Skip to content
Brent$117,6Газ TTF$1 192USD453,87 ₸
MunaiHub
Физика пластаПластовые условия и задачи разработки Базовый 20 мин чтения

Системы единиц: СИ, промысловые и метрические промысловые

Система единиц (system of units) — согласованный набор единиц, в которых записывают величины и формулы. В разработке месторождений рядом живут три системы: Международная система единиц СИ (SI), американские промысловые единицы (oilfield units: футы, баррели, фунты на квадратный дюйм, сантипуазы, миллидарси) и метрические промысловые (метры, кубометры в сутки, мегапаскали, мПа·с, миллидарси), которыми пользуются в Казахстане и в уроках библиотеки.

Зачем это нужно

В СИ формулы физики работают без коэффициентов, а в промысловых единицах обрастают постоянными вроде 141,2 или 0,0853 — упакованными переводами единиц. Ошибка в единицах дешева по происхождению и дорога по последствиям: перепутанные избыточное и абсолютное давление, кубометры газа при 15 и 20 °C, миллидарси и дарси меняют результат на проценты, а то и в тысячу раз. Урок показывает, как получать множители и постоянные из нескольких точных определений и как проверять формулы по размерностям, не полагаясь на таблицы.

Кратко о главном

  • Всё выводится из нескольких точных определений: 1 фут = 0,3048 м, 1 дюйм = 2,54 см, 1 фунт = 0,45359237 кг, галлон США = 231 кубический дюйм, баррель = 42 галлона = 0,158987 м³, 1 атм = 101 325 Па, 1 сП = 1 мПа·с. Отсюда 1 psi = 6894,757 Па и 1 Д = 0,9869·10⁻¹² м².
  • В СИ формулы не содержат числовых постоянных; числа 1,127·10⁻³, 141,2, 0,0853, 0,536, 2,637·10⁻⁴ — переводы единиц, и каждое годится только для своего набора единиц.
  • У объёма газа всегда указывают условия приведения: кубометр при 20 °C содержит на 1,5 % меньше газа, чем при 60 °F, и на 6,8 % меньше, чем при 0 °C. В России и Казахстане газ приводят к 20 °C и 101,325 кПа; запасы нефти и конденсата в Казахстане учитывают по массе.
  • В газовые законы и PVT-расчёты подставляют абсолютное давление. Избыточное занижает его на атмосферное, и ошибка тем больше, чем ниже давление: 17 % при 0,5 МПа и 0,4 % при 25 МПа.
  • Множители с 4–5 значащими цифрами дают ошибку в сотые доли процента — меньше любого замера. Опасны не знаки, а перепутанная основа: условия приведения, избыточное и абсолютное давление, пластовые и стандартные объёмы, натуральный и десятичный логарифм, тысяча и миллион.
Ключевые соотношения
1 bbl=42 gal=0,158987 м3=5,6146 ft31\ \text{bbl} = 42\ \text{gal} = 0{,}158987\ \text{м}^3 = 5{,}6146\ \text{ft}^3

баррель — точное определение через галлон и дюйм

1 psi=6894,757 Па,1 МПа=145,04 psi1\ \text{psi} = 6894{,}757\ \text{Па},\qquad 1\ \text{МПа} = 145{,}04\ \text{psi}

давление

pабс=pизб+0,101325 МПаp_{\text{абс}} = p_{\text{изб}} + 0{,}101325\ \text{МПа}

абсолютное давление по показанию манометра

V2=V1 T2T1 p1p2V_2 = V_1\,\frac{T_2}{T_1}\,\frac{p_1}{p_2}

одно и то же количество газа при разных условиях приведения; температуры и давления абсолютные

∘API=141,5γo−131,5{}^{\circ}\mathrm{API} = \frac{141{,}5}{\gamma_o} - 131{,}5

γo\gamma_o — относительная плотность нефти по воде при 60 °F

Где чаще всего ошибаются
  • Подставить показание манометра (избыточное давление, psig) в уравнение состояния газа.
  • Сложить объёмы газа, приведённые к разным условиям, или перевести газосодержание множителем 5,615, когда кубометры газа приведены к 20 °C.
  • Прочитать Mscf как миллион кубических футов: M здесь тысяча, миллион — MM.
  • Взять постоянную 162,6 (десятичный логарифм) для формулы с натуральным логарифмом или постоянную, выведенную для одних единиц, с данными в других.
  • Подставить температуру в градусах Цельсия или Фаренгейта туда, где нужна абсолютная.

После урока вы сможете

  • называть единицы главных величин разработки в СИ, промысловых и метрических промысловых единицах;
  • выводить переводные множители из точных определений фута, дюйма, фунта, галлона, атмосферы и дарси и решать, сколько значащих цифр хранить;
  • указывать условия приведения для каждого объёма газа и пересчитывать объёмы и газосодержание между 20 °C, 15 °C, 60 °F и 0 °C;
  • переводить избыточное давление в абсолютное и температуры между шкалами Цельсия, Кельвина, Фаренгейта и Ранкина;
  • переводить плотность нефти в относительную плотность, градусы API и баррели на тонну;
  • выводить постоянную формулы для нужной системы единиц и проверять формулу по размерностям.

Три системы единиц

СИ — основа расчётов физики: метр, килограмм, секунда, паскаль, кельвин. В СИ закон Дарси, уравнение состояния газа и уравнение пьезопроводности записываются без числовых коэффициентов, поэтому формулы выводят именно в нём. Неудобство СИ для промысла — масштаб чисел: проницаемость хорошего коллектора — около 10−1310^{-13} м², дебит скважины — тысячные доли кубометра в секунду.

Промысловые единицы (oilfield units, field units) сложились в американской нефтяной промышленности: футы, баррели в сутки, фунты-силы на квадратный дюйм (psi), сантипуазы, миллидарси, градусы Фаренгейта. Ими написана большая часть мировой литературы и многие программы, в них отчитываются международные компании. Метрические промысловые единицы — метры, кубометры в сутки, мегапаскали, мПа·с, миллидарси, градусы Цельсия — привычны в Казахстане и России; в них написаны уроки библиотеки. Обе промысловые системы удобны по масштабу чисел, но их формулы содержат постоянные.

Главные величины в трёх системах единиц
Величина
Длина, толщина
СИ
м
Промысловые
ft
Метрические промысловые
м
Величина
Давление
СИ
Па
Промысловые
psi (psia, psig)
Метрические промысловые
МПа
Величина
Дебит жидкости
СИ
м³/с
Промысловые
bbl/d (STB/d)
Метрические промысловые
м³/сут
Величина
Дебит газа
СИ
м³/с
Промысловые
Mscf/d
Метрические промысловые
тыс. м³/сут
Величина
Проницаемость
СИ
м²
Промысловые
мД
Метрические промысловые
мД; мкм²
Величина
Вязкость
СИ
Па·с
Промысловые
сП
Метрические промысловые
мПа·с
Величина
Сжимаемость
СИ
1/Па
Промысловые
1/psi
Метрические промысловые
1/МПа
Величина
Температура
СИ
К
Промысловые
°F; °R
Метрические промысловые
°C; К
Величина
Плотность
СИ
кг/м³
Промысловые
lb/ft³, °API, ppg
Метрические промысловые
кг/м³, г/см³
Величина
Время
СИ
с
Промысловые
ч, сут
Метрические промысловые
ч, сут

STB — баррель нефти в стандартных условиях (stock-tank barrel), Mscf — тысяча стандартных кубических футов, ppg — фунты на галлон (плотность бурового раствора). В исследованиях скважин время задают в часах, в добыче — в сутках. 1 мД ≈ 10⁻³ мкм² (точнее 0,987·10⁻³).

