Bài giảng điện tử công nghệ mỏ

BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆ MỎ Tác giả : PGS. TS. Lê Phước Hảo Bộ môn : Khoan & Khai thác dầu khí ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 2 ‰ Mã số môn học: 300020 ‰ Số tín chỉ: 02 ‰ Số tiết: 42 ƒ Lý thuyết: 28 ƒ Bài tập: 14 ‰ Ngành: Khoan và khai thác dầu khí ‰ Môn học trước: Thủy địa cơ học THÔNG TIN CHUNG ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 3 ‰ Nhắc lại các tính chất của môi trường rỗng (đá) và của chất lưu (khí, dầu và nước). Thiết lập phương trình cân bằng vật chất (PTCBVC) tổng quát của các loại vỉa dầu khí (khí một pha, khí ngưng tụ, dầu chưa bão hoà và dầu bão hoà). Áp dụng phương pháp cân bằng vật chất và phương pháp thể tích để tính toán các thông số của vỉa. Tính toán lượng nước xâm nhập vào vỉa. Nghiên cứu sự chuyển dịch của dầu và khí bằng mô hình dòng thấm hai pha. Các phương pháp thu hồi dầu. Công nghệ thử vỉa và các thông số mô phỏng vỉa. NỘI DUNG MÔN HỌC ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 4 ‰ Kiểm tra thường kỳ (10%), giữa kỳ (20%), và cuối kỳ (50%). ‰ Bài tập về nhà (10%): nộp bài trước khi kiểm tra giữa kỳ và thi cuối kỳ ‰ Seminar (10%): mỗi SV (hoặc nhóm SV) chọn 1 chủ đề (nâng cao, mở rộng phần lý thuyết có trong chương trình, hay ứng dụng thực tế...), đăng ký vào đầu học kỳ, nhận tài liệu và chuẩn bị báo cáo trước lớp (10 phút) và trả lời các câu hỏi liên quan. HÌNH THỨC ĐÁNH GIÁ MÔN HỌC ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 5 TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH [1] Huỳnh Thanh Sơn, Lê Phước Hảo, Công nghệ mỏ ứng dụng, NXB ĐHQG Tp. HCM, 2003. [2] CRAFT B. C., HAWKINS M. F. and TERRY R. E. (1991). Applied Petroleum Reservoir Engineering. Prentice-Hall Inc., New Jersey. [3] MIAN M. A. (1992). Petroleum Engineering Handbook for the Practicing Engineer, Vol. I. PennWell Publishing Company, Oklahoma. [4] TIMMERMAN E.H. Practical Reservoir Engineering, Vol. I and Vol II. ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 6 CÁC CHỦ ĐỀ CHÍNH 1. KỸ SƯ VỈA 2. ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 3. TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ TẦNG CHỨA 4. ĐẶC TÍNH PVT CỦA DẦU 5. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT TỔNG QUÁT 6. VỈA KHÍ MỘT PHA 7. VỈA DẦU CHƯA BÃO HÒA ©Copyright 2007 GIỚI THIỆU 7 CÁC CHỦ ĐỀ CHÍNH 9. VỈA DẦU BÃO HÒA 10. VỈA KHÍ NGƯNG TỤ 11. DÒNG CHẢY MỘT PHA TRONG VỈA 12. TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC XÂM NHẬP VÀO VỈA 13. SỰ CHUYỂN DỊCH CỦA DẦU VÀ KHÍ 14. THIẾT KẾ THỬ VỈA 15. CÁC THÔNG SỐ MÔ PHỎNG VỈA BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆ MỎ Tác giả : PGS. TS. Lê Phước Hảo Bộ môn : Khoan & Khai thác dầu khí ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 2 NỘI DUNG ‰ Nhiệm vụ của Kỹ sư vỉa ‰ Yêu cầu đối với kỹ sư vỉa ‰ Công việc của kỹ sư vỉa ‰ Ví dụ minh hoạ đề án phát triển mỏ ƒ Dữ liệu ƒ Đặc tính chung ƒ Mô hình vỉa ƒ Phương thức tiến hành ƒ Những công việc chính của kỹ sư vỉa ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 3 Nhiệm vụ của Kỹ sư vỉa ™ Am hiểu về sự tương tác giữa đất đá và chất lưu trong vỉa ™ Am hiểu về quá trình dịch chuyển phức tạp của chất lưu trong vỉa ™ Thiết lập mô hình vỉa phù hợp từ dữ liệu về địa chất, đặc tính của đất đá và chất lưu vỉa đo được hoặc đã có trước đó ™ Dự đoán khả năng thu hồi trong tương lai ™ Xây dựng qui trình và phương pháp nâng cao khả năng thu hồi hydrocarbons từ vỉa ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 4 Yêu cầu đối với kỹ sư vỉa ™ Hiểu biết về địa chất học và các quá trình địa chất xảy ra trong vỉa ™ Am hiểu về cơ học chất lỏng và các phương pháp toán học để giải quyết những vấn đề liên quan đến dòng chảy ™ Am hiểu về nhiệt động lực học cơ bản ™ Có những kỹ năng về máy tính, điện tử, cơ khí, hoá học, vật liệu... ™ Quan trọng nhất là phải biết áp dụng những kiến thức liên ngành ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 5 Công việc của kỹ sư vỉa ™ Xác định các tính chất của đất đá trong vỉa ™ Kết hợp với các nhà địa chất, địa vật lý để xác định ranh giới vỉa ™ Sử dụng phương trình cân bằng vật chất để xác định cơ chế vận động của vỉa, của hydrocarbon ™ Mô phỏng dòng chảy trong vỉa ™ Đưa ra các phương án quản lý vỉa ™ Thiết kế và phân tích các quy trình nâng cao khả năng thu hồi dầu ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 6 Ví dụ minh hoạ đề án phát triển mỏ ‰ Mục tiêu chính: Vạch ra biên của vỉa và đề xuất chiến lược tối ưu cho công tác tìm kiếm thăm dò ‰ Mô tả vỉa: cát kết thạch anh, độ hạt từ mịn đến trung bình ‰ Độ sâu vỉa: 10,000 ft ‰ Độ rỗng: 16% - 23% ‰ Độ thấm: 152 mD – 1 Darcy ‰ Độ bão hoà nước đồng hành < 2% (oil wet rock) ‰ Sự giảm độ rỗng và độ thấm trong vỉa (phụ thuộc vào quá trình hình thành trầm tích và ximăng canxit) ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 7 Dữ liệu ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 8 Đặc tính chung ‰ Tỷ trọng thấp (57O API) ‰ Chưa bão hoà ‰ Độ nhớt: 0.09 cps ‰ Hệ số thể tích thành hệ: 1.8 RB/STB ‰ Tỷ số khí - dầu: 1.433 scf/STB ‰ Áp suất vỉa: >1000psi ‰ Vỉa rất thích hợp cho việc bơm ép ‰ Cần phác hoạ các biên của vỉa ‰ Dữ liệu địa vật lý: sóng địa chấn cao tần dùng để xác định tầng thấm : < 8ft ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 9 Đặc tính chung ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 10 Đặc tính chung ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 11 Mô hình vỉa ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 12 Phương thức tiến hành 1. Xác định độ thấm bằng phương pháp thử giếng và phân tích 2. Xác định phạm vi phân bố và thể tích vỉa 3. Dùng phương trình cân bằng vật chất để ước