اختبار خواص السوائل وسلوكها

سلوك سوائل المكمن تحت الضغط: دراسة توازن وانكماش

مع انخفاض ضغط المكمن وتشكل المرحلتين (الطورين) السائلة والغازية، يتم إنتاج إحدى المرحلتين بشكل تفاضلي إلى حد ما بسبب اختلافات نفاذية الصخور للغاز والنفط مع تغير تشبع السوائل. ومن ثم فإن تحليل المواد الهيدروكربونية للإنتاج المركب يختلف عن تحليل المادة الأصلية الموجودة في المكمن. وبالتالي، لا يمكن وصف سلوك سوائل المكمن أثناء عمليات الإنتاج بشكل كامل بما سيكون عليه سلوكها في ظل ظروف التوازن كما تم وصفها سابقًا. هناك حاجة إلى قياسات معملية على سلوك الطور لعينات سوائل المكمن لظروف التغيير حيث ينفصل السائل والغاز بشكل تفاضلي وفي ظل ظروف التوازن لحل مشاكل الإنتاج التي تنطوي على الفصل في كلتا الحالتين.

يتمثل النهج العملي لدراسة سلوك مائع المكمن كما تمارسه الصناعة في توقع تغيرات الضغط ودرجة الحرارة في المكمن وعلى السطح أثناء عمليات الإنتاج، ثم يتم بقياس التغيرات التي تحدث لعينات سائل المكمن عن طريق الاختبارات المعملية.

أخذ عينات النفط واختبارها

يتم استخدام طريقتين عامتين للحصول على عينات من نفط المكمن لأغراض الفحص المختبري؛

عن طريق أخذ العينات تحت السطح
عن طريق الحصول على عينات سطحية من فاصل separator السائل والغاز.

عينات فاصل النفط والغاز يتم إعادة تجميع في المختبر بنسب تعادل نسبة الغاز إلى النفط المقاسة عند الفاصل separator.

تتضمن البيانات التي يتم الحصول عليها عادةً ما يلي:

درجة حرارة وضغط المكمن الأصلي
علاقات الضغط والحجم عند درجة حرارة واحدة أو أكثر، إحداها دائمًا درجة حرارة المكمن (كما هو موضح في الشكل التالي)
تأثيرات تغير ضغط سطح الفاصل على كميات الغاز المحرر وانكماش النفط الناتج عن عملية الفصل هذه
بيانات إطلاق الغاز التفاضلي وانكماش النفط، مأخوذة بالطريقة الموضحة في الشكل اللاحق
الكثافة أو الحجم المحدد لسائل الخزان
علاقة لزوجة النفط المكمني عند درجة حرارة المكمن وعند ضغوط تتراوح من ضغط المكمن الأصلي إلى الضغط الجوي ولزوجة نفط المكمن المخزون
تحليل المواد الهيدروكربونية والأورسات للخليط كما كان موجودا أصلا في المكمن
تحليلات التقطير ASTM للنفط المتبقي.

تحرير التوازن المختبري (P.V.T) للغاز من النفط

مختبر التحرر التفاضلي للغاز من النفط

التوازن والبيانات التفاضلية لعينات النفط

إذا سمح للغاز المحرر بالبقاء على اتصال مباشر مع عينة سائلة، فسيتم تحرير حجم مختلف من الغاز وصولاً إلى ضغط معين، ثم سيتم إطلاقه إذا تمت إزالة الغاز من الاتصال بالسائل عند تحريره. والسائل المتبقي يختلف أيضًا في الاتجاه المعاكس، وبالتالي فإن انكماش النفط يختلف. التحرر التفاضلي هو تلك العملية التي تحدث عندما تتم إزالة الغاز أثناء تكوينه نتيجة لانخفاض الضغط عند درجة حرارة ثابتة. ويواجه كل نوع من عمليات التحرير إلى حد ما في وقت أو آخر في إنتاج الرواسب النفطية؛ لذلك، يجب فحص كلتا العمليتين لعينة نفط معينة لتوفير بيانات لدراسة المكمن كاملة.