В Казахстане закон «Об обеспечении единства измерений» допускает к применению единицы Международной системы, а внесистемные — по решению уполномоченного органа. На практике в отчётности и проектных документах — метры, мегапаскали, кубометры и тонны, а промысловые американские единицы встречаются в зарубежной литературе, программах и отчётах международных операторов. В старых отечественных отчётах давление бывает записано в кгс/см² или атмосферах (единицы старых отчётов).

Точные определения и переводные множители

Переводные множители не нужно заучивать или искать в таблицах: почти все они следуют из нескольких определений, принятых точно. В 1959 году англоязычные страны договорились о международных ярде и фунте: с тех пор фут — ровно 0,3048 м, дюйм — ровно 2,54 см, фунт — ровно 0,45359237 кг. Галлон США по определению равен 231 кубическому дюйму, а нефтяной баррель (barrel, bbl) — 42 галлонам.

Точные определения, из которых выводятся множители
Единица
фут (ft)
Определение
международный фут
В единицах СИ
0,3048 м — точно
Единица
дюйм (in)
Определение
1/12 фута
В единицах СИ
0,0254 м — точно
Единица
фунт (lb)
Определение
международный фунт
В единицах СИ
0,45359237 кг — точно
Единица
фунт-сила (lbf)
Определение
вес фунта при нормальном ускорении 9,80665 м/с²
В единицах СИ
4,448222 Н
Единица
psi
Определение
фунт-сила на квадратный дюйм
В единицах СИ
6894,757 Па
Единица
галлон США (gal)
Определение
231 кубический дюйм
В единицах СИ
3,785411784 л — точно
Единица
баррель (bbl)
Определение
42 галлона США
В единицах СИ
0,158987 м³ — точно 0,158987294928
Единица
атмосфера (атм)
Определение
нормальная атмосфера
В единицах СИ
101 325 Па — точно
Единица
сантипуаз (сП)
Определение
0,01 пуаза
В единицах СИ
1 мПа·с — точно
Единица
дарси (Д)
Определение
через закон Дарси, см. ниже
В единицах СИ
0,9869233·10⁻¹² м²

Из этих определений получаются остальные множители. Кубический фут — 0,30483=0,02831680{,}3048^3 = 0{,}0283168 м³, а в барреле 0,158987/0,0283168=5,61460{,}158987/0{,}0283168 = 5{,}6146 кубического фута. Фунт-сила — вес фунта, и psi — эта сила на квадратный дюйм площадью 0,025420{,}0254^2 м². Дарси определён через сам закон Дарси: порода в 1 Д пропускает 1 см³/с жидкости вязкостью 1 сП через образец сечением 1 см² и длиной 1 см при перепаде давления 1 атм (единицы проницаемости); перевод этих единиц в СИ разобран в дополнительном разделе.

Переводные множители, которые нужны чаще всего
Величина
Длина
Промысловая единица
1 ft
В метрических единицах
0,3048 м
Обратный перевод
1 м = 3,2808 ft
Величина
Объём
Промысловая единица
1 bbl
В метрических единицах
0,158987 м³
Обратный перевод
1 м³ = 6,2898 bbl
Величина
Объём
Промысловая единица
1 ft³
В метрических единицах
0,0283168 м³
Обратный перевод
1 м³ = 35,3147 ft³
Величина
Давление
Промысловая единица
1 psi
В метрических единицах
6,894757 кПа
Обратный перевод
1 МПа = 145,04 psi
Величина
Градиент давления
Промысловая единица
1 psi/ft
В метрических единицах
22,621 кПа/м
Обратный перевод
1 МПа/м = 44,21 psi/ft
Величина
Проницаемость
Промысловая единица
1 мД
В метрических единицах
0,9869·10⁻¹⁵ м²
Обратный перевод
1 мкм² = 1013 мД
Величина
Вязкость
Промысловая единица
1 сП
В метрических единицах
1 мПа·с
Обратный перевод
—
Величина
Сжимаемость
Промысловая единица
1 psi⁻¹
В метрических единицах
145,04 МПа⁻¹
Обратный перевод
1 МПа⁻¹ = 6,895·10⁻³ psi⁻¹
Величина
Плотность
Промысловая единица
1 lb/ft³
В метрических единицах
16,018 кг/м³
Обратный перевод
1 г/см³ = 62,43 lb/ft³ = 8,345 ppg
Величина
Дебит газа
Промысловая единица
1 Mscf/d
В метрических единицах
28,317 м³/сут при тех же условиях
Обратный перевод
1000 м³/сут = 35,31 Mscf/d

Множители округлены до 4–7 значащих цифр; точные значения следуют из определений выше. Перевод «тысяча кубических футов — 28,317 м³» верен только при одинаковых условиях приведения — о них раздел ниже.

Расчётный примерПаспорт скважины: из промысловых единиц в метрические
Исходные данные (условные)
Эффективная толщина hh
46 ft
Пластовое давление pp
3480 psia
Проницаемость; вязкость нефти
85 мД; 1,9 сП
Дебит нефти qq
1250 STB/d
Общая сжимаемость ctc_t
12⋅10−612\cdot10^{-6} psi⁻¹
Пластовая температура
190 °F
Решение
  1. Толщина: 46⋅0,3048=14,0246\cdot0{,}3048 = 14{,}02 м.
  2. Давление: 3480⋅0,006894757=23,993480\cdot0{,}006894757 = 23{,}99 МПа — абсолютное, как и в psia.
  3. Проницаемость и вязкость не меняются: миллидарси общие для обеих систем, 1 сП = 1 мПа·с.
  4. Дебит: 1250⋅0,158987=198,71250\cdot0{,}158987 = 198{,}7 м³/сут в стандартных условиях.
  5. Сжимаемость: в мегапаскале 145,04 psi, поэтому ct=12⋅10−6⋅145,04=1,740⋅10−3c_t = 12\cdot10^{-6}\cdot145{,}04 = 1{,}740\cdot10^{-3} МПа⁻¹ — умножаем, а не делим.
  6. Температура: (190−32)/1,8=87,8(190 - 32)/1{,}8 = 87{,}8 °C, или 360,9 К.
Ответ: В метрических промысловых единицах: hh = 14,02 м, pp = 23,99 МПа, kk = 85 мД, μ\mu = 1,9 мПа·с, qq = 198,7 м³/сут, ctc_t = 1,740·10⁻³ МПа⁻¹, температура 87,8 °C.

Что это значит. Направление перевода проверяют здравым смыслом. Сжимаемость — изменение объёма на единицу давления; мегапаскаль в 145 раз больше psi, значит, на мегапаскаль объём меняется в 145 раз сильнее, и число в 1/МПа больше. Самая частая ошибка в таких перечнях — давление: показание в psig сначала переводят в абсолютное. Данные примера условные.