tính trữ lượng đầu ban đầu (khoảng 22 – 27 tỷ thùng) 4. Dùng phương pháp thể tích, tính trữ lượng: 24 tỷ thùng 5. Mô phỏng vỉa (dùng các mô hình địa chất cơ bản, sự biến đổi về độ thấm, ước lượng tỷ lệ thu hồi dầu có bơm ép) vào khoảng 66% ©Copyright 2007 KỸ SƯ VỈA 13 Những công việc chính của kỹ sư vỉa 1. Tổng hợp báo cáo về viả. 2. Thiết lập mô hình vỉa và dự đoán chương trình khai thác. 3. Kiểm soát vỉa và lập báo cáo thường kì về những thay đổi của vỉa dựa trên những thông số khoan và hoàn thiện giếng. 4. Đánh giá và tối ưu hoá công tác hoàn thiện giếng và quá trình khai thác. 5. Tham gia công tác quản lý, dự hội thảo, tham gia báo cáo chuyên đề, cung cấp dữ liệu cho các báo cáo. 6. Bảo đảm liên lạc cũng như cộng tác tốt với các nhóm kỹ thuật khác: khoan, hoàn thiện giếng, khai thác, địa chất. 7. Đóng góp vào công tác phát triển nhân sự: giám sát, hướng dẫn, đào tạo chuyên gia địa chất, kỹ sư dầu khí, kỹ thuật viên ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 2 NỘI DUNG ‰ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ‰ VIDEO ‰ VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC VỈA DẦU KHÍ ‰ CÁC HỆ THỐNG ĐƠN VỊ ‰ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ ‰ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ‰ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA DẦU THÔ ‰ MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC TRONG VỈA ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 3 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ‰ Dầu thô, khí thiên nhiên và nước gọi chung là chất lưu ‰ Phân chia các chất lưu thành các pha lỏng và khí phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất ‰ Từ 1928, thiết bị đo những dữ liệu cận đáy (áp kế đo sâu) đầu tiên đã được chế tạo để đo áp suất vỉa. ‰ Từ 1933, nghiên cứu về vật lý vỉa như độ rỗng, độ thấm, suất dẫn điện, cấu trúc khe rỗng, dòng chảy hai pha và ba pha ‰ Từ 1935, phương pháp đo các quan hệ về áp suất - thể tích - nhiệt độ (PVT), sự bão hoà hay áp suất điểm bọt khí, tổng lượng khí hoà tan trong dầu, lượng khí được phóng thích dưới những điều kiện nhiệt độ và áp suất khác nhau ‰ Từ 1936, Schilthuis đã thiết lập phương trình cân bằng vật chất, cho phép tính toán thể tích và khối lượng của chất lưu ban đầu, khai thác hay bơm ép. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 4 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN ‰ Vào những năm 1960, thuật ngữ “Mô phỏng số vỉa dầu khí” và “Mô hình toán vỉa dầu khí” đã trở nên phổ biến, nhờ sử dụng các phương trình toán học và vật lý để mô phỏng động thái của vỉa dầu khí nhằm dự đoán hiệu suất khai thác của chúng. Cùng với sự phát triển nhanh chóng của các máy tính tốc độ cao, quy mô lớn và các phương pháp tính số phức tạp (sai phân hữu hạn, phần tử hữu hạn), cho đến ngày nay việc mô phỏng vỉa dầu khí đã có nhiều tiến bộ đáng kể. ‰ Kỹ thuật tính toán vỉa dầu khí có thể được định nghĩa như là sự áp dụng các nguyên lý khoa học vào những bài toán khai thác chất lưu từ vỉa và bơm ép chất lưu vào vỉa trong quá trình khai thác dầu khí nhằm mục đích nâng cao hệ số thu hồi dầu. ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 5 VIDEO Các nguồn dữ liệu vỉa (Reservoir Engineering Data Sources) ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 6 h Bẫy dầu khí: ¬ được tạo nên do những đặc điểm địa tầng và/hay cấu trúc địa chất, trong đó dầu và khí được tích tụ trong những khe rỗng liên thông, các kênh dẫn và đứt gãy, chủ yếu trong cát, sa thạch, đá vôi, dolomite và đôi khi trong đá móng nứt nẻ VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 7 h Vỉa dầu khí ¬ một phần của bẫy dầu, có chứa dầu và/hay khí, tạo nên một hệ thống liên thông về mặt thủy lực. Trong trường hợp toàn bộ bẫy chứa đầy dầu và khí, thì hai khái niệm bẫy và vỉa sẽ trùng nhau h Tầng thấm nước ¬ tầng chứa nước có mối liên kết về mặt thủy lực với vỉa dầu khí. Khi nhiều vỉa có chung một tầng thấm nước thì việc khai thác dầu từ vỉa này sẽ làm giảm áp trong những vỉa khác do sự lưu thông của chất lưu. h Trạng thái một pha ¬ Pha lỏng, trong đó có thể có phần khí bị hoà tan trong dầu, cần ước tính trữ lượng khí bị hoà tan và trữ lượng dầu thô ¬ Pha khí, trong đó có thể có những hydrocarbon bị hoá khí và được thu hồi như những chất lỏng trên bề mặt, cần ước tính trữ lượng chất lỏng do ngưng tụ khí và trữ lượng khí VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆ MỎ Tác giả : PGS. TS. Lê Phước Hảo Bộ môn : Khoan & Khai thác dầu khí ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 8 h Trạng thái hai pha ¬ Pha khí trong mũ khí nằm trên vùng chứa dầu, cần ước tính 4 loại trữ lượng: khí tự do hay liên kết, khí hoà tan, dầu trong vùng dầu, chất lỏng ngưng tụ từ khí trong mũ khí h Trữ lượng • Định nghĩa của Hiệp hội Kỹ sư dầu khí: trữ lượng là thể tích được ước tính của dầu thô, khí ngưng tụ, khí thiên nhiên, chất lỏng do ngưng tụ khí thiên nhiên và những sản phẩm có ích khác, có khả năng thu hồi và tiêu thụ được về mặt thương mại tại một thời điểm xác định của vỉa (mỏ) trong những điều kiện kỹ thuật-kinh tế hiện có và theo những qui định của chính phủ hiện hữu. • Trữ lượng được tính toán dựa trên những dữ liệu địa chất và kỹ thuật có thể có được. Việc đánh giá trữ lượng được cập nhập hoá trong quá trình khai thác mỏ. VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 9 h Các giai đoạn khai thác mỏ dầu khí: ¬ Giai đoạn khai thác sơ cấp: dùng năng lượng vỉa thiên nhiên để khai thác ¬ Giai đoạn khai thác thứ cấp: bơm khí hay nước vào vỉa để duy trì áp suất vỉa ¬ Giai đoạn khai thác tam cấp (hay thu hồi tăng cường): được dùng khi giai đoạn khai thác thứ cấp không còn hiệu quả, nhằm mục đính nâng cao hiệu suất thu hồi. ) Trong thời