يوضح الشكل التالي مقارنة بين التوازن والانكماش التفاضلي لنفط منخفض الانكماش في ظل ظروف المكمن مع انخفاض الضغط. يوضح هذا أنه في ظل ظروف التوازن، يتم سحب كمية أكبر من المكونات الثقيلة تدريجيًا إلى الغاز بواسطة مكونات الغاز الخفيف؛ وبالتالي يكون انكماش النفط أكبر. يحدث الانكماش المنخفض عن طريق التحرير التفاضلي في ظل هذه الظروف بسبب إزالة الغاز أثناء تكوينه، وبالتالي منع المزيد من جذب جزيئات الغاز الخفيفة إلى جزيئات السائل الثقيلة، وتقليل كمية السائل المسحوب إلى الطور الغازي.

التوازن والانكماش التفاضلي للنفط منخفض الانكماش

التوازن والانكماش التفاضلي للنغط عالي الانكماش

يتم عرض مقارنة بين التوازن والانكماش التفاضلي لنفط عالي الانكماش في الشكل أعلاه. وفي هذه الحالة، يتم عكس الفارق عن النفط منخفض الانكماش. يتم تكوين المزيد من الغاز في نطاق الضغط العالي مقارنة بالنفط منخفض الانكماش. يحدث هذا بسبب سحب كمية كبيرة من المواد الوسيطة إلى الطور الغازي (من خلال الجذب الكبير لجزيئات الغاز الخفيف ذات الكثافة العالية ومن خلال الطاقة الحركية العالية للوسائط). بمجرد إزالة الكمية الكبيرة من المواد الوسيطة من النظام عن طريق التحرير التفاضلي، لن يكون لها أي تأثير إضافي على تحرير الغاز وانكماش النفط؛ وبالتالي، يظل انكماش النفط مرتفعًا خلال نطاقات الضغط المنخفضة. إذا لم تتم إزالة الغاز، كما هو الحال في تحرير الوميض أو التوازن، فقد تتكثف بعض جزيئات الغاز المتوسطة بسبب انخفاض جاذبيتها لجزيئات الغاز الخفيفة مع انخفاض الضغط وتصبح جزيئات الغاز الخفيفة متباعدة؛ وبالتالي، يمكن عكس اتجاه تبخر النفط عالي الانكماش حتى يصبح الانكماش أقل في ظل ظروف التوازن منه في ظل العملية التفاضلية.

توضح منحنيات الانكماش لكل من نغط الانكماش المنخفض والعالي أنه بالقرب من درجة حرارة الغلاف الجوي وظروف الضغط المنخفض، فإن انكماش النغط يزداد بشكل كبير ويمثل مشكلة إذا تم إنتاج الحد الأقصى لحجم السائل إلى خزان المخزون كمواد قابلة للبيع.

سوف يتقلص النفط بجميع درجات الانكماش بشكل أقل في خزان المخزون إذا تم تمرير المادة أولاً إلى فاصل عند ضغط مرتفع ويتم فصل الغاز الحر المتكون أسفل هذا الضغط ودرجة الحرارة. كما أن هناك حالة ضغط فاصل مثالية حيث يتم الحصول على الحد الأدنى من انكماش النفط.

أخذ عينات الغاز واختبارها

يتم تصنيف الغاز الحر إلى ثلاثة أنواع عامة حسب سلوك الطور عند انخفاض درجة الحرارة أو الضغط (أو كليهما) كما هو موضح في مخططات الطور في الأشكال التالية. وتسمى هذه الأنواع بالغاز المتكثف الرجعي، والغاز الرطب، والغاز الجاف، على التوالي، وقد تنطبق على رواسب الغاز المرتبطة أو غير المرتبطة برواسب النفط.

هناك طريقتان عامتان لأخذ عينات من آبار الغاز. الأول يستخدم فاصل المجال واسع النطاق ويتضمن إعادة تركيب مادة الفاصل في المختبر للاختبار. تستخدم الطريقة الثانية رأس الأنابيب (أو مسبار الخط) الذي يحول جزءًا من المواد المنتجة إلى فاصل صغير الحجم متنقل أو مختبر محمول أو سيارة اختبار تتضمن إجراء جزء من الاختبارات الميدانية على عينات كبيرة. ويقتصر استخدام الطريقة الأخيرة عمومًا على الاختبار التفصيلي لخزانات الغاز المتكثف الرجعي.