Давление и температура: от какого нуля отсчитывают

Давление и температуру измеряют по шкалам с разными началами отсчёта, и это главный источник ошибок при их переводе. Абсолютное давление отсчитывают от вакуума, избыточное — от атмосферного: манометр на устье или на сепараторе показывает, насколько давление выше атмосферного. В промысловых единицах различие пишут прямо в единице — psia (absolute) и psig (gauge), в метрических его оговаривают словами: «МПа, абсолютное», «МПа изб.».

Абсолютное давление по показанию манометра
pабс=pизб+pатмp_{\text{абс}} = p_{\text{изб}} + p_{\text{атм}}
где:
  • pабсp_{\text{абс}}абсолютное давление — отсчитанное от вакуума, МПа, psia
  • pизбp_{\text{изб}}избыточное (манометрическое) давление — превышение над атмосферным, МПа, psig
  • pатмp_{\text{атм}}атмосферное давление: нормальное — 0,101325 МПа = 14,696 psi = 1,01325 бар, МПа, psi

Единицы: любые единицы давления, одинаковые для трёх величин

Справедливо, если
  • для пересчёта обычно берут нормальное атмосферное давление; фактическое зависит от высоты и погоды — на 1000 м над уровнем моря оно около 0,09 МПа;
  • разности давлений — депрессия, перепад на штуцере, градиент — от выбора начала отсчёта не зависят.

Газовые законы, объёмные коэффициенты и свойства флюидов зависят от абсолютного давления. В бурении и на устье чаще работают с избыточным: атмосфера давит со всех сторон, и её вклад сокращается (поровое и горное давление).

Ошибка от подстановки избыточного давления вместо абсолютного0,050,10,5151050010203040506070Избыточное давление, МПаОшибка, %сепаратор: 17 %устье: 2 %пласт: 0,4 %

График: по горизонтали избыточное давление от 0,05 до 50 МПа на логарифмической шкале, по вертикали ошибка в процентах от 0 до 70. Кривая спадает от 67 % при 0,05 МПа до 0,2 % при 50 МПа. Отмечены точки: сепаратор, 0,5 МПа — 17 %; устье, 5 МПа — 2 %; пласт, 25 МПа — 0,4 %.

РасчётОшибка от подстановки избыточного давления вместо абсолютного: на столько процентов занижаются давление и рассчитанное по нему количество газа. В сепараторе при 0,5 МПа — 17 %, на устье при 5 МПа — 2 %, в пласте при 25 МПа — 0,4 %.

С температурой то же самое. Шкалы Цельсия и Фаренгейта отсчитывают от условных точек: таяние льда — 0 °C и 32 °F. Шкалы Кельвина и Ранкина отсчитывают от абсолютного нуля. Градус Цельсия равен кельвину, градус Фаренгейта — градусу Ранкина и в 1,8 раза меньше кельвина. В газовые законы подставляют только абсолютную температуру.

Температурные шкалы
Точка
Абсолютный нуль
°C
−273,15
К
0
°F
−459,67
°R
0
Точка
Таяние льда
°C
0
К
273,15
°F
32
°R
491,67
Точка
Стандартная температура США
°C
15,56
К
288,71
°F
60
°R
519,67
Точка
Стандартная температура в России и Казахстане
°C
20
К
293,15
°F
68
°R
527,67
Точка
Кипение воды при 1 атм
°C
100
К
373,15
°F
212
°R
671,67
Перевод температур
T [К]=t [∘C]+273,15,t [∘F]=1,8 t [∘C]+32,T [∘R]=t [∘F]+459,67=1,8 T [К]T\,[\text{К}] = t\,[{}^\circ\text{C}] + 273{,}15,\qquad t\,[{}^\circ\text{F}] = 1{,}8\,t\,[{}^\circ\text{C}] + 32,\qquad T\,[{}^\circ\text{R}] = t\,[{}^\circ\text{F}] + 459{,}67 = 1{,}8\,T\,[\text{К}]
где:
  • TTабсолютная температура — в кельвинах или градусах Ранкина, К, °R
  • ttтемпература по шкале Цельсия или Фаренгейта, °C, °F

Единицы: указаны в квадратных скобках

Справедливо, если
  • разности температур переводят без сдвига: 1 К = 1 °C, 1 °R = 1 °F, 1 К = 1,8 °R;
  • °R в промысловых формулах — градус Ранкина; в русских физических справочниках его обозначают °Ra, потому что там °R — устаревший градус Реомюра. В старой литературе встречается написание «Ренкин»;
  • геотермический градиент 1 °F на 100 футов равен 1,823 °C на 100 м.

Постоянные 273,15 и 459,67 сдвигают начало отсчёта, множитель 1,8 меняет размер градуса. Поэтому при переводе температур нужны оба действия, а при переводе их разностей и градиентов — только второе.

Расчётный примерДавление на устье и в сепараторе, температура на устье
Исходные данные (условные)
Манометр на устье
1840 psig
Температура на устье
131 °F
Манометр сепаратора
65 psig
Атмосферное давление
14,696 psi (0,101325 МПа)
Решение
  1. Устье: 1840+14,696=1854,71840 + 14{,}696 = 1854{,}7 psia, или 1854,7⋅0,006894757=12,791854{,}7\cdot0{,}006894757 = 12{,}79 МПа.
  2. Если подставить в газовый закон 1840 вместо 1854,7, давление и количество газа занизятся на 14,696/1854,7=0,7914{,}696/1854{,}7 = 0{,}79 %.
  3. Сепаратор: 65+14,696=79,765 + 14{,}696 = 79{,}7 psia =0,55= 0{,}55 МПа; ошибка от избыточного давления — 14,696/79,7=18,414{,}696/79{,}7 = 18{,}4 %.
  4. Температура: (131−32)/1,8=55,0(131 - 32)/1{,}8 = 55{,}0 °C; абсолютная — 55,0+273,15=328,1555{,}0 + 273{,}15 = 328{,}15 К, или 131+459,67=590,67131 + 459{,}67 = 590{,}67 °R. Проверка: 1,8⋅328,15=590,671{,}8\cdot328{,}15 = 590{,}67.
Ответ: На устье 12,79 МПа абсолютного давления (подстановка показания манометра дала бы ошибку 0,79 %), в сепараторе 0,55 МПа (ошибка 18,4 %); температура на устье 328,15 К, или 590,67 °R.

Что это значит. Чем ниже давление, тем больше значит атмосферная добавка: на устье ею почти можно пренебречь, а в сепараторе она меняет результат почти на пятую часть. Для разностей давлений — депрессии, перепада на штуцере — начало отсчёта не важно. Данные примера условные.

Стандартные и нормальные условия

Объём газа сильно зависит от давления и температуры, поэтому на поверхности его приводят к оговорённым стандартным условиям (standard conditions). Кубометр газа при стандартных условиях — по сути мера количества вещества, определённое число молей (мольный объём). Но «стандартных» условий несколько, и один и тот же газ занимает при них разный объём.

