Часть 3 - Томский политехнический университет

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования
«Национальный исследовательский Томский политехнический университет»
National Research Tomsk Polytechnic University
Дисциплина
«Физико-химические основы и технологии подготовки,
транспорта и хранения углеводородов»
Модуль 1.
Введение. Основные физико-химические свойства
скважиной продукции, определяющие условия
подготовки, транспорта и хранения
Часть 2
Разработчик: к.х.н., доцент каф. ТХНГ Н.В. Чухарева
Томск 2014
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Пластовые воды
Пластовые воды характеризуются набором свойств, которые
влияют на процессы подготовки скважинной продукции и
скорость движения жидкости по трубопроводам, различного
рода осложнения в работе промыслового транспорта.
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Свойства пластовых вод :
• минерализация;
• тип;
•
жесткость;
•
рН.
Минерализация пластовой воды Q
(кг/м3) - это содержание в ней
растворённых солей.
4 группы
• рассолы (более 50 г/л);
• солёные (от 10 до 50 г/л);
• солоноватые (от 1 до 10 г/л);
• пресные (до 1 г/л).
В количественном отношении
катионы солей пластовых вод
располагаются в следующий ряд:
Na+> Ca2+ > Mg2+ > K+ > Fe3+
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Тип пластовой воды
По типу растворённых в воде солей пластовые
воды классифицируются :
1. гидрокарбонатные (карбонат CO3 2-, или бикарбонат
HCO3- анион).
2. хлоркальциевые (наличие анионов Cl –, сульфитанионов SO3 2– или сульфат-анионов SO4 2–)
Жесткость пластовых вод – это
суммарное содержание растворённых
солей двухвалентных катионов:
Са, Мg, Fe.
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
В зависимости от содержания
двухвалентных катионов кальция, магния,
железа вода подразделяется 4 на группы
жесткости:
•очень мягкая вода – до 1,5 мг-экв/л;
•мягкая вода – 1,5…3,0 м-экв/л;
•умеренно жёсткая вода – 3,0…6,0 мг-экв/л;
Жесткость
•жёсткая вода – более 6 мг-экв/л.
Временная (карбонатная)
содержание в воде карбонатов или гидрокарбонатов
двухвалентных металлов: кальция, магния, железа.
Постоянная (некарбонатная)
содержание в воде сульфатов или хлоридов (или соли других
кислот) двухвалентных металлов: кальция, магния, железа.
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Общая жёсткость воды определяется как
сумма карбонатной и некарбонатной или как
сумма жесткостей всех i-ых ионов (∑gi):
Ж общ.  Ж к  Ж нк
или
Ж общ.   g i
Жесткость иона оценивается отношением массы
иона к его эквиваленту:
g v,i 
m v,i
эi
Mi
эi 
n
где m v,i – концентрация i-го иона в воде (мг/л);
эi – эквивалент i-го иона.
Эквивалент иона оценивается отношением
молекулярной массы иона (МI) к его валентности (n)
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Пример. В одном литре воды содержатся ионы в количестве: Mg+2 = 21 мг и Ca+2 = 56 мг.
Найти Ж общ.
gi
Решение. Ж общ. 
1. Жесткость воды – это сумма
жесткостей всех ионов
(мг-экв/л)

g m
2. Жесткость иона – это масса иона
деленная на его эквивалент
(мг-экв/л)
э(мг-экв)
m
3. Эквивалент – это молекулярная масса
иона деленная на его валентность
m Мg = 24,3;
m Ca = 40,08;
Mg
g
э
n
э Mg = 24,3/2 = 12,5 мг-экв;
э Ca = 40,08/2 = 20 мг-экв;
= 21/12,15 = 1,72 мг-экв/л;
+ 1,728 = 4,5181 (мг-экв/л).
Ca
= 56/20,04 = 2,79 мг-экв/л;
g
Ж общ. = 2,79
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Устранение жесткости воды
Временная
(карбонатная)
жесткость
Термический
метод
длительное
кипячение
Постоянная
(некарбонатная)
жесткость
Химический
метод
добавление
гидроокиси
кальция Са(ОН)2
выпадение в осадок
карбоната кальция СаСО3.
Химический
метод
добавление
соды или
щёлочи
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Показатель концентрации водородных ионов (рН)
Содержание водородных ионов в воде определяется
показателем концентрации водородных ионов,
которое равно отрицательному логарифму концентрации
ионов водорода:
pH   lg C H 
где Сн+ – концентрация ионов водорода.
В зависимости от величины рН воды подразделяются:
• нейтральные (рН = 7);
• щелочные (pH > 7);
• кислые (pН < 7).
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Минерализация, тип, жесткость, рН пластовых вод
обуславливают еще одно немаловажное свойство
вод как ее электропроводность.
Соли пластовых вод – это электролиты.
