Skip to content
Brent$117,6Газ TTF$1 192USD453,87 ₸
MunaiHub

Кітапхана әзірге орыс тілінде. Ағылшын және қазақ тілдеріндегі нұсқалары кейінірек қосылады.

Формулалар: Обустройство и подготовка продукции

«Добыча нефти и газа» бөліміндегі «Обустройство и подготовка продукции» тақырыбы сабақтарының формулалары қолданылу шарттарымен және бірліктерімен, сондай-ақ белгілердің осы сабақтардағы мағынасы.

Дебит нефти при ограничениях по нефти и по жидкости
qo=min⁡ ⁣[ Q, L (1−WC) ],qw=qo WC1−WCq_o = \min\!\left[\,Q,\ L\,(1 - \text{WC})\,\right],\qquad q_w = q_o\,\frac{\text{WC}}{1 - \text{WC}}

любые согласованные; объёмы в стандартных условиях

Мына жағдайда орындалады: скважины могут дать больше жидкости, чем принимают объекты: дебит ограничен объектами, а не пластом; обводнённость зависит только от того, какая доля запасов уже отобрана, а не от темпа отбора — это упрощение: на деле быстрый отбор может ухудшить охват пласта заводнением; в поздние годы добычу ограничивает ещё и экономический предел: когда выручка перестаёт покрывать затраты, промысел останавливают.

Концепции обустройства месторождений →
Расход топливного газа электростанции
Vт=Nη QнV_{\text{т}} = \frac{N}{\eta\,Q_{\text{н}}}

СИ; для тыс. м³/сут результат умножают на 86,4

Мына жағдайда орындалады: КПД постоянен; у газовых турбин он падает при неполной загрузке и в жару — расход топлива тогда больше; теплота сгорания попутного газа зависит от его состава: чем больше этана, пропана и бутанов, тем она выше.

Концепции обустройства месторождений →
Полка добычи в долях запасов
d=365 QNr⋅100 %d = \frac{365\,Q}{N_r}\cdot 100\ \%

объёмы в стандартных условиях

Мына жағдайда орындалады: показатель удобен для сравнения месторождений разного размера; разумная доля зависит от пласта, способа разработки и затрат и не является нормой.

Концепции обустройства месторождений →
Время, за которое обводнённость вырастает от upu_p до uu
t−tp=2a[(up−u)+ln⁡1−up1−u],a=365 LNr (1−Rпр)t - t_p = \frac{2}{a}\left[(u_p - u) + \ln\frac{1 - u_p}{1 - u}\right],\qquad a = \frac{365\,L}{N_r\,(1 - R_{\text{пр}})}

время в годах; LL в м³/сут, NrN_r в м³

Мына жағдайда орындалады: кривая обводнения урока WC=(R−Rпр)/(1−Rпр)\text{WC} = \sqrt{(R - R_{\text{пр}})/(1 - R_{\text{пр}})}; объекты всё время загружены по жидкости.

Концепции обустройства месторождений →
Допустимая скорость газа (уравнение Саудерса — Брауна)
vmax⁡=Kρж−ρгρгv_{\max} = K\sqrt{\frac{\rho_{\text{ж}} - \rho_{\text{г}}}{\rho_{\text{г}}}}

любые согласованные: KK и vmax⁡v_{\max} в одних единицах скорости, плотности — в одних единицах

Мына жағдайда орындалады: форма вытекает из баланса веса и сопротивления капли (вывод — в углублённой части урока); всё, что зависит от размера капли и режима обтекания, собрано в KK; ориентиры для оценки: вертикальный аппарат с сетчатым каплеотбойником — KK около 0,05–0,1 м/с, горизонтальный — около 0,12–0,15 м/с (0,40–0,50 фута в секунду); точные значения дают изготовители для своих внутренних устройств; при высоком давлении, пенящейся нефти и большой нагрузке каплеотбойника жидкостью KK снижают; без каплеотбойника допустимая скорость заметно меньше: всё, что не осело, уходит с газом.

