Товары в корзине: 0 шт Оформить заказ
Стр. 1
 

96 страниц

495.00 ₽

Купить официальный бумажный документ с голограммой и синими печатями. подробнее

Официально распространяем нормативную документацию с 1999 года. Пробиваем чеки, платим налоги, принимаем к оплате все законные формы платежей без дополнительных процентов. Наши клиенты защищены Законом. ООО "ЦНТИ Нормоконтроль".

Наши цены ниже, чем в других местах, потому что мы работаем напрямую с поставщиками документов.

Способы доставки

  • Срочная курьерская доставка (1-3 дня)
  • Курьерская доставка (7 дней)
  • Самовывоз из московского офиса
  • Почта РФ

В Руководстве описана последовательная методика определения реологических моделей и параметров неньютоновских нефтей, включающая проведение реометрических экспериментов на реотесте, бомбе PVT, реогониометре Вайссенберга, моделях пористой среды (кернах) и гидродинамические исследования скважин. Рассмотрены наиболее употребительные реологические модели, методы их дискриминации и определения параметров. Приведены методы определения вязкопластичных и вязкоупругих свойств нефтей.

Оглавление

Введение

1 Реологические модели для описания поведения неньютоновских нефтей

2 Приборы для измерения реологических параметров нефти (вискозиметры)

3 Примеры реологических измерений нефтей некоторых месторождений

4 Дискриминация реологических моделей

5 Метод оценки неравновесных свойств нефтей

6 Исследование фильтрационных характеристик неньютоновских нефтей на моделях пористой среды

7 Оценка проявления неньютоновских свойств нефти по КВД

8 Исследование скважины методом двухсторонних кривых изменения давления в скважине

9 Диагностировакие релаксационных свойств нефти по кривой восстановления давления

10 Определение реологических характеристик нефтей по данным исследования скважин методом гидропрослушивания

11 Приложение

Показать даты введения Admin

Страница 1

МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ И ГАЗОВОЙ ПРОШШЕННОСТИ

т 34- ОН- 41

МЕТОДИЧЕСКОЕ РУКОВОДСТВО

ПО ОПРЕДЕПЕНИГ РЕОЛОГИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕНЬГГОНОВСКИХ НЕФТЕЙ

Москва Т990г.

Страница 2

МИНИСТЕРСТВО НЕФТЯНОЙ и газовой проыышленнхти

Утверждаю

МЕТОдаЧИСКОЕ РУКОВОДСТВО но опрвдлению реологических свойств

НЬНЬЮТОНОВСКИХ НЕФТЕЙ РД М' Off* $4

Настоящий документ разработан Всесоюзнъ^^вй^егазовым научно-

иссле дохйшЖЙсга&?нститутом (ВНИИ)

SSr

им.ка

/Директор

Ответственны!

Зав.лабораторией гидродинамики пластовых жидкостей в стволе скважин и призабойной зоне пласта

М.Л.Сургучев

И.Ы.Аметов

Страница 3

ВВЕДЕНИЕ

Z

В настоящее время одной из основных проблем, стоящих перед нефтяной промышленностью, является повышение 8ффективности

разработки месторождения неньютоновских нефтей* Статистический анализ нефтеизвлечения по месторождениям страны показал, что коэффициент нефтеотдачи на месторождениях неньютоновских нефтей в среднем в два и более раза меньше, чемз залежах с ньютоновскими нефтями и не превышает 0,2 - 0,3. Такое положение обуславливается двумя основными причинами. С одной стороны, высокая, вязкость и наличие пластичных свойств резко осложняют фильтрацию в пласте и добычу неньготоновских нефтей. С другой стороны, реологические свойства таких нефтей систематически не определяются и, соответственно, не учитываются в проектах разработки месторождений и в мероприятиях по регулированию их эксплуатации. Между тем, наличие данных о реологических свойствах нефти позволяет повысить эффективность нефтеизвлечения на подобных месторождениях. Так, например, наличие у нефти вяэко-нластичных свойств можат приводить к образованию застойных зон в пласте, что резки снижает коэффициент нефтеизвлечения^ Поэтому учет atac особенностей в проекте разработки позволит более обоснованно организовать технологические мероприятия по добыче нефти на месторождениях. Наличие у нефти вяжко-упрутих евойетв влияет, в частности, на выбор температуры закачиваемой воды и обработку призабойной зоны, выбор технологических режимов работы газлифтных скважин, с целью снижения расходов газа и уотановок НЮН и ЭЦН для улучшения характеристик их работы. Таким образом, учет реологических свойств при составлении проектов разработки и техно-

Страница 4

3

логических схем даст возможность повысить эффективность нефтеизвлечения из залежей неньютоновских нефтей. Неньютоновские свойства нефтей необходимо учитывать в разделах 3, 4, 6 технологической схемы разработки нефтяного (и газонефтяного) месторождения. (Регламент составления проектов и технологических схем разработки нефтяных и газонефтяных месторождений", Москва, 1986г.)

