СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МАСС И ПЛОТНОСТЕЙ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ФРАКЦИЙ ПЛАСТОВЫХ ФЛЮИДОВ
METHOD TO DETECT MOLECULAR MASSES AND DENSITIES OF HYDROCARBON FRACTIONS OF BED FLUIDS

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для исследования физических и физико-химических свойств пластовых углеводородных систем в исследовательской практике, в нефтяной и других отраслях промышленности.
Известен способ, которым можно определить молекулярные массы и плотности углеводородных фракций пластовых систем [Whitson C.H. and Brule. Phase Behavior. 2000, с. 68-70].
Исследуемый жидкий флюид подвергают разгонке на лабораторном дистилляционном аппарате с достаточным числом теоретических тарелок (не менее 15). Сливают испарившийся, а затем сконденсировавшийся флюид, меняя приемный сосуд для сливаемой жидкости при достижении заранее намеченной температуры колонки. Температуру, при которой разделяют фракции, как правило, выбирают либо равной температуре кипения нормального алкана, либо берут температуру на несколько градусов выше. При достижении определенной температуры (как правило, около 200°C) создают пониженное давление в емкости с разделяемым на фракции флюидом, чтобы кипение углеводородов происходило при низких температурах (для предотвращения деструктивных процессов). Истинная температура кипения фракции (в англоязычной литературе TBP-trueboilingpoint) вычисляется, исходя из величины установившегося вакуума и реальной температуры. Сам процесс так и называется разгонкой ИТК (истинная температура кипения) или TBPdistillation.
У выделившихся фракций определяют плотность и молярную массу любым экспериментальным методом, за температуру кипения принимают, например, температуру выхода половины объема фракции, и из получившихся параметров рассчитывают все остальные.
Основным недостатком известного способа является необходимость разгонки исследуемого флюида на лабораторном дистилляционном аппарате и сбора фракций в различные приемные сосуды при достижении заранее намеченной температуры колонки. Все это делает способ трудоемким, длительным и дорогим.
Задачей, стоящей перед изобретением, является разработка способа определения молекулярных масс и/или плотностей углеводородных фракций пластовых систем без проведения разгонки флюида.
Поставленная задача решается тем, что при проведении определения молекулярных масс и плотностей углеводородных фракций пластовых флюидов, включающего определение фракционного состава и определение молекулярных масс и плотностей фракций, фракционный состав флюида определяют имитированной дистилляцией, а молекулярную массу и плотность каждой фракции определяют расчетным путем исходя из ранее известных результатов определения свойств фракций, выделенных в процессе разгонок ИТК флюидов, похожих по физическим и/или геологическим свойствам.
Изобретение поясняется чертежами, на которых представлен примерный результат обработки выборки с аппроксимирующими кривыми: фиг. 1 - молярная масса, фиг. 2 - плотность.
Для реализации способа определяем компонентно-фракционный состав исследуемого флюида методом имитированной дистилляции, его молярную массу криоскопическим методом и плотность ареометром или любым плотномером.
Берется набор результатов разгонок ИТК (далее выборка), элементы которой легче и тяжелее исследуемого флюида. Температура кипения каждой фракции в выборке представляется одним числом - условной температурой кипения. Можно взять среднюю из температур начала и конца кипения, а можно взять температуру, соответствующую выходу половины объема фракции. Можно также взять температуру кипения конца фракции, соответствующую температуре кипения н-алкана.
Помещают все нужные свойства фракций выборки (молярную массу и плотность) в интервалы кипения температур, в соответствии с которыми исследован фракционный состав исследуемого флюида и находят в каждом таком интервале минимумы и максимумы молярных масс и плотностей. Приписывают их условным температурам кипения исследуемых фракций.
BT
Затем аппроксимируем получившиеся графики экстремумов исследуемых свойств монотонными функциями от условной температуры кипения фракции. График экстремумов молярной массы лучше всего аппроксимируется экспоненциальной функцией, а график плотности - логарифмической: µ(T)=A·e и ρ(T)=A·ln(BT), где Т - условная температура кипения фракции, а А и В - коэффициенты соответственно экспоненциального и логарифмического уравнения. На рисунках 1 и 2 представлен примерный результат обработки выборки с аппроксимирующими кривыми (рисунок 1 - молярная масса, рисунок 2 - плотность).
Для каждой вычисляемой величины искомое значение находится в данном интервале экстремумов. При этом соотношение положения всех фракций относительно соответствующих экстремумов считаем постоянным.
Предлагается высчитывать это соотношение из соотношения плотностей самого легкого, тяжелого из флюидов выборки и исследуемого флюида:
иссл
ρ - плотность исследуемого флюида,
макс
ρ - максимальная плотность флюида в выборке,
мин
ρ - минимальная плотность флюида в выборке.
Аналогичным способом, подставляя в формулу полученные экстремумы искомых величин, находится молярная масса и/или плотность каждой фракции.
Когда посчитаны молярные массы и/или плотности всех исследуемых фракций кроме остатка, можно посчитать плотности остатка из формул:
и/или
где символы
µ - молярная масса,
ρ - плотность,
c - массовая концентрация компонента (фракции),
индексы i, общ и ост означают номер компонента (фракции), исследуемый флюид и остаток соответственно.
Пример реализации способа
Для проверки способа проведена разгонка ИТК с определением плотности и молярной массы узких фракций и сравнение экспериментальных и рассчитанных результатов. Компонентно-фракционный состав исследуемого флюида рассчитан по группам углеводородов, выкипающим между нормальными алканами (SCNF-singlecarbornnumberfractions).
3
3
Была сделана выборка, состоящая из 79 элементов, при этом использовались результаты разгонок нефтей Западной Сибири, Узбекистана и Сахалина с плотностями от 802,2 до 859,9 кг/м. Исследуемый флюид имеет плотность 835,4 кг/м. В выборке определены минимумы и максимумы молярных масс и плотностей в интервалах кипения температур нормальных алканов и построены соответствующие аппроксимирующие функции.
Проведена атмосферно-вакуумная разгонка флюида по ГОСТ 11011-85 на аппарате АРН-2 с выделением узких фракций через каждые 10°C.
Так как экспериментальная разгонка проводилась с интервалами в 10 градусов Цельсия, то в посчитанные рассчитанные аппроксимирующие функции были подставлены середины этих интервалов. Результаты сравнения приведены в таблице 1.
Как видно из таблицы 1, разница между расчетом и определением молярной массы (ММ) не превысила 7% от своего значения, также разница возрастает с увеличением температуры кипения фракции. При равномерном возрастании величины этой разницы с ростом температуры до 500°C она не превышает порога 10%. Сравнительно высокая разница при расчете молярной массы связана с низкой точностью экспериментального определения молярной массы криоскопическим методом.
Разница в расчете плотности выше в более тяжелых фракциях (температура кипения выше 200°C), что связано с тем, что после выкипания флюида до 200°C при атмосферном давлении, дальнейшая разгонка ведется под вакуумом.