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.
баррель — точное определение через галлон и дюйм
давление
абсолютное давление по показанию манометра
одно и то же количество газа при разных условиях приведения; температуры и давления абсолютные
— относительная плотность нефти по воде при 60 °F
- 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 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.
- 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
| Величина | СИ | Промысловые | Метрические промысловые |
|---|---|---|---|
| Длина, толщина | м | ft | м |
| Давление | Па | psi (psia, psig) | МПа |
| Дебит жидкости | м³/с | bbl/d (STB/d) | м³/сут |
| Дебит газа | м³/с | Mscf/d | тыс. м³/сут |
| Проницаемость | м² | мД | мД; мкм² |
| Вязкость | Па·с | сП | мПа·с |
| Сжимаемость | 1/Па | 1/psi | 1/МПа |
| Температура | К | °F; °R | °C; К |
| Плотность | кг/м³ | lb/ft³, °API, ppg | кг/м³, г/см³ |
| Время | с | ч, сут | 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.
- 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
| Единица | Определение | В единицах СИ |
|---|---|---|
| фут (ft) | международный фут | 0,3048 м — точно |
| дюйм (in) | 1/12 фута | 0,0254 м — точно |
| фунт (lb) | международный фунт | 0,45359237 кг — точно |
| фунт-сила (lbf) | вес фунта при нормальном ускорении 9,80665 м/с² | 4,448222 Н |
| psi | фунт-сила на квадратный дюйм | 6894,757 Па |
| галлон США (gal) | 231 кубический дюйм | 3,785411784 л — точно |
| баррель (bbl) | 42 галлона США | 0,158987 м³ — точно 0,158987294928 |
| атмосфера (атм) | нормальная атмосфера | 101 325 Па — точно |
| сантипуаз (сП) | 0,01 пуаза | 1 мПа·с — точно |
| дарси (Д) | через закон Дарси, см. ниже | 0,9869233·10⁻¹² м² |
Из этих определений получаются остальные множители. Кубический фут — м³, а в барреле кубического фута. Фунт-сила — вес фунта, и psi — эта сила на квадратный дюйм площадью 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.
- 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
| Величина | Промысловая единица | В метрических единицах | Обратный перевод |
|---|---|---|---|
| Длина | 1 ft | 0,3048 м | 1 м = 3,2808 ft |
| Объём | 1 bbl | 0,158987 м³ | 1 м³ = 6,2898 bbl |
| Объём | 1 ft³ | 0,0283168 м³ | 1 м³ = 35,3147 ft³ |
| Давление | 1 psi | 6,894757 кПа | 1 МПа = 145,04 psi |
| Градиент давления | 1 psi/ft | 22,621 кПа/м | 1 МПа/м = 44,21 psi/ft |
| Проницаемость | 1 мД | 0,9869·10⁻¹⁵ м² | 1 мкм² = 1013 мД |
| Вязкость | 1 сП | 1 мПа·с | — |
| Сжимаемость | 1 psi⁻¹ | 145,04 МПа⁻¹ | 1 МПа⁻¹ = 6,895·10⁻³ psi⁻¹ |
| Плотность | 1 lb/ft³ | 16,018 кг/м³ | 1 г/см³ = 62,43 lb/ft³ = 8,345 ppg |
| Дебит газа | 1 Mscf/d | 28,317 м³/сут при тех же условиях | 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.
- Эффективная толщина
- 46 ft
- Пластовое давление
- 3480 psia
- Проницаемость; вязкость нефти
- 85 мД; 1,9 сП
- Дебит нефти
- 1250 STB/d
- Общая сжимаемость
- psi⁻¹
- Пластовая температура
- 190 °F
- Толщина: м.
- Давление: МПа — абсолютное, как и в psia.
- Проницаемость и вязкость не меняются: миллидарси общие для обеих систем, 1 сП = 1 мПа·с.
- Дебит: м³/сут в стандартных условиях.
- Сжимаемость: в мегапаскале 145,04 psi, поэтому МПа⁻¹ — умножаем, а не делим.
- Температура: °C, или 360,9 К.
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 — отсчитанное от вакуума, МПа, psia
- избыточное (манометрическое) давление — превышение над атмосферным, МПа, psig
- атмосферное давление: нормальное — 0,101325 МПа = 14,696 psi = 1,01325 бар, МПа, psi
Единицы: любые единицы давления, одинаковые для трёх величин
- 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).
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 %.
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.
