Gass/olje-forhold

PVT-egenskaper til råolje. Gass/olje-forholdet er Rs.

Gass/olje-forholdet, forkortet GOR etter engelsk «gas/oil ratio», er volumforholdet mellom gass og olje i fra råolje, etter at råoljen er ført fra reservoarforhold til standard trykk 1 atmosfære og standard temperatur 15,6 °C (60 °F). Begrepet brukes også om volumforholdet mellom gass og olje observert i en brønnstrøm. GOR er et mål for evnen råoljen har til å løse opp gass.

Karakterisering av GOR er en viktig del av PVT-analyse for en råolje. Kunnskap om variasjon i gass/olje-forhold som funksjon av trykk er viktig for å kunne beskrive oppførselen til et petroleumsreservoar.

Typiske GOR-verdier for råoljer fra norske oljefelt er i intervallet 50 - 300 Sm³/Sm³.

I materialbalanseberegninger og i reservoarsimulering brukes tradisjonelt symbolet $R_{s}$ for gass/olje-forholdet.

Definisjon

I en prøve av råolje vil kombinasjonen av reservoartrykk og temperatur gjøre at både lette og tunge komponenter av hydrokarbon vil være i væskefase i reservoaret. Når oljen tas opp til overflateforhold, vil mange av de lettere komponentene gå over til gassfase, mens de tyngre komponentene blir værende i væskefasen. For å skille de to tilstandene kan en si at oljenfasen i reservoaret svarer til de to komponentene gass og olje under standardforhold. Gitt et vilkårlig volum av oljefasen i reservoaret, så er gass/olje-forholdet lik brøken av volumene av gasskomponenten og oljekomponenten:

$GOR={\frac {\text{Volum av gass ved standardbetingelser}}{\text{Volum av olje ved standardbetingelser}}}={\frac {V_{g}}{V_{o}}}$

Ekvivalent kan en si at GOR-verdien er volumet av gasskomponenten som vil løse seg i 1 volumenhet av oljekomponenten, når denne føres ned til reservoarvilkår.

Olje ved standardvilkår kalles stabil olje, fordi den kan transporteres under standardvilkår uten at mer gass blir frigjort. Begrepet «stock-tank-olje» blir også brukt om en slik olje.

Oljedirektoratet bruker betegnelsen «assosiert gass» for gass oppløst i råoljen i reservoaret. Gass/olje-forholdet i reservoaret før produksjonen starter kan dermed regnes ut fra

$GOR={\frac {\text{Original inplace associated gas}}{\text{Original inplace oil}}}$

Enheter

Gas/olje-forholdet er formelt sett en dimensjonsløs størrelse, definert som volum/volum. Ulike enhetssystemer er i bruk i petroleumsindustrien, og dette er én grunn til at en alltid oppgir enheter for GOR. I SI-enheter er enheten lik Sm³/Sm³, der bokstaven S foran m3 indikerer standardvolum. I feltenheter brukes enheten scf/STB, standard kubikkfot delt på «stock-tank barrel». Sammenhengen mellom disse er 1 scf/STB = 0,17810760 Sm³/Sm³.

Feltenheten finnes skrevet med både små og store bokstaver, og skrivemåten «scf/STB» følger anbefaling fra Society of Petroleum Engineers. Også andre forkortelser, som cf/bbl, er i bruk.

Mettet og umettet olje

For et reservoar som har fri gass tilstede, vil oljen like ved gass-sonen være mettet med gass, det vil si at den har tatt opp i seg så mye gass som mulig. GOR-verdien er da lik metningsverdien. I et reservoar som ikke har fri gass tilstede vil oljen være undermettet, slik at den vil være i stand til å kunne løse opp mer gass, dersom slik gass hadde vært tilgjengelig. I et undermettet reservoar, det vil si et reservoar uten fri gass, vil GOR-verdien til oljen være mindre enn metningsverdien.

Dersom en senker trykket i en undermettet olje, så vil den nå et metningstrykk eller boblepunkttrykk, der gass tar til å komme ut av løsning. Senker en trykket ytterligere, vil stadig mer gass komme ut av løsning. Oljen har da endret sammensetning og har fått et lavere boblepunkttrykk. For de fleste oljer vil metningsverdien av GOR være en nokså lineær funksjon av boblepunkttrykket.

Brønnobservert gass/olje-forhold

Ved produksjon fra et undermettet reservoar vil gass/olje-forholdet som en observerer i en brønn være lik GOR-verdien til oljen i reservoaret. Ved produksjon fra et reservoar der brønnen også produserer fri gass i reservoaret, vil den observerte GOR-verdien i brønnen være større enn metningverdien. Den produserte gassen er da en kombinasjon av gass løst ut fra oljen og fri gass fra reservoaret.

Begrepet «total-GOR» eller «produsert GOR» kan brukes for å karakterisere gass/olje-forholdet som summen av oppløst og fri gass, i motsetning til «løsnings-GOR» eller «oppløst-GOR».

Initiell GOR-variasjon i reservoaret

De fleste reservoar vil før produksjonen starter være i en form for likevekt: En gasskappe kan eksistere over en oljesone, som igjen hviler på undeliggende vann. I oljesonen er variasjonen av GOR mot dyp ofte antatt å være tilnærmet konstant, det vil si at oljen har lik sammensetning i hele reservoaret. Har en fri gass i reservoaret må denne konstante verdien være lik metningverdien ved trykket ved gass/olje-kontakten. Det er imidlertid vanlig at gravitasjonen fører til at reservoaret har en større andel av tyngre hydrokarbon-komponenter dypere nede, og denne variasjonen i sammensetning gir da en variasjon i GOR og væsketetthet mot dyp.