gian khai thác, mỏ có thể được chuyển từ giai đoạn khai thác này sang giai đoạn khác một cách tự nhiên hay theo hoạch định VỈA DẦU KHÍ VÀ QUÁ TRÌNH KHAI THÁC ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 10 Thông số Bristish Engineering System (BES) → SI System International (SI) → BES 1 in (inch) = 0,0254 m 1 m = 39,37 in Chiều dài 1 ft (foot) = 12 in = 0,3048 m 1m = 3,281 ft Lực 1 lb (pound) = 4,448 N 1 N = 0,2248 lb 1 lbm(lb.s2/32,2 ft) = 0,4536 kg 1 kg = 2,2 lbm Khối lượng 1 slug (lb.s2/ft) = 14,59 kg 1 kg = 0,06854 slug Thời gian 1 sec = 1 s 1 s = 1 sec Trọng lượng riêng 1 lb/ft3 = 157,1 N/m3 1 N/m3 = 0,006366 lb/ft3 Khối lượng riêng 1 slug/ft3 = 515,2 kg/m3 1kg/m3 = 0,001941slug/ft3 Hệ số nhớt động học 1 ft 2/sec = 0,0929 m2/s 1 m2/s = 10,76 ft2/sec Áp suất 1 lb/in2 (psi) = 6,895 kPa 1kPa = 0,145 psi °F (Fareinheit) °C (Celsius) = (5/9)(°F - 32) Nhiệt độ °R (Rankine) = °F + 460 °K (Kelvin) = °C + 273 CÁC HỆ THỐNG ĐƠN VỊ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 11 • Một số qui đổi đơn vị khác Gia tốc trọng trường g 1 ft3 (cubic foot) 1 barrel (bbl) 1 yard 1 acre 1 atm 1 cp 1 ac.ft 1 mile 1 os = 32,2 ft/sec2 = 7,48 US gallon = 5,614 ft3 = 3 ft = 4840 yard2 = 101,3 kPa = 0,001 Pa.s = 43560 ft3 = 5280 ft = 1/16 pound = 9,81 m/s2 = 28,32 lít = 42 US gallon = 43560 ft2 = 14,7 psi = 0,01 g/cm.s = 28,35 gr = 0,178 bbl = 159 lít (đối với dầu mỏ) = 0,01 poise CÁC HỆ THỐNG ĐƠN VỊ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 12 VIDEO Một số tính chất của đá và chất lưu ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 13 Độ rỗng ) φ = thể tích rỗng/tổng thể tích khối đá - Độ rỗng toàn phần - Độ rỗng hiệu dụng Hệ số nén đẳng nhiệt dp dV V 1Cf ⋅−= ⇒ Cf diễn tả sự thay đổi thể tích của vật chất khi thay đổi áp suất. Nếu V là thể tích rỗng thì C ≡ Cf, hệ số nén thể tích rỗng. Đơn vị: psi-1 Tính chất: ¬ Sự thay đổi độ rỗng đối với một loại đá chỉ phụ thuộc vào sự khác biệt áp suất trong (của chất lưu) và ngoài (của khối đá) mà không phụ thuộc vào giá trị tuyệt đối của các áp suất đó. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 14 ¬ Khi áp suất trong của chất lưu giảm 1000 psi thì độ rỗng của đá giảm khoảng 0,5%. ¬ Đối với đá vôi và sa thạch: Cf = 2.10-6 ÷ 25.10-6 psi-1 ¬ Sa thạch cố kết: ( ) ),, ., , 230 (0,02 87551 103297C 431 6 f <φ<φ+= − (1.2) ¬ Đá vôi: ( ) ),., , , 330 (0,02 104821 8540C 9306f <φ< φ+ = (1.3) Độ bão hoà của chất lưu trong đá S = Theå tích chaát löu chieám choã Theå tích roãng (1.4) MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA ĐÁ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 15 KHÍ LÝ TƯỞNG h Định luật khí lý tưởng: P.V = n.R’.T (1.5) với: P - áp suất tuyệt đối (psia); V - thể tích (ft3); n - số mole (lb-mole); R’ - hằng số = 10,73 psia.ft3/lb.mole.