Stickstoff-Verdrängung

Methode

Die Bohrlochflüssigkeit wird bis zur Pumptiefe verdrängt; der Stickstoff, der die Säule und das Rohr auf der Haspel füllt, wird als Gas, Flüssigkeit und Masse summiert.

1. Der Druck in der Tiefe hält der hydrostatischen Säule der Bohrlochflüssigkeit die Waage: P = ρ·g·h. Der Druck am Bohrlochkopf ist dieser Wert minus das Gewicht der Stickstoffsäule, aus der mittleren Stickstoffdichte. Die Säule wird beim Mittel beider Drücke und beider Temperaturen betrachtet.
2. Volumenfaktor von Stickstoff: B = 2,8416·P / (Z·(273 + T)) in sm³/m³, mit P in kPa und T in °C. Die Konstante steht für einen Normzustand von etwa 15 °C und 101,3 kPa.
3. Mit Gas gefülltes Volumen: das Volumen der Förderrohrbohrung minus der Coiled-Tubing-Stahl, mal die Tiefe. Das sind der Ringraum und die Coiled-Tubing-Bohrung, jeweils einmal gezählt.
4. Der Stickstoff für die Bohrung ist dieses Volumen mal der Faktor bei mittleren Bedingungen. Der Stickstoff für das Rohr auf der Haspel ist dessen Bohrungsvolumen mal der Faktor bei Bedingungen am Bohrlochkopf.
5. Flüssiger Stickstoff: 1 m³ Flüssigkeit ergibt 696,5 sm³ Gas und wiegt 808 kg.

Annahmen

• Die Flüssigkeit wird in einer vertikalen Bohrung vollständig bis zur Pumptiefe verdrängt.
• Der Kompressibilitätsfaktor ist entlang der Säule konstant; die Temperatur ist das Mittel der beiden Enden.
• Die mittlere Stickstoffdichte ist eine Eingabe und wird nicht aus dem Druck abgeleitet; der Druck am Bohrlochkopf folgt daraus.
• Es fließt keine Flüssigkeit zu und es geht kein Stickstoff verloren; Pumpverluste oder eine Reserve sind nicht berücksichtigt.

Reproduziert ein Referenz-Arbeitsblatt, mit einem Unterschied: Das Arbeitsblatt zählt die Coiled-Tubing-Bohrung im gasgefüllten Volumen doppelt, hier wird sie einmal gezählt, sodass der Stickstoff für die Bohrung niedriger ausfällt als im Arbeitsblatt. Prüfen Sie die Gaseigenschaften an einer Stickstofftabelle, bevor Sie sich auf ein Ergebnis verlassen.

Kompressibilitätsfaktor von Stickstoff

Z korrigiert das ideale Gasgesetz für Stickstoff bei hohem Druck: Über 1 braucht das Gas mehr Raum als ein ideales Gas, sodass ein Behälter oder eine Bohrung in Normvolumen weniger Stickstoff fasst als mit Z = 1. Diagramm und Tabelle geben Z für Stickstoff nach absolutem Druck und Temperatur an; die Stickstoff-Werkzeuge interpolieren in der Tabelle.

Kompressibilitätsfaktor von Stickstoff

Absoluter Druck	-20 °C -4 °F	0 °C 32 °F	20 °C 68 °F	40 °C 104 °F	60 °C 140 °F	80 °C 176 °F	100 °C 212 °F	120 °C 248 °F	140 °C 284 °F	160 °C 320 °F
1 bar · 15 psi	0,999	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000	1,000
25 bar · 363 psi	0,984	0,990	0,995	0,999	1,002	1,004	1,006	1,007	1,008	1,009
50 bar · 725 psi	0,971	0,985	0,994	1,001	1,006	1,010	1,013	1,016	1,017	1,019
100 bar · 1.450 psi	0,963	0,985	1,001	1,013	1,021	1,028	1,033	1,037	1,039	1,041
150 bar · 2.176 psi	0,976	1,002	1,021	1,034	1,045	1,052	1,058	1,062	1,065	1,067
200 bar · 2.901 psi	1,010	1,034	1,052	1,065	1,075	1,082	1,088	1,092	1,094	1,096
250 bar · 3.626 psi	1,058	1,078	1,092	1,104	1,112	1,118	1,122	1,125	1,127	1,128
300 bar · 4.351 psi	1,117	1,130	1,140	1,148	1,153	1,157	1,160	1,161	1,161	1,161
350 bar · 5.076 psi	1,182	1,188	1,193	1,196	1,199	1,200	1,200	1,199	1,198	1,196
400 bar · 5.802 psi	1,251	1,250	1,249	1,248	1,247	1,245	1,242	1,240	1,236	1,233
450 bar · 6.527 psi	1,322	1,314	1,307	1,302	1,297	1,291	1,286	1,281	1,276	1,271
500 bar · 7.252 psi	1,394	1,380	1,368	1,357	1,348	1,340	1,332	1,324	1,317	1,310

Berechnet aus der Dichte von Stickstoff im NIST Chemistry WebBook (Zustandsgleichung von Span et al., 2000) als Z = P·M/(ρ·R·T). Die Drücke sind absolut, Überdruck plus 1,013 bar. Zwischen den Punkten interpolieren die Werkzeuge linear; außerhalb von 1–500 bar und −20 bis 160 °C verwenden sie den Randwert.

Die Werkzeuge sind Hilfsmittel für Ingenieure. Prüfen Sie Eingaben und Ergebnisse: die Verantwortung für jede Entscheidung bleibt beim Nutzer.