Подготовка нефти: сепараторы, обезвоживание, обессоливание и стабилизация →
Расход газа при условиях сепаратора
Q=Qст pстp⋅TTст⋅ZQ = Q_{\text{ст}}\,\frac{p_{\text{ст}}}{p}\cdot\frac{T}{T_{\text{ст}}}\cdot Z

абсолютные давления и температуры в кельвинах

Мына жағдайда орындалады: газ при стандартных условиях считается идеальным; ZZ при условиях сепаратора — по корреляции или уравнению состояния (Идеальный и реальный газ: коэффициент сверхсжимаемости).

Подготовка нефти: сепараторы, обезвоживание, обессоливание и стабилизация →
Время пребывания жидкости
t=Vqt = \frac{V}{q}

любые согласованные

Мына жағдайда орындалады: поток идёт через весь объём равномерно; застойные зоны и короткие пути потока уменьшают фактическое время, поэтому входные и распределительные устройства так важны; ориентиры отраслевой практики: в двухфазных сепараторах — от 1 до 3–4 мин, в трёхфазных для лёгкой нефти — 3–10 мин, для тяжёлой и холодной — 10–30 мин и больше; для конкретной нефти время уточняют лабораторным отстоем пробы.

Подготовка нефти: сепараторы, обезвоживание, обессоливание и стабилизация →
Доля сечения горизонтального аппарата, занятая жидкостью
AжA=θ−sin⁡θ2π,θ=2arccos⁡ ⁣(1−2hD)\frac{A_{\text{ж}}}{A} = \frac{\theta - \sin\theta}{2\pi},\qquad \theta = 2\arccos\!\left(1 - \frac{2h}{D}\right)

геометрия; углы в радианах

Мына жағдайда орындалады: цилиндрическая часть аппарата; объём днищ учитывают отдельно или включают в запас.

Подготовка нефти: сепараторы, обезвоживание, обессоливание и стабилизация →
Скорость осаждения или всплытия капли (закон Стокса)
v=g d2 Δρ18 μcv = \frac{g\,d^2\,\Delta\rho}{18\,\mu_c}

СИ

Мына жағдайда орындалады: медленное (ползущее) обтекание: число Рейнольдса капли Re=ρcvd/μc\mathrm{Re} = \rho_c v d/\mu_c меньше примерно 1; при больших Re\mathrm{Re} сопротивление растёт быстрее, и формула завышает скорость; капля — жёсткая сфера, капли далеко друг от друга (при высокой концентрации они мешают друг другу и оседают медленнее); поток в аппарате спокойный; турбулентность и конвекция от неравномерного нагрева мешают осаждению.

Подготовка нефти: сепараторы, обезвоживание, обессоливание и стабилизация →
Содержание хлористых солей в нефти
S=φ CвS = \varphi\,C_{\text{в}}

мг/дм³; при малой доле воды объём смеси почти равен объёму нефти

Мына жағдайда орындалады: соли только растворены в воде; кристаллы солей и соли на механических примесях не учтены.

Подготовка нефти: сепараторы, обезвоживание, обессоливание и стабилизация →
Промывочная вода для обессоливания
w=1E(φ1CвCдоп−φ1),Cдоп=Sнφ2w = \frac{1}{E}\left(\frac{\varphi_1 C_{\text{в}}}{C_{\text{доп}}} - \varphi_1\right),\qquad C_{\text{доп}} = \frac{S_{\text{н}}}{\varphi_2}

доли единицы и мг/дм³

Мына жағдайда орындалады: промывочная вода пресная, а смешавшиеся капли сливаются и усредняют минерализацию; остаточная вода после промывки имеет минерализацию смеси; несмешавшиеся мелкие капли пластовой воды на деле уходят из нефти хуже смешавшихся, поэтому модель с одной долей EE — упрощение, которое занижает нужный расход воды; EE подбирают по работе конкретной установки: смесительный клапан, перепад давления на нём, число ступеней промывки.

Подготовка нефти: сепараторы, обезвоживание, обессоливание и стабилизация →
Масса нетто нефти
mн=mбр(1−Wв+Wхс+Wмп100),Wхс=0,1 φхсρнm_{\text{н}} = m_{\text{бр}}\left(1 - \frac{W_{\text{в}} + W_{\text{хс}} + W_{\text{мп}}}{100}\right),\qquad W_{\text{хс}} = \frac{0{,}1\,\varphi_{\text{хс}}}{\rho_{\text{н}}}

т, %, мг/дм³, кг/м³

Мына жағдайда орындалады: масса брутто измерена массомером или получена из объёма и плотности при одних и тех же условиях; коэффициент 0,1 — перевод единиц: мг/дм³, делённые на кг/м³ (то есть на г/дм³), дают тысячные доли, а в процентах — десятые.

