Задачник по физике нефтяного и газового пласта (стр. 6 )

- постоянная прибора;

n - число капель.

Постоянная прибора вычисляется по формуле

, (1.33)

где R- радиус капилляра бюретки.

Можно также воспользоваться формулой

, (1.34)

где m - масса одной капли.

Задача 18. Вычислите поверхностное натяжение нефти, если известно, что из бюретки с выходным отверстием 0,0687 см было выпущено 100 капель нефти массой 1,415 .

Решение. Вычислим постоянную прибора по формуле (1.33)

.

Масса одной капли составляет

г.

Поверхностное натяжение определяется из соотношения

дн/см

Отметим также методы измерения поверхностного натяжения, основанные на определении размеров висящей или лежащей капли, наибольшего капиллярного давления образования капли или пузырька на кончике капилляра ( а также силы для отрыва кольца или для вытягивания из жидкости пластинки или цилиндра, высоты капиллярного подъема).

1.9. Фазовые состояния углеводородных систем

Фазовые состояния углеводородных систем зависят от термобарических условий. При разработке месторождений термобарические изменения происходят в пласте и в призабойной зоне, а также в скважинных условиях и в наземных системах сбора и подготовки продукции. Поэтому определение и прогнозирование фазового состояния углеводородной смеси является актуальной задачей. Для этого используются диаграммы фазового состояния и схемы фазовых превращений углеводородных систем, которые связывают давление, температуру, объем и компонентный состав углеводородов и их смесей.

На рис. 1.9 показана диаграмма фазового состояния этана. Каждая из кривых (рис. а) соответствует фазовым изменениям однокомпонентного газа при постоянной температуре и имеет три участка. Справа от пунктирной линии отрезок соответствует газовой фазе, горизонтальный участок - двухфазной газожидкостной области и левый участок - жидкой фазе. Точка С называется критической, а соответствующие ей давления и температуры критическими. Отрезок пунктирной кривой АС называется кривой точек парообразования (кипения), а СВ - кривой точек конденсации (или точек росы).

Задача 19. Определите фазовое состояние этана при температуре 21,1 0С и давлении 3,9 МПа.

Решение. Исходя из диаграммы фазового состояния этана (рис.1.9) это газ при Vуд > 11, двухфазная смесь при 2,6< Vуд<11 и жидкость при Vуд<2,6 дм3/кг.

На рис. 1.10 иллюстрируются диаграммы фазового состояния смесей н-пентана и н-гептана, а также этана с н-гептаном. Особенностью двухкомпонентных систем является то, что давление в двухфазной области изменяется, а общий вид фазовой диаграммы зависит от фазовых диаграмм чистых компонентов.

Задача 20. Укажите максимальную температуру, при которой смесь этана и н-гептана в равных концентрациях могут существовать в виде двухфазных смесей.

Решение. Исходя из диаграмм фазового состояния (рис. 1.10 б) это125 0С при давлении около 9 МПа.

На рис. 1.11 иллюстрируются фазовые равновесные состояния метана с парафиновыми углеводородами нормального строения при температуре 80 0С. С увеличением молекулярной массы углеводорода (т. е. чем выше температура кипения) требуется большее давление для перевода его в газообразное состояние в смеси метаном. Здесь участки кривых АС также являются кривыми точек кипения, а СВ – точек конденсации.

Задача 21. Определите мольные доли метана и гептана в газовой и жидкой фазе при давлении 200 МПа и температуре 800С.

Решение. Исходя из рис. 1.11 в составе жидкой фазы будет 0,63 мольных долей метана и 0,37 мольных долей гептана, а в сосуществующем с этой жидкой фазой газе будет содержаться 0,93 мольных долей метана и 0,07 мольных долей гептана.

На рис. 1.12 приводятся изотермы фазового равновесия метана с углеводородами различных групп при температурах 40 и 800С, которые используются при решении задач, связанных с фазовыми равновесиями метана - н-гексана, метана-циклогексана и метана-бензола. При одинаковых давлениях и температурах парафиновые углеводороды растворяются в метане лучше нафтеновых и ароматических той же температуры кипения. Для перевода ароматических углеводородов в однофазное газовое состояние требуется значительно большее давление, чем для нафтеновых, и еще более значительное давление, чем для парафиновых углеводородов. С уменьшением молекулярной массы углеводородов нормального строения растворимость метана в них при одинаковых условиях повышается. Растворимость метана в парафиновых углеводородах нормального строения выше, чем в изомерных и в ароматических углеводородах.

