Файл: Ширковский, А. И. Добыча и подземное хранение газа учебное пособие.pdf

Глава II

ДОБЫЧА ГАЗА ИЗ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

§ 21. Фазовые превращения газоконденсатных смесей

Пластовая газоконденсатная смесь в общем случае состоит из большого числа углеводородов (метана, этана, пропана, изобу­ тана, нормального бутана, пентана, гексана, гептана, октана, но­ нана, декана и более тяжелых), азота, сероводорода, углекисло­ ты, гелия, паров воды. Эта слож­ ная система при изменении тем­ пературы и давления ведет себя иначе, чем индивидуальные чи­ стые углеводороды.

При повышении давления и неизменной температуре или по­ нижении температуры и постоян­ ном давлении происходят процес­ сы конденсации пара в жидкость. Зависимость давления от темпе­ ратуры для чистого углеводорода, называемая кривой испарения (линия ОК на рис. 15) является граничной кривой, ниже которой имеется одна паровая фаза, вы­ ше, в области повышенных давле­ ний,— одна жидкая фаза. Линия испарения есть граница скачкооб­ разного изменения агрегатного состояния вещества: жидкость — пар.

Конечная точка этой линии К является критической. Она ха­ рактеризует максимальную температуру tK, при которой еще воз­ можно иметь границу раздела фаз, т. е. паровая и жидкая фазы еще могут существовать в равновесии при различных физических свойствах паровой и жидкой фаз. При температуре выше крити­ ческой нельзя превратить паровую фазу в жидкую при сколь угодно большом повышении давления. Критическим называется давление паров вещества при критической температуре (Рк)-

77

Объем вещества при критических температуре и давлении (рк и /ц), отнесенный к одному молю или другой единице массы ве­ щества, критическим мольным или удельным объемом.

Температура, при которой средняя молекулярная кинетиче­ ская энергия становится равной потенциальной энергии притя­ жения, называется критической, так как при более высокой тем­ пературе невозможно существование жидкой фазы.

Математически критерием критического состояния является равенство

где Тк — точка перегиба изотермы на плоскости р—V' при крити­ ческих давлении и объеме.

На рис. 15 изображена фазовая диаграмма газоконденсатной смеси. Кривая ССК— линия кипения. Выше этой линии — одна жидкая фаза. Линия СКБСККДИ — линия конденсации. Правее и ниже нее — одна газовая фаза. Внутри линии ССКСККИ —двух­ фазная область, область одновременного сосуществования паро­ вой и жидкой фаз. Цифры на линиях означают процентное объ­ емное содержание жидкой фазы в смеси.

имеется граница раздела фаз пар — жидкость.

Рассмотрим изотермический процесс уменьшения давления от точки А. В точке А углеводородная смесь находится в области газовой фазы. При снижении давления путем увеличения объема сосуда высокого давления при неизменном составе смеси до точ­

При дальнейшем снижении давления объем образовавшейся жидкой фазы увеличивается и в точке В достигает максималь­

В до точки Д ранее образовавшаяся жидкая фаза будет умень­ шаться в объеме, испаряться и в точке Д испарится последняя капля жидкости.

При снижении давления от точки В до точки Д происходит процесс обычного испарения жидкости при уменьшении давления. Дальнейшее падение давления от точки Д до точки Е не влечет за собой фазовых превращений, смесь находится в одной газовой фазе. Процесс обратной конденсации наблюдается только в ин­ тервале температур Ти—Ткк.

78

Рассмотрим процесс изобарического (при постоянном давле­ нии) снижения температуры от точки а. В точке а газоконден­ сатная смесь находится в одной жидкой фазе. При ее охлажде­ нии до точки б фазовых переходов нет. В точке б образуется первый пузырек пара. Образование паровой фазы при понижении температуры при постоянном давлении называется процессом обратного испарения. При снижении температуры от точки б до точки в объем паровой фазы увеличивается и в точке в дости­ гает максимума. Область СквСрбСи называется областью явлений обратного испарения, а линия СрбСк — линией температур мак­ симального испарения.