Подготовка нефти: сепараторы, обезвоживание, обессоливание и стабилизация →
Скорость осаждения капли при произвольном режиме обтекания
πd36 (ρж−ρг) g=CD πd24⋅ρгvt22⇒vt=4 g d3 CD⋅ρж−ρгρг\frac{\pi d^3}{6}\,(\rho_{\text{ж}} - \rho_{\text{г}})\,g = C_D\,\frac{\pi d^2}{4}\cdot\frac{\rho_{\text{г}} v_t^2}{2}\quad\Rightarrow\quad v_t = \sqrt{\frac{4\,g\,d}{3\,C_D}}\cdot\sqrt{\frac{\rho_{\text{ж}} - \rho_{\text{г}}}{\rho_{\text{г}}}}

СИ

Мына жағдайда орындалады: одиночная сферическая капля, газ неподвижен в среднем; при ползущем обтекании CD=24/ReC_D = 24/\mathrm{Re}, и формула переходит в закон Стокса.

Подготовка нефти: сепараторы, обезвоживание, обессоливание и стабилизация →
Влагосодержание природного газа, насыщенного водой (корреляция Букачека)
yw=ps(T)p+β(T),β=10 2,0179−3083,871,8 T−0,07,W=748,9 ywy_w = \frac{p_s(T)}{p} + \beta(T),\qquad \beta = 10^{\,2{,}0179 - \frac{3083{,}87}{1{,}8\,T - 0{,}07}},\qquad W = 748{,}9\,y_w

абсолютное давление в МПа (в отношении ps/pp_s/p — любые одинаковые единицы), температура в кельвинах

Мына жағдайда орындалады: сладкий природный газ без заметного сероводорода и углекислого газа (они увеличивают влагосодержание), в равновесии с пресной водой (солёная вода даёт немного меньше); проверенный диапазон корреляции: от 15,5 до 238 °C и от 0,1 до 70 МПа; ниже 15,5 °C и тем более в области гидратов результат — оценка; ps(T)p_s(T) берут по точному уравнению для воды (в моделях урока — международное уравнение для давления насыщенных паров воды): ошибка в нём переходит в результат целиком; 748,9 г/м³ — масса киломоля воды (18,015 кг), делённая на объём киломоля газа при 20 °C и 0,101325 МПа (24,055 м³).

Подготовка и компримирование газа →
Снижение температуры гидратообразования ингибитором (формула Хаммершмидта)
ΔT=K WM (100−W)\Delta T = \frac{K\,W}{M\,(100 - W)}

ΔT\Delta T в °C, WW в процентах по массе

Мына жағдайда орындалады: разбавленный раствор: для метанола — примерно до 20–25 % по массе; при больших концентрациях формула завышает ΔT\Delta T, то есть даёт слишком мало ингибитора (в углублённой части урока — логарифмическая форма для метанола); для моноэтиленгликоля справочники приводят свою постоянную, на несколько процентов меньше; при одной и той же постоянной МЭГ по массе нужно примерно вдвое больше, чем метанола, потому что его молярная масса вдвое больше; температуру гидратообразования без ингибитора нужно знать заранее — по составу газа, лабораторным опытам или оценке по относительной плотности.

Подготовка и компримирование газа →
Парциальное давление компонента газа
pi=yi pp_i = y_i\,p

любые одинаковые единицы давления

Мына жағдайда орындалады: идеальная смесь газов; при высоких давлениях точнее пользоваться фугитивностью, но в нормах материалов принят именно этот простой показатель.

Подготовка и компримирование газа →
Мольная доля компонента по его массовой концентрации
y=cM nст,nст=pстR Tст=41,57 моль/м3y = \frac{c}{M\,n_{\text{ст}}},\qquad n_{\text{ст}} = \frac{p_{\text{ст}}}{R\,T_{\text{ст}}} = 41{,}57\ \text{моль/м}^3

г/м³, г/моль; стандартные условия 20 °C и 101,325 кПа

Мына жағдайда орындалады: газ при стандартных условиях идеален.