Условия приведения объёмов газа
Где и кем приняты
Россия, Казахстан: ГОСТ 2939-63, газ сухой
Температура
20 °C
Давление (абсолютное)
101,325 кПа (760 мм рт. ст.)
Мольный объём, м³/кмоль
24,06
Где и кем приняты
Казахстан: запасы газа по Единым правилам
Температура
20 °C
Давление (абсолютное)
0,1 МПа
Мольный объём, м³/кмоль
—
Где и кем приняты
Международный стандарт ISO 13443 для природного газа
Температура
15 °C
Давление (абсолютное)
101,325 кПа
Мольный объём, м³/кмоль
23,64
Где и кем приняты
Промысловые единицы США
Температура
60 °F (15,56 °C)
Давление (абсолютное)
14,696 psia (101,325 кПа)
Мольный объём, м³/кмоль
23,69
Где и кем приняты
Газовая статистика и контракты в США
Температура
60 °F
Давление (абсолютное)
часто 14,73 psia
Мольный объём, м³/кмоль
23,64
Где и кем приняты
Нормальные условия (физика, химия, «нормальный кубометр»)
Температура
0 °C
Давление (абсолютное)
101,325 кПа
Мольный объём, м³/кмоль
22,41

Мольные объёмы — для идеального газа, Vm=RT/pV_m = RT/p; природный газ при этих условиях отличается от идеального на доли процента. ГОСТ 2939-63 «Газы. Условия для определения объёма» действует с 1964 года; на него ссылаются и казахстанские нормативные документы по учёту газа.

Для нефти разница условий мала: между 15 и 20 °C объём дегазированной нефти меняется примерно на 0,3–0,4 %. Для газа она велика: кубометр при 20 °C содержит на 1,5 % меньше газа, чем кубометр при 60 °F, и на 6,8 % меньше, чем нормальный кубометр при 0 °C; тот же газ при 20 °C занимает на 7,3 % больший объём, чем при 0 °C. Для месторождения с запасами газа в десятки миллиардов кубометров это сотни миллионов кубометров, взявшихся из ничего. Поэтому правило одно: у каждого объёма газа указывают условия приведения, а перед сложением или сравнением объёмы приводят к одним условиям.

Пересчёт объёма газа к другим условиям приведения
V2=V1 T2T1 p1p2V_2 = V_1\,\frac{T_2}{T_1}\,\frac{p_1}{p_2}
где:
  • V1, V2V_1,\ V_2объём одного и того же количества газа при условиях 1 и 2, м³, ft³
  • T1, T2T_1,\ T_2абсолютные температуры условий приведения, К или °R
  • p1, p2p_1,\ p_2абсолютные давления условий приведения, одинаковые единицы

Единицы: температуры абсолютные, давления абсолютные и в одних единицах

Справедливо, если
  • количество газа одно и то же; при условиях приведения газ считают идеальным — коэффициент сверхсжимаемости близок к единице, и его отличие почти сокращается;
  • влажность одинакова: по ГОСТ 2939-63 газ сухой, водяной пар в объём не включают.

Тот же газ — другое число кубометров. При переводе газосодержания из м³/м³ в scf/STB к этому добавляется перевод кубометра нефти в баррели.

Газосодержание и газовый фактор: м³/м³ и scf/STB
R [scf/STB]=5,6146 R [м3/м3]илиR [scf/STB]=5,529 R [м3/м3]R\,[\text{scf/STB}] = 5{,}6146\,R\,[\text{м}^3/\text{м}^3]\qquad\text{или}\qquad R\,[\text{scf/STB}] = 5{,}529\,R\,[\text{м}^3/\text{м}^3]
где:
  • RRгазосодержание или газовый фактор — объём газа на объём нефти в стандартных условиях, м³/м³; scf/STB

Единицы: газ — стандартные кубометры или кубические футы, нефть — кубометры или баррели в стандартных условиях

Справедливо, если
  • 5,6146 — когда газ в обеих записях приведён к одним условиям: это просто число кубических футов в барреле;
  • 5,529 — когда кубометры газа приведены к 20 °C и 101,325 кПа, а кубические футы — к 60 °F и 14,696 psia;
  • объём нефти между 20 °C и 60 °F меняется примерно на 0,35 %; этим обычно пренебрегают.

Уроки библиотеки пользуются обоими множителями и каждый раз оговаривают условия: 5,615 — при одинаковых условиях (Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты), 5,53 — при переводе с 20 °C на 60 °F (Корреляции PVT-свойств нефти и газоконденсата).

В других системах единиц (1)
Откуда 5,529
5,529=5,61458⋅288,706293,155{,}529 = 5{,}61458\cdot\frac{288{,}706}{293{,}15}

число кубических футов в барреле, умноженное на отношение абсолютных температур 60 °F и 20 °C; давления 14,696 psia и 101,325 кПа совпадают.

Газ, отмеренный при 20 °C, при охлаждении до 60 °F (15,56 °C) сжимается: тот же газ занимает на 1,5 % меньший объём. Поэтому множитель меньше чисто геометрического 5,6146.

Расчётный примерОдин и тот же газ в разных кубометрах
Исходные данные (условные)
Газ сепаратора за месяц
2,50 млн м³ при 20 °C и 101,325 кПа (по ГОСТ 2939-63)
Газосодержание нефти
96 м³/м³ (газ — при 20 °C)
Решение
  1. К 15 °C (ISO 13443): 2,50⋅288,15/293,15=2,4572{,}50\cdot288{,}15/293{,}15 = 2{,}457 млн м³.
  2. К нормальным условиям, 0 °C: 2,50⋅273,15/293,15=2,3292{,}50\cdot273{,}15/293{,}15 = 2{,}329 млн м³.
  3. В стандартных кубических футах при 60 °F (288,71 К) и 14,696 psia — то же давление, что 101,325 кПа: в кубометре при 20 °C 35,3147⋅288,71/293,15=34,7835{,}3147\cdot288{,}71/293{,}15 = 34{,}78 scf, и 2,50⋅34,78=86,952{,}50\cdot34{,}78 = 86{,}95 млн scf (MMscf).
  4. При базе 14,73 psia: 86,95⋅14,696/14,73=86,7586{,}95\cdot14{,}696/14{,}73 = 86{,}75 MMscf.
  5. Если давление приведения 0,1 МПа понимать буквально: 2,50⋅101,325/100=2,5332{,}50\cdot101{,}325/100 = 2{,}533 млн м³.
  6. Газосодержание: 96⋅5,529=53196\cdot5{,}529 = 531 scf/STB; с множителем 5,6146 вышло бы 539 scf/STB — на 1,5 % больше.
Ответ: Одни и те же 2,50 млн м³ при 20 °C — это 2,457 млн м³ при 15 °C, 2,329 млн нормальных кубометров и 86,95 MMscf при 60 °F и 14,696 psia; газосодержание 96 м³/м³ — 531 scf/STB.

Что это значит. Количество газа во всех строках одно и то же — меняется лишь «кубометр», которым его меряют. Расхождения в 1,5–7 % больше погрешности хорошего газового счётчика, поэтому объём газа без условий приведения теряет смысл, а суммы из разных источников нельзя складывать, не пересчитав к одним условиям. Газ при условиях приведения считали идеальным; поправка на сжимаемость при атмосферном давлении — доли процента и почти сокращается. Данные примера условные.

Плотность: кг/м³, относительная плотность и градусы API

Плотность дегазированной нефти в отечественной практике указывают в кг/м³ или г/см³ при 20 °C, в международной — относительной плотностью γo\gamma_o по воде при 60 °F или в градусах API (шкала API). Плотность воды при 60 °F — 999,0 кг/м³, поэтому γo\gamma_o почти совпадает с плотностью в г/см³, но приводить обе плотности нужно к одной температуре: при нагреве на 1 °C нефть расширяется примерно на 0,08 %.