В данном руководстве описана последовательная методика определения реологических моделей и параметров неыьютоновсклх нефтей, включающая проведение реометрических экспериментов на рео-тесте, бомбе PVT, рэог^ониометре Вайосенберга, моделях пористой среды (кернах) и гидродинамические исследования скважин.

Рассмотрены наиболее употребитеявные реологические модели, методы их дискриминации и определения параметров. Приведены методы определения вязкопластичных и вязкоупругих свойств нефтей. Общая схема проведения реометрических исследований нефтей включает следующие три этапа. На первом этапе на реотесте определяется стационарная реологическая модель нефти и определяются ее параметры. При этом выбор наилучвзей модели из набора возможных определяется с помощью дискриминирующего метода Тейла. Обработкой полученных данных в специальных координатах Кросса оценивается наличие у нефти вязкоупругих свойств.

Далее приводятся исследования свойств нефтей на рэогонио-метре Вайссенберга с целью оценки нормальных напряжений при сдвиговом течении нефти и определении модуля сдвиговой упругости.

Альтернативная оценка наличия у нефти неравновесных свойств производится на основании исследований в бомбе PVT по специальной методике.

По результатам данного набора экспериментов определяется

Страница 5

4

типичный характер поведения нефти (равновесный или перавновес-ный), оцениваются вязкоупругие овойотва и определяется реологическая модель.

На следующем этапе проводится исследование фильтрационных характеристик неньютоновской нефти на кернах и насыпных моделях пористой среды. Определяются закон фильтрации, величина начального градиента давления, индекс аномальности.

Исходя из результатов лабораторных экспериментов,на третьем этапе, определение параметров неньютоновских оистем проводится по данным гидродинамических исследований скважин. Комплекс исследований включает снятие двусторонних кривых изменения давления в скважине, диагностирование фильтрационной модели и определение параметров.

Данное руководство является методическим обеспечением приложения к Регламенту составления проектов и технологических схем разработки нефтяных и газонефтяных местрождений по подготовке данных реологических свойств неньютоновских нефтей.

В составлении руководства принимали участие коллектив сотрудников ВНИИ им.акад.А.П.Крылова, АзИнефтехим им.М.Азизбеко-ва, Института математики и механики АН Аз.ССР под руководством академика АН Азерб.ССР Мирзаджанзаде А.Х. в составе: Аметов И.М., Ахатов И.Ш., Булина И.Г., Днепровская Н.И., 2уйко П.В., Козаченко В.А., Мукук К.В., Мустафаев С.Э., Умрихин И.Д., Хабибуллин З.А., Шерстнев Н.М., Ягубов И.Н.f а также сотрудники ПечорНИПИ-нефть Уфимского нефтяного института.

Страница 6

s

I. РЕОЛОГИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ ОПИСАНИЯ ПОВЕЛЕНИЯ НЕИЬЮТОНОВСКИХ НВ&ТЕЙ

Существует большое количество реологических моделей, учитывающих неньютоновские свойства нефтей* Разнообразные формы отклонения от неньютоновского поведения, проявляемые нефтями, определяются их химическим составом, а также условиями технологического процесса.

Для расчета технологических параметров процесса необходимо знать основные реологические параметры нефти. В случав неньютоновских нефтей вязкость зависит от скорооти сдвига. Для описания зависимости вязкости и напряжения сдвига от скорости сдвига выбирают подходящую реологическую модель.

а) Наиболее распространенной реологической моделью для описания течения неньютоновских нефтей является модель Шведова-Бингама

Кривая течения (или реологическая кривая) для этих жидкостей представляет собой прямую линию на графике    ,

пересекающую ось напряжений сдвига на расстоянии    от    ее

начала.

гг'

ууо - предельное напряжение сдвига, превышение которого приводит к возникновению вязкого течения;    -    пластическая

вязкость, численно равная тангенсу угла наклона кривой течения.

Объяснение поведения бингамовских сред исходит из предположения о наличии у покоящейся жидкости пространственной структуры, достаточно жесткой, чтобы сопротивляться любому напряжению,

Страница 7

6

не превосходящему по величине . Например, пространственная структура парафина при температуре ниже температуры застывания. Если напряжение превышает ^*> , то структура полностью разрушается и система ведет себя как обычная ньютоновская жидкость. Когда же напряжение сдвига становится меньше ^о , структура может снова восстановиться (явление тякстропии). На рис.1 приведены типичные реологические кривые для высоходарафинистой Узеньской нефти.