Подготовка и компримирование газа →
Степень сжатия ступени при равных степенях
r=(pнpвс)1/nr = \left(\frac{p_{\text{н}}}{p_{\text{вс}}}\right)^{1/n}

абсолютные давления в одинаковых единицах

Мына жағдайда орындалады: газ после каждой ступени охлаждают до одной и той же температуры; потери давления в холодильниках и сепараторах малы (на практике степени слегка повышают, чтобы их покрыть).

Подготовка и компримирование газа →
Температура нагнетания и удельная работа ступени
T2=T1[1+r(k−1)/k−1η],w=kk−1⋅Z R T1M⋅r(k−1)/k−1ηT_2 = T_1\left[1 + \frac{r^{(k-1)/k} - 1}{\eta}\right],\qquad w = \frac{k}{k-1}\cdot\frac{Z\,R\,T_1}{M}\cdot\frac{r^{(k-1)/k} - 1}{\eta}

СИ; мощность ступени — ww, умноженная на массовый расход газа

Мына жағдайда орындалады: идеальный газ с постоянным kk и поправкой ZZ на всасывании; при высоких давлениях и для богатого газа точнее считать по уравнению состояния; потери учтены одним КПД, отнесённым к адиабатному сжатию; механические потери и потери в приводе добавляют отдельно; газ — однофазный: жидкость отделена до ступени.

Подготовка и компримирование газа →
Снижение температуры гидратообразования (логарифмическая форма Нильсена — Баклина)
ΔT=−72,0 ln⁡xw,xw=11+18,015 WM (100−W)\Delta T = -72{,}0\,\ln x_w,\qquad x_w = \frac{1}{1 + \dfrac{18{,}015\,W}{M\,(100 - W)}}

°C (в °F постоянная 129,6)

Мына жағдайда орындалады: предложена для метанола; справочники рекомендуют её для концентраций примерно от 25 до 50 % по массе, где формула Хаммершмидта уже неточна; раствор считается идеальным; для гликолей и смешанных ингибиторов с солями точнее расчёт по уравнению состояния с моделью активности воды.

Подготовка и компримирование газа →
Скорость всплытия капли нефти в воде (закон Стокса)
vt=g d2 (ρw−ρo)18 μwv_t = \frac{g\,d^2\,(\rho_w - \rho_o)}{18\,\mu_w}

СИ

Мына жағдайда орындалады: капля шарообразна и движется как твёрдый шарик; у нефти, которая вязче воды, циркуляция внутри капли ускоряет всплытие лишь на несколько процентов; обтекание ламинарное: число Рейнольдса капли ρwvtd/μw\rho_w v_t d/\mu_w меньше примерно 1 — для капель нефти в воде это выполняется до размеров порядка 150 мкм; капли не мешают друг другу и не сливаются, вода неподвижна; в аппарате течение и перемешивание мешают всплытию, а слияние капель ему помогает.

Попутная вода: состав, очистка и утилизация →
Наименьшая капля, которую целиком задерживает идеальный отстойник
dmin⁡=18 μw qg (ρw−ρo) Ad_{\min} = \sqrt{\frac{18\,\mu_w\,q}{g\,(\rho_w - \rho_o)\,A}}

СИ

Мына жағдайда орындалады: идеальный отстойник: вода движется равномерно по всей площади, капли входят равномерно по высоте, не дробятся и не сливаются; при горизонтальном потоке капли мельче dmin⁡d_{\min} задерживаются частично — те, что вошли достаточно близко к поверхности; их доля (d/dmin⁡)2(d/d_{\min})^2; в вертикальном отстойнике, где вода опускается навстречу каплям, мелкие капли уходят с водой все (вывод — в разделе для углублённого изучения); в настоящем аппарате часть потока проходит быстрее средней («проскок»), мешают тепловые и вихревые течения, поэтому он задерживает хуже идеального: расчёт даёт оценку снизу для наименьшей задерживаемой капли.

