Давление насыщения - один из ключевых показателей, характеризующих углеводороды в пластовых условиях. От него зависит фазовое состояние системы, процессы добычи, транспортировки и переработки нефти. Давайте разберемся с определением, факторами, расчетом и применением этого важного параметра.
Определение давления насыщения
Давление насыщения - это максимальное давление, при котором начинается выделение газа из нефти при ее изотермическом расширении. Иными словами, это то предельное давление, выше которого весь газ остается растворенным в нефти, а ниже начинается его выделение в свободную газовую фазу.
Этот показатель очень важен, так как характеризует условия существования пластовой системы в однофазном или двухфазном состоянии. От давления насыщения зависит и выбор оптимальных технологических режимов добычи, подготовки и транспортировки нефти.
Факторы, влияющие на давление насыщения
На величину давления насыщения влияет целый ряд факторов:
- Состав нефти и растворенного в ней газа - чем выше молекулярная масса углеводородов и доля тяжелых фракций, тем выше давление насыщения
- Пластовая температура - повышение температуры приводит к росту давления насыщения
- Глубина залегания продуктивного пласта - с глубиной давление насыщения увеличивается
Кроме того, на давление насыщения может влиять степень минерализации пластовых вод, присутствие поверхностно-активных веществ и другие факторы.
Связь давления насыщения и газового фактора
Газовый фактор показывает объем газа, который выделяется из единицы объема нефти при снижении давления до атмосферного. Этот объем газа и был растворен в нефти при пластовом давлении.
Чем выше давление насыщения нефти, тем больше газа она может растворить и соответственно выше ее газовый фактор. Таким образом, эти два показателя тесно взаимосвязаны.
Зная давление насыщения и газовый фактор, можно прогнозировать условия выделения газа из нефти в пласте, скважине или трубопроводе при снижении давления.
Виды насыщения нефти газом
По соотношению давления насыщения и пластового давления различают несколько видов насыщения нефти газом:
- Полное насыщение - когда давление насыщения равно пластовому давлению. Вся газовая фаза растворена в нефти.
- Недонасыщение - давление насыщения ниже пластового. Часть газа находится в свободном состоянии, образуя газовую шапку.
- Пересыщение - особое метастабильное состояние, когда давление насыщения выше пластового. Вся газовая фаза остается растворенной в нефти, несмотря на возможность выделения.
Знание вида насыщения важно для правильного подбора системы сбора и подготовки скважинной продукции.
Практическое применение давления насыщения
Основные области применения давления насыщения:
- Прогнозирование пластовых условий и свойств добываемых флюидов;
- Расчет оптимальных технологических режимов добычи, сбора и подготовки нефти;
- Выбор эффективных способов повышения нефтеотдачи пластов.
Зная давление насыщения, можноспрогнозировать появление свободного газа в призабойной зоне скважин, газовый фактор и другие важные характеристики.
Измерение давления насыщения
В лабораторных условиях для определения давления насыщения используют следующие методы:
- Метод постепенного снижения давления
- Метод дифференциальной либрации
- Методы с использованием компьютерной томографии
Для измерений применяют специальные установки и приборы: портативные анализаторы давления насыщения VPXpert, автоматические анализаторы нефтепродуктов типа AVP-30D, ртутные дифференциальные манометры и др.
Давление насыщения паров воды
Помимо углеводородных систем, аналогичный показатель давления насыщения используется и для водяного пара. Давление насыщения паров воды определяет максимальное давление, при котором происходит конденсация пара в жидкую фазу при данной температуре. Эта величина табулирована и используется в различных теплотехнических расчетах.
Уравнение состояния реального газа для расчета давления насыщения
Для более точного расчета давления насыщения нефти газом можно использовать уравнение состояния реального газа Ван-дер-Ваальса:
где a и b - коэффициенты, зависящие от состава и свойств газа.
Подбирая параметры a и b, можно с высокой степенью точности рассчитать давление насыщения для конкретного пластового флюида в заданных термобарических условиях.
Графическое отображение зависимости давления насыщения
Удобным способом представления данных о давлении насыщения нефти являются графические зависимости от различных факторов. Наиболее распространены графики давления насыщения в координатах:
- Давление насыщения - пластовая температура
- Давление насыщения - глубина залегания пласта
- Давление насыщения - газовый фактор
По таким графикам можно наглядно оценить влияние различных факторов и спрогнозировать условия существования скважинной продукции в однофазном или двухфазном состоянии.
Влияние давления насыщения на разработку месторождений
Давление насыщения во многом определяет выбор системы разработки нефтяного месторождения. При высоком давлении насыщении возможна эксплуатация фонтанных скважин и применение газлифтного метода добычи. При более низких значениях применяется механизированная добыча с использованием ЭЦН.
Кроме того, знание давления насыщения необходимо для обоснования технологий повышения нефтеотдачи пластов, основанных на вытеснении нефти газом или закачке растворителей.
Методы регулирования давления насыщения
Существуют различные способы регулирования давления насыщения нефти для решения конкретных технологических задач:
- Закачка в пласт ингибиторов асфальтосмолопарафиновых отложений, которые снижают давление насыщения;
- Закачка деэмульгаторов, разрушающих водонефтяные эмульсии и повышающих давление насыщения;
- Термические методы (закачка пара, горячей воды и т.д.), изменяющие давление насыщения за счет нагрева пласта.
Выбор метода зависит от геолого-физических условий залежи и поставленной цели.
Диагностика параметров пласта по давлению насыщения
Давление насыщения является информативным параметром при диагностике и мониторинге разработки нефтяного месторождения, так как несет в себе определенные сведения о геологическом строении пласта и физико-химических свойствах флюидов в поровом пространстве в заданных термобарических условиях.
Анализ распределения давления насыщения по площади позволяет выявить зоны с различными фильтрационно-емкостными свойствами, степень выработанности запасов, прорывы нагнетаемых агентов и другие важные особенности разработки.
Моделирование процессов выделения газа по давлению насыщения
На основе данных о давлении насыщения можно построить математические модели процессов выделения и движения газа в пласте и скважине при различных режимах эксплуатации. Такие модели позволяют оптимизировать работу скважин и системы сбора скважинной продукции, минимизировав риски ухудшения качественных показателей добываемой нефти.