Måling av gass/olje-forholdet

Gass/olje-forholdet måles vanligvis i et laboratorium ved hjelp av væskeprøver tatt på feltet, som en del av en PVT-analyse (Trykk-volum-temperatur-analyse).

Formasjonsprøving for å isolere en karakteristisk råolje fra reservoaret er generelt en vanskelig prosess. Alternativt kan en bruke en rekombinert olje, det vil si en olje konstruert slik en tror den befinner seg i reservoaret.

Karakterisering av GOR er utfordrende, fordi resultatet vil avhenge av prosessen, inkludert måten som trykk, volum og temperatur endres på under målingene. Vanligvis brukes et laboratorie-eksperiment kalt differensiell frigjøring. Væskeprøven plasseres i en celle der temperaturen holdes konstant, men der trykk og volum kan endres. Eksperimentet starter ved et trykk over boblepunkttrykket, slik at cellen inneholder kun olje. Deretter senkes trykket stegvis ned til standardvilkår. I hvert steg måles samhørende verdier av trykk og fluidvolum (gass og olje). Etter frigjøring av gass i et steg, blir gassen presset ut av cellen gjennom en dertil egnet ventil. GOR kan i hvert steg under boblepunkttrykket beregnes fra standardvolumene av frigjort gass, samt det resterende oljevolumet ved eksperimentets slutt.

GOR kan også måles i en separatortest, i en separator på feltet. Da måles samhørende verdier av trykk og fluidvolum gjennom stegene i en trinnvis separator.

Gass/olje-forhold i Nordsjøen

En midlere verdi 120 Sm³/Sm³ er rapportert for GOR for felt i Vikinggraben i Nordsjøen. Felt i Sentralgraben har en høyere middelverdi 390 Sm³/Sm³. For en «rekke felt» (uten nærmere presisering) som alle har oljer med Kimmeridge-skifer som kildebergart, oppgir samme referanse et intervall 38 - 276 Sm³/Sm³.

Eksempler på publiserte GOR-verdier målt for råoljer fra Nordsjøen er vist i tabellen under. Kolonnen merket «GOR NPD» er beregnet ut fra volumtall oppgitt av Oljedirektoratet.

Felt	GOR [Sm³/Sm³]	GOR NPD [Sm³/Sm³]
Brage	93	101,2
Draugen		53,6
Edda		312,5
Ekofisk	272	265,4
Eldfisk		271,1
Embla		346,9
Edvard Grieg		120,5
Fram		148,5
Gina Krog		208,3
Gjøa		192,3
Grane		13,6
Heidrun		83,33
Ivar Aasen		148,9
Johan Sverdrup		37,4
Njord		265,2
Norne		114,6
Gullfaks	100	112,8
Oseberg		137,5
Oseberg Sør		150,4
Oseberg Øst		82,2
Snorre	60-100	106,5
Statfjord	155	179,1
Tor		264,9
Tordis		116,6
Trestakk		214,3
Troll Oljeprovins	55, 69	57,2
Valhall		177,0
Veslefrikk		140,5
Visund		282,3

Bruk i materialbalanse

Materialbalanseberegninger er beregninger som uttrykket at masse er bevart under produksjon av petroleum. I slike beregninger tar en ikke hensyn til geometrisk form og utstrekning av reservoaret. Sammen med gass/olje-faktoren brukes i materialbalanseligninger og i reservoarsimulering volumfaktoren for olje, definert ved

$B_{o}={\frac {\text{Volum av olje i reservoaret}}{\text{Volum av olje ved standardbetingelser}}}={\frac {W_{o}}{V_{o}}}$

Som et eksempel på bruken av disse størrelsene kan en se konservering av masse når et volum flyttes fra reservoaret til overflatebetingelser:

$\rho _{o}W_{o}=\rho _{o}^{SC}V_{o}+\rho _{g}^{SC}V_{g}$

Her symboliserer $\rho$ tetthet for henholdsvis gass og olje, og superscript SC viser til standardbetingelser («Standard Conditions»). For tettheten i reservoaret gir dette

${\begin{alignedat}{2}\rho _{o}&=\rho _{o}^{SC}{\frac {V_{o}}{W_{o}}}+\rho _{g}^{SC}{\frac {V_{g}}{W_{o}}}\\&={\frac {1}{B_{o}}}(\rho _{o}^{SC}+R_{s}\rho _{g}^{SC})\end{alignedat}}$

Tettheten ved standardbetingelser har konstante verdier, mens verdiene av volumfaktoren, gas/olje-forholdet og oljetettheten i reservoaret vil kunne variere. Tettheten til oljen i reservoaret vil over boblepunkttrykket være en funksjon av trykk og gass/olje-forhold, men kun en funksjon av trykket under boblepunkttrykket.

Litteratur

• Larry P. Dake (1978). Fundamentals of reservoir engineering. Amsterdam: Elsevier. ISBN 0-444-41667-6. 

• Karen Scou Pedersen, Peter L. Christensen (2007). Phase behavior of petroleum reservoir fluids. Boca Raton, Fl.: CRC Press, Taylor & Francis. ISBN 0-8247-0694-3.