свойства нефти, определять газосодержание нефти и плотность газа, про­водить их хроматографический анализ.

Рис. III.35. Схема строения глубин­ного вискозиметра

Создан комплекс приборов для исследования свойств пла­стовых нефтей непосредственно на забое скважины. В качестве примера на рис. II1.35 приведена схема устройства глубинного капиллярного вискозиметра ВНИИ. Принцип его действия осно­ван на измерении времени втекания известного объема нефти из скважины в емкость А через капилляр 1 при заданном пере­паде давления на концах капилляра. Емкость А перед спуском заполняется газом под давлением р_г несколько меньшим, чем давление р_с в скважине на глубине измерения вязкости нефти. Под давлением нефти плавающий разделитель 2 и шток 3 вме­сте с пером движутся вниз. При этом перо записывает диа­грамму на бланке барабана 4, который вращается часовым ме­ханизмом с постоянной скоростью. Вид диаграммы приведен на рис. 111.36 — по оси ординат регистрируется перемещение раз­делителя 2, которое соответствует объему вошедшей в емкость А через капилляр нефти, а по оси абсцисс — время. Вязкость подсчитывают по формуле (III.111)

г де К - константа вискозиметра, определяемая при калибровке его по жидкости с известной вязкостью; m - масштаб времени по оси абсцисс; y и x - соответствующие отрезки на графике рис. 111.36; р_г - среднее давление в камере А за время xm.

Рис. III.36. Диаграмма записи глу­бинного вискозиметра ВНИИ

Вискозиметр рассчитан для работы при давлениях до 30 МПа и температурах до 100 °С, объем емкости для нефти составляет 100 см³.

Комплекс приборов включает также глубинный экспансиметр (для измерения коэффициента сжимаемости), глубинный сатуриметр (для измерения давления насыщения нефти газом), триометр, позволяющий измерять плотность, газосодержание и объемный коэффициент нефти.

Экспериментальные методы определения свойств пластовых нефтей связаны с применением специальной аппаратуры высо­кого давления и трудоемки. Поэтому для их оценки использу­ются также расчетные и графо-аналитические методы, базирую­щиеся на результатах обработки большого объема опытных данных.