Относительная плотность нефти по её плотности при 20 °C
ρ60=ρ20[1+β (20−15,56)],γo=ρ60999,0\rho_{60} = \rho_{20}\left[1 + \beta\,(20 - 15{,}56)\right],\qquad \gamma_o = \frac{\rho_{60}}{999{,}0}
где:
  • ρ20, ρ60\rho_{20},\ \rho_{60}плотность дегазированной нефти при 20 °C и при 60 °F (15,56 °C), кг/м³
  • β\betaкоэффициент объёмного теплового расширения нефти, 1/°C
  • γo\gamma_oотносительная плотность нефти по воде при 60 °F, —

Единицы: кг/м³; 999,0 кг/м³ — плотность воды при 60 °F

Справедливо, если
  • линейное расширение в узком интервале температур; β≈8⋅10−4\beta \approx 8\cdot10^{-4} 1/°C — типичное значение для средних нефтей, принятое в уроках библиотеки; для сделок пересчёт делают по стандартным таблицам;
  • плотность — дегазированной нефти при атмосферном давлении.

Пересчёт с 20 на 15,56 °C добавляет к плотности около 0,36 %, а градусы API уменьшает примерно на 0,6.

Баррели в тонне зависят от плотности: тонна — это 1/ρ1/\rho кубометров, а кубометр — 6,2898 барреля. Строго плотность берут при той температуре, к которой приведён объём, — для барреля это 60 °F.

Баррели в тонне нефти
nbbl/т=6,2898ρ [т/м3]n_{\text{bbl/т}} = \frac{6{,}2898}{\rho\,[\text{т/м}^3]}
где:
  • nbbl/тn_{\text{bbl/т}}число баррелей в тонне нефти, bbl/т
  • ρ\rhoплотность нефти при температуре, к которой приведён объём барреля (60 °F), т/м³

Единицы: 6,2898 — баррелей в кубометре

Справедливо, если
  • нефть дегазированная, плотность и объём — при одной температуре.

При 0,86 т/м³ в тонне 7,31 барреля, при 0,80 — 7,86, при 0,92 — 6,84: лёгкая нефть даёт больше баррелей с тонны.

Относительную плотность газа дают по воздуху: γg=M/28,97\gamma_g = M/28{,}97, где MM — молярная масса газа (относительная плотность газа, Идеальный и реальный газ: коэффициент сверхсжимаемости). Плотность бурового раствора в промысловых единицах — в фунтах на галлон (ppg): 1 г/см³ = 8,345 ppg (Буровые растворы: функции и свойства).

Расчётный примерНефть: относительная плотность, градусы API и баррели в тонне
Исходные данные (условные)
Плотность дегазированной нефти при 20 °C
828 кг/м³
Коэффициент теплового расширения нефти
8⋅10−48\cdot10^{-4} 1/°C (как в уроке Корреляции PVT-свойств нефти и газоконденсата)
Плотность воды при 60 °F
999,0 кг/м³
Добыча нефти
1500 т/сут
Решение
  1. Плотность при 60 °F = 15,56 °C: 828⋅(1+8⋅10−4⋅4,44)=830,9828\cdot(1 + 8\cdot10^{-4}\cdot4{,}44) = 830{,}9 кг/м³ — охлаждённая нефть плотнее.
  2. Относительная плотность: γo=830,9/999,0=0,832\gamma_o = 830{,}9/999{,}0 = 0{,}832; градусы API: 141,5/0,832−131,5=38,6141{,}5/0{,}832 - 131{,}5 = 38{,}6.
  3. Баррелей в тонне: 6,2898/0,8309=7,576{,}2898/0{,}8309 = 7{,}57.
  4. Если взять плотность при 20 °C, получится 6,2898/0,828=7,606{,}2898/0{,}828 = 7{,}60 — больше на (830,9/828−1)⋅100=0,35(830{,}9/828 - 1)\cdot100 = 0{,}35 %: это баррели при 20 °C, а не при 60 °F.
  5. Суточная добыча: 1500⋅7,57=11 3551500\cdot7{,}57 = 11\,355 барр./сут.
Ответ: Нефть — 38,6 °API (относительная плотность 0,832), в тонне 7,57 барреля; 1500 т/сут — около 11 355 барр./сут.

Что это значит. Поправка на температуру меняет плотность лишь на треть процента, но сдвигает градусы API на несколько десятых и число баррелей на 0,35 %. Для учёта нефти по сделке такая разница — деньги, поэтому плотность и объём пересчитывают по стандартным таблицам, а не по средней поправке, как здесь. Данные примера условные.

Откуда берутся постоянные в формулах

Закон Дарси в СИ не содержит чисел: q=kAΔp/(μL)q = kA\Delta p/(\mu L). Чтобы подставлять в него промысловые величины — миллидарси, футы, psi, сантипуазы — и получать баррели в сутки, каждую величину переводят в СИ, а результат — обратно. Все множители собираются в одно число — постоянную формулы.

Расчётный примерВывод постоянной закона Дарси в промысловых единицах
Исходные данные (условные)
Закон Дарси в СИ
q=kAΔp/(μL)q = kA\Delta p/(\mu L), расход в м³/с
Промысловые единицы
kk — мД, AA — ft², Δp\Delta p — psi, μ\mu — сП, LL — ft; qq — bbl/d
Множители
1 мД = 0,9869233⋅10−150{,}9869233\cdot10^{-15} м²; 1 ft = 0,3048 м; 1 psi = 6894,757 Па; 1 сП = 10−310^{-3} Па·с; 1 bbl = 0,158987 м³; в сутках 86 400 с
Решение
  1. Площадь: в квадратном футе 0,30482=0,092903040{,}3048^2 = 0{,}09290304 м². Числитель kAΔpkA\Delta p умножается на 0,9869233⋅10−150{,}9869233\cdot10^{-15}, на 0,09290304 и на 6894,757 — всего на 6,3217⋅10−136{,}3217\cdot10^{-13}.
  2. Знаменатель μL\mu L умножается на 10−3⋅0,3048=3,048⋅10−410^{-3}\cdot0{,}3048 = 3{,}048\cdot10^{-4}. Деление даёт 2,0740⋅10−92{,}0740\cdot10^{-9}: с этим множителем расход выходит в кубометрах в секунду.
  3. Переводим м³/с в баррели в сутки: умножаем на 86 400/0,158987=543 44186\,400/0{,}158987 = 543\,441.
  4. Постоянная: 2,0740⋅10−9⋅543 441=1,1271⋅10−32{,}0740\cdot10^{-9}\cdot543\,441 = 1{,}1271\cdot10^{-3}.
  5. В формуле радиального притока площадь фильтрации — боковая поверхность цилиндра 2πrh2\pi rh, поэтому постоянная умножается на 2π2\pi: 7,082⋅10−37{,}082\cdot10^{-3}, а обратная ей величина — 141,2.
Ответ: Постоянная закона Дарси в промысловых единицах — 1,1271⋅10−31{,}1271\cdot10^{-3}; в формуле радиального притока — 7,082⋅10−37{,}082\cdot10^{-3} и обратная ей 141,2.

Что это значит. Постоянная — это переводы единиц шести величин (kk, AA, Δp\Delta p, μ\mu, LL и qq) в одном числе, и годится она только для того набора единиц, из которого получена. Тем же путём из определений получают метрическую постоянную 0,0853 (мД, м², МПа, мПа·с, м и м³/сут) и все постоянные таблицы ниже.