تعتمد المعلومات المتعلقة بخصائص وسلوك الغاز المطلوب في أغلب الأحيان للعمل مع خزانات الغاز على أنواع الغاز التي يتم النظر فيها وطبيعة المشكلة. إذا كانت المشكلة المطروحة تتعلق بالتكثيف الرجعي مع انخفاض الضغط، فقد تصبح المعلومات المطلوبة معقدة للغاية وقد تتطلب العديد من الاختبارات والقياسات. إذا كانت المشكلة تتعلق بالغاز الرطب (حيث لا يحدث تكثيف رجعي ولكن يتم استرداد السائل في الفواصل) أو الغاز الجاف (حيث لا يتم تكثيف أي سائل في الخزان أو الفاصل)، فقد تكون المعلومات المطلوبة أقل تعقيدًا إلى حد كبير.

سيتم هنا وصف مادة الغاز المتكثف الرجعي. ومن المهم إجراء اختبارات كافية على الغاز المنتج من خزانات الغاز لتحديد الغاز بشكل إيجابي فيما يتعلق بخصائصه الرجعية حتى يتمكن المشغل من الحماية من فقدان السوائل القابلة للاسترداد اقتصاديًا.

البيانات المخبرية لسوائل مكمن الغاز المتكثف تتظمن:

الكمية وتحليل الهيدروكربون والحجم المحدد للمادة الأصلية في المكمن،
كميات البخار والسائل المكثف في المكمن عند انخفاض ضغط المكمن لاحقًا
التاريخ الكامل لفصل السطح مع انخفاض ضغط المكمن، بما في ذلك بيانات الفصل الأمثل جنبًا إلى جنب مع تحليلات الهيدروكربون للغاز الفاصل، والسائل الفاصل، وغاز خزان المخزون، وسائل خزان المخزون.

التوازن والتفاضل البيانات لعينات الغاز

إذا انخفض الضغط على عينة غاز عن طريق زيادة الحجم دون سحب الغاز، فسوف يتسرب حجم من السائل عن طريق التكثيف الرجعي يختلف عما سيحدث إذا انخفض الضغط عن طريق إزالة الغاز دون تغيير حجم بقية العينة.

العملية الأولى، الموضحة في الشكل التالي، تسمى تكثيف التوازن. وتسمى العملية الأخيرة، الموضحة في الشكل الذي يليه، بالتكثيف التفاضلي وهي مماثلة للإنتاج من خزان مغلق.

توازن التكثيف التراجعي للسائل من الغاز.

التكثيف التراجعي التفاضلي

يعرض الشكل التالي مقارنة التوازن والتكثيف التفاضلي للغاز الرجعي كما تم قياسه في المختبر. يتكثف السائل في ظل ظروف التوازن أكثر مما يتكثف في ظل الظروف التفاضلية لأن كمية أكبر من الغاز تبقى في النظام في عملية التوازن التي قد تتكثف منها المكونات الثقيلة مع انخفاض الضغط.

التكثيف التفاضلي والاتزاني للسائل من الغاز

مشاكل الغاز المكثف

تكمن المشكلة المهمة في مادة مكمن الغاز المتكثف في التغير في تركيبة المادة المنتجة الناتج عن التكثيف الرجعي في مكمن المكونات الهيدروكربونية الأثقل مع انخفاض ضغط المكمن أثناء عمليات الإنتاج. تؤثر خصائص التكثيف الرجعي بشكل كبير على العمليات المرغوبة لأن المادة المتكثفة هي التي توفر جزءًا كبيرًا من الدخل من الغاز المنتج. تنتج الخسارة النهائية للدخل إذا سمح للسوائل بالتكثف في الخزان لتكوين تشبع سائل غير قابل للاسترداد. ونظرًا لأن هذا التشبع السائل صغير بالنسبة لحجم مسام المكمن، فقد يكون من الصعب تحقيق إزاحته من المكمن بخلاف المكمن المجاور لقاع البئر عن طريق الإنتاج التقليدي لغاز المكمن.

كلمات مفتاحيه/ الغاز المكثف/ تكثيف الغاز، الانكماش.

بحث هذه المدونة الإلكترونية

حقول المعرفة في هندسة البترول