При понижении температуры от точки в до <3 объем образо­ вавшейся паровой фазы уменьшается, паровая фаза конденси­ руется и в точке д сконденсируется последний пузырек пара. При уменьшении температуры от точки в до точки д происходит процесс нормальной конденсации. Дальнейшее снижение темпера­ туры от точки д до точки е не вызывает фазовых переходов, углеводородная смесь находится в одной жидкой фазе. Явление обратного испарения наблюдается только в интервале изменения

давлений рк—рр.

Образование жидкой фазы в пористой среде приводит к по­ терям жидкости. При разработке газоконденсатной залежи без поддержания пластового давления в условиях газового режима потери жидкого конденсата в пласте могут составлять 30—60% от начального (потенциального) содержания конденсата (С5+) в пластовом газе. Эти потери могут составлять миллионы тонн.

Процесс конденсации в пористой среде с ее громадной удель­ ной поверхностью протекает иначе, чем в сосуде PVT при боль­

кость будет криволинейной. В связи с проявлением капиллярных сил давление начала образования жидкой фазы в капиллярах будет больше, чем в сосуде PVT, объем образовавшейся жидко­ сти при одинаковых давлениях в паровых фазах будет больше в пористой среде, чем в сосуде PVT, объем оставшейся жидкой фа­ зы в пористой среде будет больше, чем в сосуде PVT, при оди­ наковом давлении.

Увеличение коэффициента извлечения конденсата и нефти из

сухих углеводородных газов; 3) применением термических мето­ дов воздействия на пласт с целью повышения его температуры,

79

нах, вопросы прогнозирования процессов фильтрации газокон­ денсатных смесей в пористой среде, изменения состава продук­ ции скважин, объема добываемого конденсата, методов его переработки.

§ 22. Аналитический расчет фазовых превращений газоконденсатных смесей при изменении давления и температуры

Природные углеводородные смеси, находящиеся . в поровом пространстве пласта и движущиеся по стволу скважины, в про­ мысловом оборудовании, промысловых и магистральных газопро­ водах, при изменении давления и температуры претерпевают фазовые превращения, т. е. переходы паровой фазы в жидкую

иобратно. Процессы превращения паровой фазы в жидкую про­ исходят при неизменной температуре не только при увеличении давления в докритической области, по и при уменьшении дав­ ления в определенном диапазоне температур Тк—Ткк (рис. 15). Явления конденсации паровой фазы при неизменном давлении происходят не только при понижении температуры и давлении меньше критического, но и увеличении температуры в интервале изменения давлений рк—рр■Мы имеем дело с явлениями прямой

иобратной (ретроградной) изотермической и изобарной конден­

сации.

В процессах разработки залежи, добычи, транспорта и перера­ ботки углеводородных газов большое значение имеет правильное прогнозирование составов сосуществующих паровой и жидкой фаз, объемов образующихся фаз при различных давлениях и температурах. При определении давления начала конденсации углеводородной смеси в пористой среде, составов сосуществую­ щих равновесных фаз, объемной насыщенности пористой среды жидкой фазой, потерь жидких углеводородов в пласте необходи­ мо знать влияние пористой среды на эти процессы, уметь анали­ тически рассчитывать это влияние, зная геолого-физические параметры пористой среды.

На современном уровне развития науки и вычислительной техники приближенный аналитический расчет диаграмм фазовых соотношений и объемов образовавшихся жидкой и паровой фаэ

смеси Ci—Сб определить по атласу из работы [34] без учета ха­ рактеристического фактора при определении коэффициента фазо­ вого соотношения метана.

80

3.Коэффициент распределения фракции гептан+вышекипя-

Если состав исходной смеси известен до пентана+вышекипящие (С5+), коэффициенты распределения этой фракции следует определять по аналогичным формулам в зависимости от ее моле­ кулярного веса

(Тс, Рс — среднекритические параметры смеси).

Критические параметры фракции С7+ (или Q-r) определяются по номограммам Стендинга и Капа по заданным значениям мо­

81