Метрическая постоянная получается проще: длины уже в метрах, проницаемость в мД умножают на 0,9869⋅10−150{,}9869\cdot10^{-15}, давление в МПа — на 10610^{6}, вязкость в мПа·с — на 10−310^{-3} (она в знаменателе, поэтому постоянная делится на 10−310^{-3}), а расход в м³/с умножают на 86 400 секунд в сутках — и получают 0,0853 (закон Дарси). Остальные постоянные библиотеки выводятся так же; полезно знать, откуда каждая:

Постоянные формул в уроках библиотеки
Формула
Закон Дарси, линейный поток
Промысловые единицы
1,127⋅10−31{,}127\cdot10^{-3}
Метрические промысловые
0,0853
Формула
Радиальный приток (формула Дюпюи)
Промысловые единицы
7,08⋅10−37{,}08\cdot10^{-3}; 141,2
Метрические промысловые
0,536; 1,866
Формула
Наклон полулогарифмической прямой
Промысловые единицы
162,6 (lg); 70,6 (ln)
Метрические промысловые
2,149 (lg); 0,933 (ln)
Формула
Безразмерное время, tt в часах
Промысловые единицы
2,637⋅10−42{,}637\cdot10^{-4}
Метрические промысловые
3,553⋅10−33{,}553\cdot10^{-3}
Формула
Объёмный коэффициент газа
Промысловые единицы
0,02828 ft³/scf; 0,00504 rb/scf
Метрические промысловые
3,456⋅10−43{,}456\cdot10^{-4} при 20 °C
Формула
Гидростатическое давление
Промысловые единицы
0,052 psi/ft на ppg
Метрические промысловые
0,00981 МПа/м на г/см³
Формула
Баррели в акр-футе
Промысловые единицы
7758
Метрические промысловые
—

Все значения рассчитаны из точных определений этого урока и совпадают с напечатанными в уроках. lg — десятичный логарифм, ln — натуральный; 0,052 — округление 12/231=0,0519512/231 = 0{,}05195; 0,433 psi/ft (точнее 0,4335) — градиент воды плотностью 1 г/см³.

Расчётный примерОдна скважина в трёх системах единиц
Исходные данные (условные)
Проницаемость kk; толщина hh
35 мД; 22 м
Вязкость нефти μ\mu; объёмный коэффициент BB
3,2 мПа·с; 1,08 м³/м³
Депрессия pe−pwp_e - p_w
2,6 МПа
Радиусы rer_e и rwr_w
220 м и 0,08 м
Решение
  1. ln⁡(re/rw)=ln⁡(220/0,08)=7,919\ln(r_e/r_w) = \ln(220/0{,}08) = 7{,}919.
  2. СИ: k=35⋅0,9869⋅10−15=3,454⋅10−14k = 35\cdot0{,}9869\cdot10^{-15} = 3{,}454\cdot10^{-14} м², Δp=2,6⋅106\Delta p = 2{,}6\cdot10^{6} Па, μ=3,2⋅10−3\mu = 3{,}2\cdot10^{-3} Па·с. Расход в пласте 2πkhΔp/(μln⁡(re/rw))=4,899⋅10−42\pi kh\Delta p/(\mu\ln(r_e/r_w)) = 4{,}899\cdot10^{-4} м³/с; в стандартных условиях — 4,899⋅10−4/1,08⋅86 400=39,194{,}899\cdot10^{-4}/1{,}08\cdot86\,400 = 39{,}19 м³/сут.
  3. Метрические промысловые: q=0,536⋅35⋅22⋅2,63,2⋅1,08⋅7,919=39,21q = \dfrac{0{,}536\cdot35\cdot22\cdot2{,}6}{3{,}2\cdot1{,}08\cdot7{,}919} = 39{,}21 м³/сут.
  4. Промысловые: h=22/0,3048=72,18h = 22/0{,}3048 = 72{,}18 ft, Δp=2,6⋅145,04=377,1\Delta p = 2{,}6\cdot145{,}04 = 377{,}1 psi. Числитель 7,08⋅10−3⋅35⋅72,18⋅377,1=6744,97{,}08\cdot10^{-3}\cdot35\cdot72{,}18\cdot377{,}1 = 6744{,}9, знаменатель 3,2⋅1,08⋅7,919=27,3683{,}2\cdot1{,}08\cdot7{,}919 = 27{,}368, и q=6744,9/27,368=246,5q = 6744{,}9/27{,}368 = 246{,}5 STB/d.
  5. Обратно в кубометры: 246,5⋅0,158987=39,19246{,}5\cdot0{,}158987 = 39{,}19 м³/сут.
Ответ: Все три записи дают одно и то же: 39,19, 39,21 и 39,19 м³/сут (246,5 STB/d).

Что это значит. Разница в сотых долях процента — от округления постоянных 0,536 и 7,08·10⁻³. Расхождение в проценты означало бы ошибку в единицах: такой контрольный расчёт в двух системах — простейшая проверка любой программы или таблицы. Данные примера условные.

Проверка размерностей

Любое физически верное уравнение однородно по размерностям: слева и справа одна размерность, а под логарифмом и в показателе экспоненты стоят безразмерные величины. Это даёт быструю проверку формулы и её преобразований.

Например, из закона Дарси размерность проницаемости: [k]=[q][μ][L]/([A][Δp])[k] = [q][\mu][L]/([A][\Delta p]), то есть м³/с · Па·с · м / (м² · Па) = м². Проницаемость — площадь, поэтому её и выражают в квадратных метрах или микрометрах.

Как проверить формулу с постоянной
  1. 1
    Найти единицы постоянной

    Постоянная без указанных единиц бесполезна: 141,2 работает только с мД, футами, psi, сП и баррелями в сутки.

  2. 2
    Проверить размерность в СИ

    Отбросить постоянную и подставить размерности величин: результат должен совпасть с размерностью левой части, а аргументы логарифмов и экспонент — оказаться безразмерными.

  3. 3
    Пересчитать постоянную

    Перевести все величины в СИ и собрать множители — должна получиться напечатанная постоянная.

  4. 4
    Сделать контрольный расчёт

    Посчитать один случай в двух системах единиц: результаты должны совпасть с точностью до округления постоянных.