- 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
| Точка | °C | К | °F | °R |
|---|---|---|---|---|
| Абсолютный нуль | −273,15 | 0 | −459,67 | 0 |
| Таяние льда | 0 | 273,15 | 32 | 491,67 |
| Стандартная температура США | 15,56 | 288,71 | 60 | 519,67 |
| Стандартная температура в России и Казахстане | 20 | 293,15 | 68 | 527,67 |
| Кипение воды при 1 атм | 100 | 373,15 | 212 | 671,67 |
- абсолютная температура — в кельвинах или градусах Ранкина, К, °R
- температура по шкале Цельсия или Фаренгейта, °C, °F
Единицы: указаны в квадратных скобках
- 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.
- Манометр на устье
- 1840 psig
- Температура на устье
- 131 °F
- Манометр сепаратора
- 65 psig
- Атмосферное давление
- 14,696 psi (0,101325 МПа)
- Устье: psia, или МПа.
- Если подставить в газовый закон 1840 вместо 1854,7, давление и количество газа занизятся на %.
- Сепаратор: psia МПа; ошибка от избыточного давления — %.
- Температура: °C; абсолютная — К, или °R. Проверка: .
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.
- 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
| Где и кем приняты | Температура | Давление (абсолютное) | Мольный объём, м³/кмоль |
|---|---|---|---|
| Россия, Казахстан: ГОСТ 2939-63, газ сухой | 20 °C | 101,325 кПа (760 мм рт. ст.) | 24,06 |
| Казахстан: запасы газа по Единым правилам | 20 °C | 0,1 МПа | — |
| Международный стандарт ISO 13443 для природного газа | 15 °C | 101,325 кПа | 23,64 |
| Промысловые единицы США | 60 °F (15,56 °C) | 14,696 psia (101,325 кПа) | 23,69 |
| Газовая статистика и контракты в США | 60 °F | часто 14,73 psia | 23,64 |
| Нормальные условия (физика, химия, «нормальный кубометр») | 0 °C | 101,325 кПа | 22,41 |
Мольные объёмы — для идеального газа, ; 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.
- объём одного и того же количества газа при условиях 1 и 2, м³, ft³
- абсолютные температуры условий приведения, К или °R
- абсолютные давления условий приведения, одинаковые единицы
Единицы: температуры абсолютные, давления абсолютные и в одних единицах
- 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 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
- 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)
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.
- 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)
- К 15 °C (ISO 13443): млн м³.
- К нормальным условиям, 0 °C: млн м³.
- 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 scf, и млн scf (MMscf).
- При базе 14,73 psia: MMscf.
- Если давление приведения 0,1 МПа понимать буквально: млн м³.
- Газосодержание: scf/STB; с множителем 5,6146 вышло бы 539 scf/STB — на 1,5 % больше.
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 по воде при 60 °F или в градусах API (шкала API). Плотность воды при 60 °F — 999,0 кг/м³, поэтому 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 %.
- плотность дегазированной нефти при 20 °C и при 60 °F (15,56 °C), кг/м³
- коэффициент объёмного теплового расширения нефти, 1/°C
- относительная плотность нефти по воде при 60 °F, —
Единицы: кг/м³; 999,0 кг/м³ — плотность воды при 60 °F
- линейное расширение в узком интервале температур; 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 кубометров, а кубометр — 6,2898 барреля. Строго плотность берут при той температуре, к которой приведён объём, — для барреля это 60 °F.
- число баррелей в тонне нефти, bbl/т
- плотность нефти при температуре, к которой приведён объём барреля (60 °F), т/м³
Единицы: 6,2898 — баррелей в кубометре
- 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: , где — 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).
- Плотность дегазированной нефти при 20 °C
- 828 кг/м³
- Коэффициент теплового расширения нефти
- 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
- Плотность при 60 °F = 15,56 °C: кг/м³ — охлаждённая нефть плотнее.
- Относительная плотность: ; градусы API: .
- Баррелей в тонне: .
- Если взять плотность при 20 °C, получится — больше на %: это баррели при 20 °C, а не при 60 °F.
- Суточная добыча: 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: . 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.
- Закон Дарси в СИ
- , расход в м³/с
- Промысловые единицы
- — мД, — ft², — psi, — сП, — ft; — bbl/d
- Множители
- 1 мД = м²; 1 ft = 0,3048 м; 1 psi = 6894,757 Па; 1 сП = Па·с; 1 bbl = 0,158987 м³; в сутках 86 400 с
- Площадь: в квадратном футе м². Числитель умножается на , на 0,09290304 и на 6894,757 — всего на .
- Знаменатель умножается на . Деление даёт : с этим множителем расход выходит в кубометрах в секунду.
- Переводим м³/с в баррели в сутки: умножаем на .
- Постоянная: .
- В формуле радиального притока площадь фильтрации — боковая поверхность цилиндра , поэтому постоянная умножается на : , а обратная ей величина — 141,2.