1.10.  Задачи для самостоятельного решения

1. Рассчитайте продолжительность оседания в суспензии на глубину 10 см частиц диаметром 0,005 мм и плотностью 2,6825 г/см3 при температуре 20оС.

2. Рассчитайте продолжительность оседания в суспензии на глубину 10 см частиц диаметром 0,056 мм с плотностью 2,68 г/см3 при температуре 25оС.

3. Рассчитайте продолжительность оседания в суспензии на глубину 10 см частиц диаметром 0,056 мм с плотностью2,68 г/см3 при температуре 25оС.

4. Рассчитайте продолжительность оседания в суспензии на глубину 8 см частиц диаметром 0,01 мм с плотностью2,49 г/см3 при температуре 10оС.

5.Определите скорость оседания взвешенных в воде частиц диаметром 0,01 мм с плотностью 2,7 г/см3 при температуре 10оС.

6. Определите скорость оседания в суспензии частиц диаметром 0,02 мм с плотностью2,63 г/см3 при температуре 15оС.

а б

Рис.1.9. Диаграммы фазового состояния этана.

Рис. 1.10. Диаграммы фазового состояния двухкомпонентных систем

а - зависимость «давление - удельный объем» для смеси н-пентана и н-гептана, содержащей 52,4% по массен-гептана; б - диаграмма «давление - температура» для смесей этана с н-гептаном (точки С1, С2, С3 - критические точки смесей, содержащих соответственно 90, 22, 50 ,25 и 9,8% по массе этана); 1 - линия точек сначала парообразования; 2 - линия точек росы.

Рис. 1.11. Изотермы фазовых равновесий метана с парафиновыми углеводородами нормального строения при 80 ºC. (по и )

Рис. 1.12. Изотермы фазового равновесия метана с углеводородами различных групп (углеводороды с одинаковым числом атомов в молекуле)

(по и )

1 - метан-н-гексан; 2 - метан-циклогексан; 3 - метан-бензол

7. Рассчитайте глубину, на которую нужно опустить пипетку в суспензию при седиментационном анализе, чтобы отобрать частицы диаметром менее 0,05 мм с плотностью 2,5 г/см3 через 44 сек после начала осаждения частиц. Температуру суспензии принять 25оС.

8.Определите глубину опускания пипетки в суспензию при седиментометрическом анализе пипеточным методом для того, чтобы произвести отбор частиц диаметром менее 0,005мм с плотностью2,7 г/см3 через 2 часа 30 минут после начала осаждения частиц. Анализ проводится при температуре 30оС.

9. Определите глубину, на которую нужно опустить пипетку в суспензию при седиментометрическом анализе пипеточным методом, для отбора частиц диаметром 0,01мм с плотностью 2,5 г/см3 через 40 минут после начала осаждения частиц. Опыт проводится при температуре 15оС.

10. Рассчитай процентное содержание в песчанике частиц диаметром менее 0,05мм, если для гранулометрического анализа был взят образец массой 50 г, а на сите с наименьшими отверстиями рассеялось 5,3 г частиц. При седиментационном анализе с помощью пипетки отобрали 20 см3 суспензии, в котором масса частиц диаметром 0,05мм составила 0,12г. Первоначальный объем суспензии составляет 1000 см3.

11. Определите коэффициент неоднородности гранулометрического состава образца породы, если по результатам гранулометрического анализа стало известно процентное содержание частиц различного диаметра:

менее 0,01 мм – 5, менее 0,05 мм – 8, менее 0,074 –15,

менее 0,1 мм – 75, менее 0,15 – 85, менее 0,21 мм – 94,

менее 0,3 мм – 95, более 0,42 мм – 4 %.

12. Оцените процентную весовую глинистость образца песчаника, если процентное содержание частиц, прошедших через сито с наименьшими отверстиями составляет 20%. Масса частиц диаметром менее 0,01мм, отобранных из суспензии в 30 см3 при седиментометрическом анализе, составляет 0,05 г. Первоначальный объем суспензии составлял 1000 см3, содержащем 10 г взвешенных частиц.

13. Определите процентное содержание в образце песчаника фракции менее 0,01, 0,01–0,05 и 0,074–0,05 мм. Известно, что для гранулометрического анализа был взят образец массой 50г. На сите с наименьшими отверстиями рассеялось 7,5 г. Масса взятой пипеткой сухой пробы с частицами менее 0,05 мм составила 1 г, а с частицами диаметром менее 0,01 мм– 0,5 г. Было отобрано 20 см3 суспензии пипеткой из цилиндра объемом 1000 см3.