Попутная вода: состав, очистка и утилизация →
Парциальное давление компонента газа
pi=yi pp_i = y_i\,p

любые единицы давления, одинаковые для pip_i и pp

Мына жағдайда орындалады: газ считают смесью идеальных газов (закон Дальтона); при высоких давлениях стандарты допускают и более точные способы; давление абсолютное: избыточное давление по манометру даёт заниженное значение, особенно при низких давлениях (Системы единиц: СИ, промысловые и метрические промысловые); для воды берут газ, с которым она в равновесии, — в сепараторе или в паровом пространстве ёмкости.

Попутная вода: состав, очистка и утилизация →
Вода из источника при заданной компенсации отбора
qист=VRR Bo qo+Bw qwBw−qwq_{\text{ист}} = \mathrm{VRR}\,\frac{B_o\,q_o + B_w\,q_w}{B_w} - q_w

расходы в стандартных условиях, м³/сут

Мына жағдайда орындалады: давление выше давления насыщения, свободного газа в пласте нет; иначе в знаменатель компенсации входит и газ (Зачем закачивают воду: поддержание давления и вытеснение нефти); вся попутная вода возвращается в пласт; потери при подготовке — вода, ушедшая с нефтью, сброс гидроциклонов, промывка фильтров — немного увеличивают воду из источника; попутная вода совместима с пластом, в который её закачивают.

Попутная вода: состав, очистка и утилизация →
Диаметр порового канала по модели пучка прямых капилляров
dк≈28kϕd_{\text{к}} \approx 2\sqrt{\frac{8k}{\phi}}

СИ

Мына жағдайда орындалады: порода представлена пучком одинаковых прямых трубок; с извилистостью τ\tau радиус больше в τ\tau раз, поэтому формула даёт оценку снизу, а выведенные из неё допустимые размеры частиц — с запасом; оценка порядка величины: настоящие каналы имеют широкое распределение размеров, и ориентируются на крупные из тех, что ведут основной поток.

Системы закачки воды →
Равновесное содержание кислорода в воде (закон Генри)
C=Cнас pO2pO2воздC = C_{\text{нас}}\,\frac{p_{\mathrm{O_2}}}{p_{\mathrm{O_2}}^{\text{возд}}}

концентрации в одинаковых единицах, давления в одинаковых единицах

Мына жағдайда орындалады: равновесие: вода достаточно долго контактирует с газом; в колонне его достигают постепенно, по ступеням, поэтому на деле остаётся больше; температура и солёность те же, что у CнасC_{\text{нас}}; с нагревом растворимость кислорода падает.

Системы закачки воды →
Мощность, теряемая на дросселировании
Nдр=∑iqi (pк−pу,i)86,4N_{\text{др}} = \sum_i \frac{q_i\,(p_{\text{к}} - p_{\text{у},i})}{86{,}4}

метрические промысловые: м³/сут, МПа, кВт

Мына жағдайда орындалады: 86,486{,}4 — та же постоянная, что в формуле гидравлической мощности насоса: секунды в сутках, делённые на тысячу; потери в водоводах от станции до блока одинаковы для всех скважин и сюда не входят; электрическая мощность больше гидравлической в 1/η1/\eta раз, где η\eta — КПД насосного агрегата.

Системы закачки воды →
Коэффициент приёмистости
I=qpw−pˉI = \frac{q}{p_w - \bar p}

метрические промысловые

Мына жағдайда орындалады: закачка близка к установившейся; сразу после изменения расхода давление ещё не успокоилось; пластовое давление в области закачки известно — по исследованию на падение давления (падение давления после остановки) или по соседним скважинам; пока трещина не раскрыта: после раскрытия расход растёт почти без роста давления, и приёмистость теряет смысл постоянной.

Системы закачки воды →
Забойное давление нагнетательной скважины
pw=pу+ρgH−Δpтр,Δpтр=λ Hd ρv22p_w = p_{\text{у}} + \rho g H - \Delta p_{\text{тр}},\qquad \Delta p_{\text{тр}} = \lambda\,\frac{H}{d}\,\frac{\rho v^2}{2}

СИ; в МПа — делением на 10610^6

Мына жағдайда орындалады: однофазный поток воды; вязкость и плотность — при средней температуре в НКТ; трение растёт примерно как квадрат расхода, поэтому при малом расходе им можно пренебречь, а при большом — нет; закачка по затрубному пространству или в наклонную скважину требует своих длин и диаметров.