Электролит - это соединения, которые при
взаимодействии с растворителем
полностью или частично диссоциируют на
ионы.
С увеличением минерализации пластовой воды удельная
электропроводность её растёт.
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
Удельная электропроводность (χ = Ом·м
скважиной
–1,
Ом·см
продукции,
–1)
характеризует количество электричества, которое протекает в 1 с
через 1 см2 поперечного сечения раствора электролита (S) при
градиенте электрического поля (R/L) в 1 вольт на 1 см длины.
χ = L/(RS)
R – сопротивление раствора электролита, Ом;
L – расстояние между электродами, м (см);
S – поперечное сечение сосуда, в котором находится р-р электролита, м2 (см2).
Удельная электропроводность Ом·м-1:
нефтей
0,5х10–7….0,5х10–6;
газоконденсатов 10–10…10–16;
пластовой воды
10–1…1
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
скважиной
продукции,
Плотность пластовой воды зависит от ее минерализации,
пластовых давления и температуры. Средние значения лежат
в пределах 1010…1210 кг/м3
Зависимость плотности воды от
температуры
ρ(Т) = ρ0 – 0,0714·(Т – 20)
ρ0 — плотность минерализованной воды при температуре 20 оС, кг/м3
Вязкость (способность воды
сопротивляться) зависит от
температуры, а также от минерализации и
химического состава.
При 20 0С составляет 1·сПз
Модуль1:
Основные
физико-химические
свойства
определяющие условия подготовки, транспорта и хранения
Параметр
Юганскнефтегаз
скважиной
продукции,
Томскнефть
средне
мин
е
макс
средне
е
1002
1035
1025
16.5
5.25
35.5
26.4
8.2
7.0
6.0
8.4
7.5
6459.6
12436.3
9443.0
96.0
32262.0
15508.9
SO42-
0.0
50.5
3.5
0
130.0
31.0
HCO3-
219.7
2013.0
350.0
85.0
2127
707.8
Ca2+
43.1
1112.2
300.0
40.0
13000
601.2
Mg2+
12.4
108.35
40.4
7.8
929.0
97.3
Na+ и K+
2978.8
6615.7
6027.2
6134
15508
11423
Сод-ие ионов, г/л
-
-
-
0.4
160.0
23.0
мин
макс
Плотность, кг/м3
1008
1012
1010
Минерализация, г/л
12.5
26.3
pH
5
Cl-
Состав ионов, мг/л
Благодарю за внимание!
Перечень рекомендуемой литературы
по дисциплине
Основная:
•
Сваровская Н.А. Подготовка, транспорт и хранение скважинной продукции. /Учебное пособие. – Томск:
Изд-во ТПУ, 2009. – 268 с.
•
Транспорт скважинной продукции [Электронный ресурс] : учебное пособие / Н. В. Чухарева [и др.];
Национальный исследовательский Томский политехнический уни-верситет (ТПУ). — 1 компьютерный файл
(pdf; 16.3 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2011. — Заглавие с титульного экрана. — Электронная версия печатной
публикации. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Adobe Reader. Режим доступа:
http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2012/m239.pdf
•
Чухарева Н.В. Технологические расчеты простых и сложных нефтегазопроводов [Электронный ресурс] :
учебное пособие / Н. В. Чухарева, А. А. Вострилова; Национальный исследовательский Томский
политехнический универси-тет (ТПУ), Институт природных ресурсов (ИПР), Кафедра транспорта и хранения
нефти и газа (ТХНГ). — 1 компьютерный файл (pdf; 1.9 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2012. — Заглавие с
титульного экрана. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. — Си-стемные требования: Adobe Reader. Режим
доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2012/m403.pdf
•
Чухарева Н.В. Исследование углеводородных систем при опреде-лении качественных характеристик в
системе магистральных трубопроводов [Элек-тронный ресурс] : учебное пособие / Н. В. Чухарева, А. А.
Новиков; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). — 1 компьютер-ный
файл (pdf; 4.98 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2009. — Заглавие с титульного экра-на. — Электронная версия
печатной публикации. — Доступ из корпоративной сети ТПУ. — Системные требования: Adobe Reader. Режим
доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2012/m124.pdf
•
Новиков А.А., Чухарева Н.В. Физико-химические основы процессов транспорта и хранения нефти и газа /
Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 164 с.
Дополнительная:
•
Коновалов Н.И., Мустафин Ф.М., Коробов Г.Е. и др. Оборудование резервуаров / Учебное
пособие. – Уфа: ООО «ДизайнПолиграфСервис», 2005. – 214 с.
•
Васильев Г.Г., Коробов Г.Е., Коршак А.А., Шаммазов А.М. Трубопроводный транс-порт нефти.
/Под ред. М.С. Вайнштока. – М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2002. – Т. 1. – 408 с.