Что это значит. Постоянная — это переводы единиц шести величин (, , , , и ) 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 , давление в МПа — на , вязкость в мПа·с — на (она в знаменателе, поэтому постоянная делится на ), 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:
- Формула
- Закон Дарси, линейный поток
- Промысловые единицы
- Метрические промысловые
- 0,0853
- Формула
- Радиальный приток (формула Дюпюи)
- Промысловые единицы
- ; 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, в часах
- Промысловые единицы
- Метрические промысловые
- Формула
- Объёмный коэффициент газа
- Промысловые единицы
- 0,02828 ft³/scf; 0,00504 rb/scf
- Метрические промысловые
- 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
- —
| Формула | Промысловые единицы | Метрические промысловые | Урок |
|---|---|---|---|
| Закон Дарси, линейный поток | 0,0853 | Проницаемость горных пород | |
| Радиальный приток (формула Дюпюи) | ; 141,2 | 0,536; 1,866 | Установившийся радиальный приток |
| Наклон полулогарифмической прямой | 162,6 (lg); 70,6 (ln) | 2,149 (lg); 0,933 (ln) | откуда постоянные |
| Безразмерное время, в часах | Уравнение пьезопроводности | ||
| Объёмный коэффициент газа | 0,02828 ft³/scf; 0,00504 rb/scf | при 20 °C | Объёмный коэффициент, сжимаемость и вязкость газа |
| Гидростатическое давление | 0,052 psi/ft на ppg | 0,00981 МПа/м на г/см³ | Поровое и горное давление |
| Баррели в акр-футе | 7758 | — | Подсчёт запасов объёмным методом |
Все значения рассчитаны из точных определений этого урока и совпадают с напечатанными в уроках. lg — десятичный логарифм, ln — натуральный; 0,052 — округление ; 0,433 psi/ft (точнее 0,4335) — градиент воды плотностью 1 г/см³.
- Проницаемость ; толщина
- 35 мД; 22 м
- Вязкость нефти ; объёмный коэффициент
- 3,2 мПа·с; 1,08 м³/м³
- Депрессия
- 2,6 МПа
- Радиусы и
- 220 м и 0,08 м
- .
- СИ: м², Па, Па·с. Расход в пласте м³/с; в стандартных условиях — м³/сут.
- Метрические промысловые: м³/сут.
- Промысловые: ft, psi. Числитель , знаменатель , и STB/d.
- Обратно в кубометры: м³/сут.
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: , то есть м³/с · Па·с · м / (м² · Па) = м². Проницаемость — площадь, поэтому её и выражают в квадратных метрах или микрометрах.
- 1Найти единицы постоянной
Постоянная без указанных единиц бесполезна: 141,2 работает только с мД, футами, psi, сП и баррелями в сутки.
- 2Проверить размерность в СИ
Отбросить постоянную и подставить размерности величин: результат должен совпасть с размерностью левой части, а аргументы логарифмов и экспонент — оказаться безразмерными.
- 3Пересчитать постоянную
Перевести все величины в СИ и собрать множители — должна получиться напечатанная постоянная.
- 4Сделать контрольный расчёт
Посчитать один случай в двух системах единиц: результаты должны совпасть с точностью до округления постоянных.
- Проницаемость ; время
- 35 мД; 10 ч
- Пористость ; вязкость
- 0,20; 3,2 мПа·с
- Общая сжимаемость ; радиус скважины
- МПа⁻¹; 0,08 м
- Размерность в СИ: — это м²·с / (Па·с · Па⁻¹ · м²), то есть безразмерная величина. Значит, при единицах не из СИ множитель перед — чистый перевод единиц.
- Метрические промысловые единицы (мД, ч, мПа·с, 1/МПа, м): множитель — как в уроке Уравнение пьезопроводности.
- Промысловые (мД, ч, сП, 1/psi, ft): делим на и получаем .
- Метрический расчёт: числитель , знаменатель , и .
- Тот же случай в промысловых единицах: psi⁻¹, ft, и — то же число.
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 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.
- 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 м² (то есть 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 раз (1,1–2 для нефти)
| Что сделано | Ошибка результата |
|---|---|
| Баррель взят как 0,159 м³ вместо 0,158987 | +0,008 % |
| 1 МПа взят как 145 psi вместо 145,04 | −0,03 % |
| Постоянная Дарси 0,0853 вместо 0,08527 | +0,03 % |
| 1 мД принят равным м² (то есть мкм²) | +1,3 % |
| Объём газа при 20 °C сравнили с объёмом при 60 °F без пересчёта | 1,5 % |
| Давление приведения 0,1 МПа вместо 101,325 кПа | 1,3 % |
| Нормальные кубометры (0 °C) приняты за стандартные (20 °C) | −6,8 % |
| Избыточное давление 0,5 МПа вместо абсолютного | −17 % |
| Постоянная для десятичного логарифма в формуле с натуральным | в 2,303 раза |
| Дарси вместо миллидарси; MMscf вместо Mscf | в 1000 раз |
| Пластовый объём вместо объёма в стандартных условиях | в 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,
- 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
«1 м³/м³ — всегда 5,615 scf/STB».