Системы закачки воды →
Наклон графика Холла и приёмистость
mH=Δ ⁣[∑(pw−pˉ) Δt]ΔW=1Im_H = \frac{\Delta\!\left[\sum (p_w - \bar p)\,\Delta t\right]}{\Delta W} = \frac{1}{I}

метрические промысловые

Мына жағдайда орындалады: закачка в каждом периоде близка к установившейся, пластовое давление в области закачки почти не меняется — его рост тоже увеличивает наклон; забойное давление пересчитывают с устья с учётом гидростатики и трения при фактическом расходе; наклон за участок — средняя величина: если приёмистость менялась внутри участка, наклон — среднее значение 1/I1/I с весом закачки.

Системы закачки воды →

Белгілер

БелгіМағынасы
ΔT\Delta T
pˉ\bar p
ΔW\Delta W
Δt\Delta t
aa
AA
AжA_{\text{ж}}
Bo, BwB_o,\ B_w
cc
CC
CвC_{\text{в}}
CдопC_{\text{доп}}
CнасC_{\text{нас}}
  • концентрация в воде, насыщенной воздухом при атмосферном давлении, при той же температуре и солёности, мг/лСистемы закачки воды
CDC_D
dd
DD
dкd_{\text{к}}
dmin⁡d_{\min}
d, vd,\ v
EE
gg
hh
HH
  • глубина середины интервала закачки по вертикали (длина НКТ для трения — по стволу; в вертикальной скважине они совпадают), мСистемы закачки воды
II
kk
KK
LL
ln⁡\ln
MM
mн, mбрm_{\text{н}},\ m_{\text{бр}}
mHm_H
nn
NN
NдрN_{\text{др}}
  • гидравлическая мощность, которую насос тратит на давление, снимаемое затем регуляторами, кВтСистемы закачки воды
nстn_{\text{ст}}
NrN_r
pp
pкp_{\text{к}}
pн, pвсp_{\text{н}},\ p_{\text{вс}}
pст, Tстp_{\text{ст}},\ T_{\text{ст}}
pуp_{\text{у}}
pу,ip_{\text{у},i}
pip_i
pO2p_{\mathrm{O_2}}
  • парциальное давление кислорода в газе над водой (доля кислорода, умноженная на абсолютное давление), кПаСистемы закачки воды
pO2воздp_{\mathrm{O_2}}^{\text{возд}}
  • парциальное давление кислорода в воздухе: 0,2095⋅101,325=21,230{,}2095\cdot 101{,}325 = 21{,}23 кПа, кПаСистемы закачки воды
ps(T)p_s(T)
pwp_w
  • забойное давление при закачке (у добывающих скважин забойное давление обозначают pwfp_{wf}), МПаСистемы закачки воды
p, Tp,\ T
qq
QQ
qистq_{\text{ист}}
QнQ_{\text{н}}
QстQ_{\text{ст}}
qiq_i
qo, qwq_o,\ q_w
rr
RR
SS
SнS_{\text{н}}
tt
TT
T1, T2T_1,\ T_2
tpt_p
uu
upu_p
vv
VV
VтV_{\text{т}}
vmax⁡v_{\max}
vtv_t
VRR\mathrm{VRR}
ww
WW
Wв, WмпW_{\text{в}},\ W_{\text{мп}}
WхсW_{\text{хс}}
W, MW,\ M
WC\text{WC}
xwx_w
yy
yiy_i
ywy_w
ZZ
β(T)\beta(T)
Δρ\Delta\rho
η\eta
θ\theta
λ\lambda
μc\mu_c
μw\mu_w
μw, ρw, ρo, g\mu_w,\ \rho_w,\ \rho_o,\ g
ρ\rho
ρж, ρг\rho_{\text{ж}},\ \rho_{\text{г}}
ρн\rho_{\text{н}}
ρw, ρo\rho_w,\ \rho_o
φ\varphi
ϕ\phi
φ1, φ2\varphi_1,\ \varphi_2
φхс\varphi_{\text{хс}}