Расчётный примерБезразмерное время в двух системах единиц
Исходные данные (условные)
Проницаемость kk; время tt
35 мД; 10 ч
Пористость ϕ\phi; вязкость μ\mu
0,20; 3,2 мПа·с
Общая сжимаемость ctc_t; радиус скважины rwr_w
1,5⋅10−31{,}5\cdot10^{-3} МПа⁻¹; 0,08 м
Решение
  1. Размерность в СИ: kt/(ϕμctrw2)kt/(\phi\mu c_t r_w^2) — это м²·с / (Па·с · Па⁻¹ · м²), то есть безразмерная величина. Значит, при единицах не из СИ множитель перед ktkt — чистый перевод единиц.
  2. Метрические промысловые единицы (мД, ч, мПа·с, 1/МПа, м): множитель 0,9869⋅10−15⋅3600⋅109=3,553⋅10−30{,}9869\cdot10^{-15}\cdot3600\cdot10^{9} = 3{,}553\cdot10^{-3} — как в уроке Уравнение пьезопроводности.
  3. Промысловые (мД, ч, сП, 1/psi, ft): 0,9869⋅10−15⋅3600⋅6894,760{,}9869\cdot10^{-15}\cdot3600\cdot6894{,}76 делим на 10−3⋅0,3048210^{-3}\cdot0{,}3048^2 и получаем 2,637⋅10−42{,}637\cdot10^{-4}.
  4. Метрический расчёт: числитель 3,553⋅10−3⋅35⋅10=1,24363{,}553\cdot10^{-3}\cdot35\cdot10 = 1{,}2436, знаменатель 0,20⋅3,2⋅1,5⋅10−3⋅0,082=6,144⋅10−60{,}20\cdot3{,}2\cdot1{,}5\cdot10^{-3}\cdot0{,}08^2 = 6{,}144\cdot10^{-6}, и tD=2,024⋅105t_D = 2{,}024\cdot10^{5}.
  5. Тот же случай в промысловых единицах: ct=1,5⋅10−3/145,04=1,0342⋅10−5c_t = 1{,}5\cdot10^{-3}/145{,}04 = 1{,}0342\cdot10^{-5} psi⁻¹, rw=0,08/0,3048=0,2625r_w = 0{,}08/0{,}3048 = 0{,}2625 ft, и tD=2,024⋅105t_D = 2{,}024\cdot10^{5} — то же число.
Ответ: Множители 3,553⋅10−33{,}553\cdot10^{-3} и 2,637⋅10−42{,}637\cdot10^{-4} — один и тот же перевод единиц для двух систем; безразмерное время в обеих равно 2,024⋅1052{,}024\cdot10^{5}.

Что это значит. Безразмерная величина не зависит от системы единиц — в этом и смысл безразмерных переменных в исследованиях скважин (Решение для линейного источника и функция давления). Если tDt_D в двух системах не совпало, ошибка в одной из постоянных или в переводе данных. Данные примера условные.

Сколько знаков хранить и где ошибаются на самом деле

Исходные данные разработки редко известны точнее нескольких процентов: проницаемость в лучшем случае — на 10–20 %, толщина и вязкость — на несколько процентов, объёмный коэффициент — примерно на процент. Поэтому переводные множители достаточно хранить с 4–5 значащими цифрами, а постоянные формул — с 3–4: их округление даёт ошибку в сотые доли процента. Точные значения нужны, когда числа многократно пересчитывают туда и обратно или сверяют большие накопленные объёмы: там расхождения копятся. Округляют только окончательный результат — до точности исходных данных.

Цена округления и цена перепутанной основы
Что сделано
Баррель взят как 0,159 м³ вместо 0,158987
Ошибка результата
+0,008 %
Что сделано
1 МПа взят как 145 psi вместо 145,04
Ошибка результата
−0,03 %
Что сделано
Постоянная Дарси 0,0853 вместо 0,08527
Ошибка результата
+0,03 %
Что сделано
1 мД принят равным 10−1510^{-15} м² (то есть 10−310^{-3} мкм²)
Ошибка результата
+1,3 %
Что сделано
Объём газа при 20 °C сравнили с объёмом при 60 °F без пересчёта
Ошибка результата
1,5 %
Что сделано
Давление приведения 0,1 МПа вместо 101,325 кПа
Ошибка результата
1,3 %
Что сделано
Нормальные кубометры (0 °C) приняты за стандартные (20 °C)
Ошибка результата
−6,8 %
Что сделано
Избыточное давление 0,5 МПа вместо абсолютного
Ошибка результата
−17 %
Что сделано
Постоянная для десятичного логарифма в формуле с натуральным
Ошибка результата
в 2,303 раза
Что сделано
Дарси вместо миллидарси; MMscf вместо Mscf
Ошибка результата
в 1000 раз
Что сделано
Пластовый объём вместо объёма в стандартных условиях
Ошибка результата
в BB раз (1,1–2 для нефти)

Верхние строки — округление множителей: ошибки меньше любой погрешности замеров. Нижние — перепутанная основа: от процентов до тысячи раз.

Ещё одна частая ошибка — смешение пластовых и поверхностных объёмов. Баррель в пластовых условиях пишут rb (reservoir barrel), в стандартных — STB; между ними объёмный коэффициент (Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты). Дебит «200 баррелей» без уточнения может означать и то и другое, а различие — в 1,2–1,5 раза для обычной нефти.

Термины и обозначения

СИ
Международная система единиц: метр, килограмм, секунда, паскаль, кельвин; формулы физики записываются в ней без числовых постоянных.
Промысловые единицы
американская система нефтяной практики: футы, баррели, psi, сантипуазы, миллидарси, °F; формулы в ней содержат переводные постоянные.
Метрические промысловые единицы
метры, кубометры в сутки, мегапаскали, мПа·с, миллидарси, °C; привычны в Казахстане и России, приняты в уроках библиотеки.
psia, psig
абсолютное и избыточное давление в фунтах-силах на квадратный дюйм; разница — атмосферное давление, 14,696 psi.
bbl, STB, rb
баррель (42 галлона США = 0,158987 м³); STB — баррель нефти в стандартных условиях, rb — баррель в пластовых условиях.
scf, Mscf, MMscf
стандартный кубический фут газа, тысяча и миллион таких футов.
Стандартные и нормальные условия
давление и температура, к которым приводят объёмы газа: 20 °C и 101,325 кПа в России и Казахстане, 15 °C по ISO 13443, 60 °F и 14,696 psia в промысловых единицах США; нормальные — 0 °C.
°API, γo\gamma_o
условная шкала плотности нефти и относительная плотность нефти по воде при 60 °F.
Постоянная формулы
число, собранное из переводов единиц; годится только для того набора единиц, для которого выведено.

Частые ошибки и заблуждения

Неверно

«1 м³/м³ — всегда 5,615 scf/STB».

На самом деле

Только когда газ в обеих записях приведён к одним условиям. Если кубометры газа приведены к 20 °C, а футы — к 60 °F, множитель 5,529.

Неверно

«В уравнение состояния подставим давление с манометра».

На самом деле

Манометр показывает избыточное давление; в газовые законы и PVT-расчёты подставляют абсолютное — к показанию прибавляют атмосферное, 0,101 МПа (14,7 psi).

Неверно

«Mscf — это миллион кубических футов».

На самом деле

M — римская тысяча: Mscf — тысяча стандартных кубических футов, MMscf — миллион.

Неверно

«Чем больше знаков в множителе, тем точнее результат».

На самом деле

Точность ограничивают исходные данные. Множителей с 4–5 знаками хватает; важнее не перепутать основу — условия приведения, абсолютное и избыточное давление, пластовые и стандартные объёмы.

Неверно

«Постоянная 141,2 подходит к любым единицам, это свойство формулы».

На самом деле

Это перевод единиц: 141,2 — для мД, футов, psi, сП и баррелей в сутки. В метрических промысловых единицах та же формула содержит 1,866.