б) Псевдопластические жидкости не обнаруживают предела текучести, и их кривая течения показывает, что отношение напряжения сдвига к скорости сдвига у них постепенно снижается с ростом скорости сдвига. Подобные зависимости характерны, например, для нефтей Герасимовского месторождения Томской области (рис.2, 3). Для описания жидкостей такого типа эмпирическая функциональная зависимость в виде стеленного эакона была предложена Оствальдом и усовершенствована Рейвером:

£=/<7* (1-2)

где к и ^ являются постоянными для данной жидкости: к -мера консистенции жидкости (чем выше вязкость жидкости, тем больше к ), ^    -    характеризует    степень    неньютоновского    по

ведения материала ( ^ < I), и чем больше ^ отличается от единицы, тем отчетливее проявляются его неньютоновские свойства.

Кажущаяся вязкость *1?? для степенного закона можно выразить через ''Х    ,    т.к.    *2??=    ,    т.е.

Ч

(1.3)

Страница 8

*

Рис.I. Pooлогические кривые Узекьской нефти t = 20, 37, 50°С

Страница 9

&

Рис.2. Реологические кривее Герасимовской нефти (Томская область):    t    =    6    -    20°С

Страница 10

9

Рис.З. Зависимость вязкости от скорости сдвига для Герасимовской нефти

Страница 11

w

и поскольку для псевдопластичных материалов vn I, то кажущаяся вязкость убывает с возрастанием скорости сдвига.

в)    Вязкоупругие жидкости относятся к системам, проявляющим как упругое восстановление формы, так и вязкое течение.

В самом простом случае можно предположить, что вязкая составляющая характеризуется законом Ньютона 'j =    , а упру

гая подчиняется закону 1^ка, тогда при приложенном напряжении материал получит    дополнительную деформацию    сдвига    (где

£    -    модуль    сдвиговой упругости). Следовательно добавочная

скорость сдвига пропорциональная скорости изменения напряжения для любого момента времени и полная скорость сдвига запишется:

г-Ъ f    аА)

или

Я-it = \Д    (1.5)

й Ъ

где л = —    * тояв означает производную по времени.

Уравнение (1.4) впервые было предложено Макевеялеы. Жидкости. которые описываются этим уравнением, обычно называются максвелловскими. Параметр    имеет размерность времени, и

из уравнения (1.5) видно, что он является постоянной времени экспоненциального ослабления напряжения при неизменной деформации. Поэтому параметр Л{ получил название времени релаксации.

г)    Помимо вышеперечисленных широко известных реологических уравнений существуют другие феноменологические зависимости,

Страница 12

и

подходящие для описания течения неньютоновских сред.

В частности для нефтей существует достаточно простая модель, предложенная Кессоном:

х"&--    (1.6)

Величина выражает пластическую составляющую течения. Параметр к* связан с вязкой составляющей, т.е. угловой ко-

»    -    Иг    \

эффициент наклона прямой на графике 0    =/(#    /    »    рис.4.

Уравнение Кэссопа и Шведова-Бингама было обобщено Щуль-маном З.Л. и приняло вид

Т-[Ф(и)Ч”    (1-7)

П. ПРИБОРЫ ДНЯ ИЗМЕРЭШЯ РЕОЛОШЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ НЕФТИ (ВИСКОЗИМЕТРЫ)

Известно два основных метода получения реологических характеристик ноньютоновских жидкостей:

1.    Непосредственное установление связи напряжения сдвига со скоростью сдвига путем создания в образце однородной сдвиговой деформации в специально сконструированном приборе и измерения соответствующего напряжения сдвига при фиксированной скорости. Вискозиметры, использующие этот принцип, представляют собой ротационные устройства в виде соосных цилиндров или конуса и пластины.

2.    Установление зависимости между напряжением и скоростью сдвига косвенным споообом - по измерениям перепада давлений и

Страница 13

a

Рис.4. Реологическая кривая, обработанная в параметрах модели Кессона

Страница 14

/3

расходу жидкости в прямолинейном канале или в вискозиметрах с капиллярной трубкой, в таких приборах скорость сдвига не постоянна поперек канала» а изменяется от нуля на оси трубы до максимума на стенке.

а) Ротационные вискозиметры

Исследуемый образец помещают в зазор между двумя вертикально расположенными соосными цилиндрами, один из них приводится во вращение с изменяемой угловой скоростью, в то время как_ другой цилиндр испытывает закручивающее усилие, величина которого измеряется в процессе опыта. Измерение крутящего момента в зависимости от числа оборотов вращающего цилиндра можно интерпретировать как связь между напряжением сдвига и скоростью, сдвига. Изменение скорости сдвига в каждой точке испытуемого образца зависит от ширины кольцевого зазора между обоими цилиндрами. Если щель достаточно мала, то изменение скорости сдвига поперек зазора будет незначительно» т.е. радиальное изменение указанной величины пренебрежимо мало. Измерительную камеру прибора помещают в тер.мостатярующую баню.