°R; T - nhiệt độ tuyệt đối (°R) h Mole: Lượng vật chất (số nguyên tử hoặc phân tử) có khối lượng bằng trọng lượng nguyên tử hoặc phân tử của vật chất đó. ¬ Không khí: M = 28,97 lbm/lb-mol = 28,97 kg/kmol ¬ Ethane: M = 30,07 lbm/lb-mol = 30,07 kg/kmol ¬ Oxygen: M = 32 lbm/lb-mol = 32 kg/kmol h Thể tích khí tiêu chuẩn: Thể tích mà 1 lb-mol choán chỗ ở những điều kiện chuẩn về áp suất (14,7 psia = 1 atm = 760 mmHg) và nhiệt độ (60°F = 15,5 °C = 520 °R) SCF 4379 714 52073101 P TRnVtc ,, .,.'.. === (Standard Cubic Feet) (1.6) ¬ Một lượng khí ròng có thể được biểu diễn theo ft3 (ở một nhiệt độ và á p suất nhất định), theo số mole, số pound hay số phân tử. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 16 Ví dụ 1.1: Tính lượng khí ethane trong bồn chứa theo số mole, pound, số phân tử và SCF. Cho biết V = 1000 ft3 ở áp suất p = 100 psia và nhiệt độ T = 100 °F. Giải: ¬ Giả sử định luật khí lý tưởng được thỏa mãn: PV = nR’T ) Số mole: moles-lb 6416 5607310 1000100 TR PVn , ., . ' === ) Khối lượng: lbm450007306416Mnm ,,,. =×== ) Số pound: lb 450007306416MnG ,,,. =×== ) Số phân tử 2626 10545107332n .,).,.( == Chú ý: Hệ thống BES, trọng lượng (lb) = khối lượng (lbm = lb.s2/32,2 ft) × g (= 32,2 ft/s2). ⇒Thể tích khí ethane ở điều kiện chuẩn: SCF6316SCF6379nVtc == ,. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 17 Khối lượng và tỷ trọng 1- Khối lượng riêng: ) V M TR PV V Mn '. ===ρ tích Theå löôïng Khoái (1.7) ⇒ TR pM ' =ρ (phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ) (1.8) 2- Tỷ trọng: ) air g g ρ ρ=γ (ở cùng áp suất và nhiệt độ) (1.9) ⇒ 9728 M TR 9728p TR pM g , ' ,. ' ==γ (không phụ thuộc vào áp suất và nhiệt độ) (1.10) Ví dụ 1.2: Tỷ trọng của một chất khí là γg = 0,75 thì khối lượng mole của nó là: M = 28,97γg = 28,97×0.75 = 21,7 lbm/lb-mole. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 18 KHÍ THỰC Hệ số lệch khí: z = a i The å tích thöïc V cuûa n mole chaát khí ôû p vaø T The å tích khí ly ù töôûng V cuûa n mole khí ôû p vaø T (1.11) ) z = 0,7 ÷ 1,2 (= 1 đối với khí lý tưởng) Định luật khí thực: p.Va = z.n.R’.T (1.12) Các phương pháp tính hệ số lệch khí z: h Phương pháp 1 Đo thể tích mẫu khí ở nhiệt độ và á p suất cần tính hệ số lệch khí rồi đo thể tích mẫu khí đó ở nhiệt độ và áp suất sao cho có hệ số lệch khí ≈ 1. ⇒ 2a2 2 1 1a1 2 1 22a21 11a11 Vp T T Vp z z .n.R.Tz .Vp .n.R.Tz .Vp ⋅=⇒ ⎭⎬ ⎫ = = (1.13) Ví dụ 1.3: Một mẫu khí có Va1 = 364,6 ft3 ở 213 °F và 3250 psia, Va2 = 70860 ft3 ở 82 °F và 14,8 psia (z2 ≈ 1). Tính hệ số lệch khí? Giải: 910z 910 70860814 82460 213460 63643250 1 z 1 1 ,, ., ,. =⇒=+⋅+= MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 19 h Phương pháp 2 ¬ Ước tính z từ tỷ trọng γg của chất khí (theo Sutton): ) Tí nh áp suất và nhiệt độ giả tới hạn theo công thức (1.14) và (1.15) ) Tính áp suất và nhiệt độ giả giảm theo công thức (1.16) và (1.17) ) Tra z nhờ đồ thị của Standing & Beggs (H.1.2). ¬ Áp suất giả tới hạn: ppc = 756,8 - 131,0γg - 3,6γg2 (0,57 < γg < 1,68) ¬ Nhiệt độ giả tới hạn: Tpc = 169,2 + 349,5γg - 74γg2 (0,57 < γg < 1,68) ¬ Áp suất giả giảm: ppr = p/ppc ¬ Nhiệt độ giả giảm: Tpr = T/Tpc ¬ Dùng đồ thị của Standing & Katz (ppr, Tpr, z) ⇒ z. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 20 Ví dụ 1.4: Chất khí trong vỉa có γg = 0,665, p = 3250 psia, T = 213 °F. Tính z? Giải: ¬ Dựa theo công thức (1.14) và (1.15) ⇒ ppc = 668 psia,Tpc = 369 °R ¬ Công thức (1.16) và (1.17) ⇒ 821 369 213160p874 668 3250p prpr ,;, =+=== ¬ ppr = 4,87 và Tpr = 1,82, tra đồ thị H.1.2 ⇒ z = 0,918. h Phương pháp 3: Phân tích các thành phần của khí: z được tính theo giả thiết rằng các áp suất và nhiệt độ giả tới hạn đối với mỗi thành phần khí thì tỷ lệ thuận với thể tích của thành phần khí đó và với áp suất và nhiệt độ tới hạn của nó. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 21 Ví dụ 1.5: Tính z của một chất khí từ các thành phần của nó ở 3250 psia và 213 °F. Thành phần khí (1) Tỉ lệ mole (2) Mo (3) Áp suất tới hạn pc (4) Nhiệt độ tới hạn Tc (5) Mg (2) x (3) (6) ppc (2) x (4) (7) Tpc (2) x (5) (8) Methane CH4 0,8612 16,04 673 343 13,81 579,59 295,39 Ethane C2H6 0,0591 30,07 708 550 1,78 41,84 32,51 Propane C3H8 0,0358 44,09 617 666 1,58 22,09 23,84 Butane iC4H10 0,0172 58,12 550 766 1,00 9,46 13,18 Pentane nC5H12 0,0050 72,15 490 846 0,36 2,45 4,23 CO2 0,0010 44,01 1070 548 0,44 1,07 1,07 N2 0,0207 28,02 492 227 0,58 10,18 4,70 Tổng 1,0000 19,55 666,68 374,92 6750 9728 5519 g ,, , ==γ ; 8754 68666 3250ppr ,, == ; 801 92374 213460Tpr ,, =+= Từ đồ thị Standing & Katz (ppr, Tpr, z) ⇒ z = 0,91. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 22 h Chú ý: ¬ Đường cong hệ số lệch khí là đường quan hệ (p, z) ¬ Nhiệt độ tới hạn là nhiệt độ mà trên nó, trạng thái khí không thể chuyển thành trạng thái lỏng dù có tăng áp suất. Ví dụ : nước ở 374 °C, CO2 ở 31,1 °C ¬ Áp suất tới hạn là á p suất cần phải đạt được để chất khí ngưng tụ thành lỏng ở nhiệt độ tới hạn. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 23 Hệ số thể tích thành hệ khí ) ' ' sc sc sc znR T p z nR T p =a sc sc a,sc The å tích khí trong væa (ôû p vaø T) V The å tích khí treân be àmaët (ôû P vaøT ) V ⇒ p T z z T p V V scsc sc sca a ××= , (1.18) với Va,sc = 1 SCF và zsc = 1 ⇒ p zT T p B sc sc g ×= (1.19) Khi psc = 14,7 psia và Tsc = 60 °F ⇒ SCFcuftP zT028290Bg /,= (1.20) MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA CHẤT KHÍ ©Copyright 2007 ĐẠI CƯƠNG VỀ CÔNG NGHỆ MỎ 24 Ví dụ 1.6: Chất khí trong vỉa ở p = 3250 psia và T = 213 °F, có z = 0,91. Tính hệ số thể tích thành hệ khí Bg? Giải: SCFcuft005330 3250 460213910028290Bg /, )(, , =+×= ⇒ Suy ra 1 SCF thể tích khí ở điều kiện chuẩn trên bề mặt sẽ chiếm thể tích Va = 0,00533 ft3 trong vỉa ở 3250 psia và 213 °F. 1000 ft3 thể tích khí trong vỉa ở 3250psia và 21