Подробно: для продвинутых

Дарси из его определения

Единица дарси определена через сам закон Дарси, а не через метры, поэтому её значение в квадратных метрах — не круглое число. Подставим определение в закон Дарси, записанный в СИ:

Дарси в единицах СИ
1 Д=(10−6 м3/с)⋅(10−3 Па⋅с)⋅(10−2 м)(10−4 м2)⋅(101 325 Па)=0,9869233⋅10−12 м21\ \text{Д} = \frac{(10^{-6}\ \text{м}^3/\text{с})\cdot(10^{-3}\ \text{Па·с})\cdot(10^{-2}\ \text{м})}{(10^{-4}\ \text{м}^2)\cdot(101\,325\ \text{Па})} = 0{,}9869233\cdot10^{-12}\ \text{м}^2
где:
  • 10−6 м3/с10^{-6}\ \text{м}^3/\text{с}расход 1 см³/с, м³/с
  • 10−3 Па⋅с10^{-3}\ \text{Па·с}вязкость 1 сП, Па·с
  • 10−2 м; 10−4 м210^{-2}\ \text{м};\ 10^{-4}\ \text{м}^2длина 1 см и площадь сечения 1 см², м, м²
  • 101 325 Па101\,325\ \text{Па}перепад давления 1 атм, Па

Единицы: СИ

Справедливо, если
  • определение дарси: 1 см³/с жидкости вязкостью 1 сП через образец сечением 1 см² и длиной 1 см при перепаде давления 1 атм;
  • атмосфера здесь нормальная — ровно 101 325 Па; с технической атмосферой (1 кгс/см²) получилось бы другое число.

В отечественной практике проницаемость пишут и в мкм²: 1 Д ≈ 1 мкм² и 1 мД ≈ 10⁻³ мкм² с погрешностью 1,3 %. Об этом округлении стоит помнить, сравнивая керн, каротаж и исследования скважин из разных источников.

Единицы старых отчётов

В отечественных материалах прошлых десятилетий встречаются единицы, которые сейчас почти не используют. Их переводят по точным определениям:

Старые и редкие единицы
Единица
техническая атмосфера, кгс/см² (ат)
Определение
сила 1 кгс на 1 см²
В единицах СИ
98 066,5 Па ≈ 0,0981 МПа
Единица
физическая (нормальная) атмосфера, атм
Определение
давление 760 мм рт. ст.
В единицах СИ
101 325 Па
Единица
миллиметр ртутного столба, мм рт. ст.
Определение
1/760 атм
В единицах СИ
133,322 Па
Единица
бар
Определение
10510^5 Па
В единицах СИ
0,1 МПа
Единица
пуаз, П; сантистокс, сСт
Определение
единицы динамической и кинематической вязкости
В единицах СИ
1 П = 0,1 Па·с; 1 сСт = 10−610^{-6} м²/с
Единица
дина на сантиметр, дин/см
Определение
межфазное натяжение
В единицах СИ
1 мН/м

1 атм = 1,0332 кгс/см²: две «атмосферы» различаются на 3,3 %, поэтому в старом отчёте важно понять, какая из них имеется в виду. 1 атм = 14,696 psi.

Кинематическая вязкость ν=μ/ρ\nu = \mu/\rho (м²/с, сСт) — не то же, что динамическая: капиллярные вискозиметры измеряют именно её, и для перевода в мПа·с нужна плотность (Вязкость нефти и межфазное натяжение).

Связь с другими темами

Проверьте себя

  1. 1

    Газосодержание нефти — 120 м³/м³, газ приведён к 20 °C и 101,325 кПа. Сколько это в scf/STB при 60 °F и 14,696 psia?

    1. А.674 scf/STB
    2. Б.663 scf/STB
    3. В.21,4 scf/STB
    4. Г.120 scf/STB
    Показать ответ

    Правильный ответ: Б. 663 scf/STB

    Кубометр газа при 20 °C пересчитывают к 60 °F, поэтому множитель 5,529, а не 5,6146: 120⋅5,529≈663120\cdot5{,}529 \approx 663 scf/STB. 674 получается без поправки на температуру (ошибка 1,5 %), 21,4 — делением вместо умножения.

  2. 2

    Манометр сепаратора показывает 0,35 МПа. Какое давление подставить в уравнение состояния газа и насколько ошибся бы расчёт объёма газа, если взять показание манометра?

    Показать ответ

    Абсолютное давление 0,35+0,101=0,4510{,}35 + 0{,}101 = 0{,}451 МПа. Объём заданного количества газа обратно пропорционален давлению: с давлением 0,35 МПа он получился бы в 0,451/0,35=1,290{,}451/0{,}35 = 1{,}29 раза больше — завышен на 29 %, а количество газа в известном объёме, наоборот, занижено на 22 %.

  3. 3

    Что означает запись 15 MMscf/d?

    1. А.15 мегаметров кубических в сутки
    2. Б.15 тысяч стандартных кубических футов в сутки
    3. В.15 миллионов стандартных кубических футов в сутки
    4. Г.15 миллиардов кубических футов в сутки
    Показать ответ

    Правильный ответ: В. 15 миллионов стандартных кубических футов в сутки

    M — римская тысяча, MM — тысяча тысяч, то есть миллион. 15 MMscf/d — около 0,43 млн м³/сут при 20 °C: миллион стандартных кубических футов при 60 °F — это около 28 750 м³ при 20 °C.

  4. 4

    Плотность нефти при 20 °C — 870 кг/м³. Сколько это градусов API и баррелей в тонне? Что изменится, если забыть привести плотность к 60 °F?

    Показать ответ

    При 60 °F нефть плотнее: 870⋅(1+8⋅10−4⋅4,44)=873,1870\cdot(1 + 8\cdot10^{-4}\cdot4{,}44) = 873{,}1 кг/м³; γo=873,1/999,0=0,874\gamma_o = 873{,}1/999{,}0 = 0{,}874, API =141,5/0,874−131,5=30,4= 141{,}5/0{,}874 - 131{,}5 = 30{,}4. В тонне 6,2898/0,8731=7,206{,}2898/0{,}8731 = 7{,}20 барреля. Без поправки вышло бы 31,0 °API и 7,23 барреля — на 0,6 градуса и на 0,03 барреля больше: плотность была бы занижена на 0,36 %.

  5. 5

    Постоянная 162,6 в формуле наклона полулогарифмической прямой — это:

    1. А.перевод единиц, умноженный на ln 10: формула записана в промысловых единицах через десятичный логарифм
    2. Б.множитель перевода psi в МПа
    3. В.свойство пласта, которое находят по исследованию
    4. Г.поправка на скин-фактор
    Показать ответ

    Правильный ответ: А. перевод единиц, умноженный на ln 10: формула записана в промысловых единицах через десятичный логарифм

    162,6=70,6⋅ln⁡10162{,}6 = 70{,}6\cdot\ln 10, а 70,6=1/(4π⋅1,127⋅10−3)70{,}6 = 1/(4\pi\cdot1{,}127\cdot10^{-3}): в постоянной только переводы единиц и переход к десятичному логарифму (откуда постоянные). В метрических промысловых единицах ей соответствует 2,149.

  6. 6

    Студент записал приток к скважине как q=2πkhΔp/(μ re/rw)q = 2\pi kh\Delta p/(\mu\,r_e/r_w). Пройдёт ли формула проверку размерностей? Верна ли она?

    Показать ответ

    Пройдёт: re/rwr_e/r_w безразмерно, как и ln⁡(re/rw)\ln(r_e/r_w). Но формула неверна: при re/rw=2750r_e/r_w = 2750 знаменатель в 2750/7,92≈3502750/7{,}92 \approx 350 раз больше, чем у формулы Дюпюи. Размерности ловят ошибки в единицах, но не в физике; от таких ошибок защищают вывод и контрольный расчёт на известном случае.

Обновлено: 16 октября 2026 г.