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.
«В уравнение состояния подставим давление с манометра».
Манометр показывает избыточное давление; в газовые законы и PVT-расчёты подставляют абсолютное — к показанию прибавляют атмосферное, 0,101 МПа (14,7 psi).
«Mscf — это миллион кубических футов».
M — римская тысяча: Mscf — тысяча стандартных кубических футов, MMscf — миллион.
«Чем больше знаков в множителе, тем точнее результат».
Точность ограничивают исходные данные. Множителей с 4–5 знаками хватает; важнее не перепутать основу — условия приведения, абсолютное и избыточное давление, пластовые и стандартные объёмы.
«Постоянная 141,2 подходит к любым единицам, это свойство формулы».
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:
- расход 1 см³/с, м³/с
- вязкость 1 сП, Па·с
- длина 1 см и площадь сечения 1 см², м, м²
- перепад давления 1 атм, Па
Единицы: СИ
- 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:
- 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
- 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 = м²/с
- Единица
- дина на сантиметр, дин/см
- Определение
- межфазное натяжение
- В единицах СИ
- 1 мН/м
| Единица | Определение | В единицах СИ |
|---|---|---|
| техническая атмосфера, кгс/см² (ат) | сила 1 кгс на 1 см² | 98 066,5 Па ≈ 0,0981 МПа |
| физическая (нормальная) атмосфера, атм | давление 760 мм рт. ст. | 101 325 Па |
| миллиметр ртутного столба, мм рт. ст. | 1/760 атм | 133,322 Па |
| бар | Па | 0,1 МПа |
| пуаз, П; сантистокс, сСт | единицы динамической и кинематической вязкости | 1 П = 0,1 Па·с; 1 сСт = м²/с |
| дина на сантиметр, дин/см | межфазное натяжение | 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 (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
- Проницаемость горных пород — закон Дарси и единицы проницаемости — откуда 0,0853 и 1,127·10⁻³.
- Идеальный и реальный газ: коэффициент сверхсжимаемости — уравнение состояния, мольный объём и стандартные условия для газа.
- Пластовое давление и температура — пластовое давление и температура, абсолютное и избыточное давление в разработке.
- Модель «чёрной нефти»: газосодержание и объёмные коэффициенты — пластовые и стандартные объёмы, газосодержание в м³/м³ и scf/STB.
- Состав пластовых флюидов — плотность нефти и шкала API.
- Анализ кривой падения давления — откуда постоянные 2,149 и 162,6 и чем натуральный логарифм отличается от десятичного.
- Поровое и горное давление — гидростатические постоянные 0,00981 и 0,052.
- Подсчёт запасов объёмным методом — переводные множители для запасов: акр-футы, баррели, тонны.
Проверьте себя
- 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?
- А.674 scf/STB
- Б.663 scf/STB
- В.21,4 scf/STB
- 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: scf/STB. 674 получается без поправки на температуру (ошибка 1,5 %), 21,4 — делением вместо умножения.
- 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 МПа. Объём заданного количества газа обратно пропорционален давлению: с давлением 0,35 МПа он получился бы в раза больше — завышен на 29 %, а количество газа в известном объёме, наоборот, занижено на 22 %.
- 3
Что означает запись 15 MMscf/d?
- А.15 мегаметров кубических в сутки
- Б.15 тысяч стандартных кубических футов в сутки
- В.15 миллионов стандартных кубических футов в сутки
- 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
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: кг/м³; , API . В тонне 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
Постоянная 162,6 в формуле наклона полулогарифмической прямой — это:
- А.перевод единиц, умноженный на ln 10: формула записана в промысловых единицах через десятичный логарифм
- Б.множитель перевода psi в МПа
- В.свойство пласта, которое находят по исследованию
- Г.поправка на скин-фактор
Показать ответ
Правильный ответ: А. перевод единиц, умноженный на ln 10: формула записана в промысловых единицах через десятичный логарифм
, а : в постоянной только переводы единиц и переход к десятичному логарифму (откуда постоянные). В метрических промысловых единицах ей соответствует 2,149.
- 6
Студент записал приток к скважине как . Пройдёт ли формула проверку размерностей? Верна ли она?
Показать ответ
Пройдёт: безразмерно, как и . Но формула неверна: при знаменатель в 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.