Существуют ротационные вискозиметры с вращающимся- внутренним цилиндром, например, выпускаемый в ГДР ’Феотеет", или с зращащимся внешним цилиндром или конусом и пластиной, как "Ро-товиско" (ФРГ) или вискозиметр Ферранти-Шйрлея и реогонномвтр Вайосенберга (Англин).

При использовании ротационных внсно8ииетров е вращающимся внешним или внутренним цилиндром намерения проводятся при заданной скорости сдвига» и замер напряжения производится в момент полностью стабилизированного течения Т- Const (рис.5). (Для этой цели желательна непрерывная запись значений Т с

Страница 15

ft
т; Ла

Рис.5. Кинетика развития касательных напряжений при фиксированной скорости сдвига (вискозиметр "Реотеот")

Страница 16

помощью самописца).

Для построения графика реологической кривой или кривой течения с измерительного блока в момент установления стабильного течения считываются показания ( cL )t пропорциональные *£ , эта величина умножается на коэффициент ( ^    ), который явля

ется константой прибора, учитывающей геометрию прибора и характеристику динамометра. Вязкость вычисляется для каждой, скорости путем умножения значения Т на коэффициент, учитывающий скорость сдвига и константу прибора. Полученные зависимости являются основными реологическими характеристиками.

б) Реогониометр Вайссенберга с рабочим органом конус-пластина (рис.6) состоит из плоской пластины и тупоугольного вращающегося конуса. Вершина конуеа слегка касается поверхности пластины. Жидкость заполняет узкую щель между ними. Вели угол очень мал, например, меньше 0,5 мм, то испытуемый материал во всем объеме будет подвергаться одноосному сдвигу, а концевые эффекты будут незначительны. Тогда анализ опытных данных для неньютоновских жидкостей упрощается, поскольку кажущаяся вязкость получается как функция скороотм сдвига. При этом

O'.. -ЗЦ

(2.1)

а

п - —^УЛ-

где VA - крутящий момент на торсионе; - радиус конуса; со - угловая скорость;

Страница 17

/6

Рис.6. Схема рабочего узла реогониометра Вайссенберга

Страница 18

/?

^ - угол конусности.

Помимо измерения параметров напряжений сдвита и скорости сдвига, реогониоыетр Вайссенберга служит для измерения упругих характеристик, таких как нормальные напряжения, направленные перпендикулярно направлению течения, модуля сдвиговой упругости и времени релаксации. Для некоторых тяжелых нефтей с большим содержанием асфальтенов и смол в реологическое уравнение входит время, т.е. связь между тензором напряжений и скоростей деформаций не определяется их мгновенными текущими значениями, а зависит от всей предыстории процесса течения.

При экспериментах с такими нефтями наблюдается и может быть измерено запаздывание изменения касательного напряжения по отношению к изменению скорости сдвига. Причем, чаще всего время запаздывания увеличивается с уменьшением скорости сдвига.

При внезапной остановке при установившемся течении с помощью реогониометра можно непосредственно измерить время релаксации. На рис.7 показаны кривые релаксации жетыбайской нефти для разных скоростей деформирования.

в) Вискозиметры трубчатые

Определение характеристик неныотоновсхой нефти в капиллярных (трубчатых) вискозиметрах требует одновременного измерения объемной скорости Q в сечении трубки и соответствующего перепада давления по длине трубы . Эти измерения многократно повторяются во всем диапазоне значений ^ и ^ , Приборы такого типа состоят из емкости с жидкостью, устройства для приложения давления, трубки и расходомера.

При ламинарном режиме течения справедлива зависимость для расхода

Страница 19

IS

%

Па

6 00

m

m

Рио.7. Кривые релаксации Жетвбайской нефти для разных скоростей сдвига

Страница 20

19

R    R    <?

Q. - vJvMib .-nrxfcfj-^jt^olz (2-3)

o    0    0    *,'C

Первое слагаемое в правой части обращается в нуль в силу условий "прилипания" на стенке lX(f§= 0.

Из условия линейного распределения касательных напряжений по радиусу Z

А х. -

(2.4)

Обозначив определяемую зависимость как = - f (X), за-ь (2.4) монет быть представлена как

$ - ■ *<г->

(2.5)

Дифференцируя ото равенство по аргументу Lw ( Lw- напряжение трения на стенке) получаем

до =    ^}

(2.6)

По последнему выражению можно получить искомую кривую течения ^|(<Г) . Напряжение трения на стенке трубы 7** находится по формуле

£3TRLTW аЗгкгьР

где ь Р - перепад давления по длине L .

Следовательно,    _    ..

сг .