Файл: Макогон, Ю. Ф. Гидраты природных газов.pdf

Следующей категорией поровой воды является связанная вода, которая образует сорбированные водные оболочки, непосредственно примыкающие к зернам породы, при образовании которой выде­ ляется тепло. Она удерживается физико-химическими силами.

Действие адсорбционных сил и сил поверхностного натяжения приводит к уменьшению паров связанной и капиллярной воды (при отрицательной кривизне поверхности).

Упругость паров для капиллярной воды определяется из выра­ жения :

где рю — упругость паров воды над свободной поверхностью; ст — коэффициент поверхностного натяжения на разделе жидкость — пар, эрг/см2; г — радиус капилляра, см; рш — плотность пара, г/см3; р„ — плотность воды, г/см3;

(R — газовая постоянная, 0,082 л-кгс/см2)/град-моль; рр — давле­ ние пара над вогнутой поверхностью воды; М в — молекулярный вес воды).

Для определения давления пара над поверхностью связанной воды может быть использовано уравнение, устанавливающее связь между содержанием связанной воды в горных породах и давлением паров [15, 51]:

(породы); D — диаметр частиц, мм.

Снижение упругости паров воды над раствором солей определяется при помощи рис. 70. Для определения условий образования гидратов в пористой среде уравнение (1.5) необходимо записать в следующем виде:

Величина Дрр определяется из выражения:

bpp =pw—Pp =pw—pwГі —exp ( т ^ г Ѵ І

=ЦЧ‘-«р(^)1 (ІѴ.5)

Таким образом, чем меньше диаметр частиц, слагающих поровую среду, чем меньше радиус капилляров поровой воды, тем выше

депрессия упругости паров воды, тем больше снижение температуры напала процесса гпдратообразованпя в пористой среде.

После зарождения центров кристаллизации гидратов на поверх­ ности поровой воды процесс образования гидратов определяется упругостью воды над гидратом.

§ 3. Методика экспериментальных исследований условий образования и разложения гидратов газов в пористой среде

Как было показано, 4 раза в разное время высказывалось пред­ положение о возможности существования газогидратиых залежей в земной коре, однако не делалось даже попытки доказать, их суще­ ствование или изучить условия их накопления. И только в 1964— 1965 гг. в МИНХпГП им. И. М. Губкина были поставлены специаль­ ные эксперименты [19, 22], целью которых было изучение конкрет­ ных условий образования гидратов в пористой среде с максималь­ ным приближением к реальным условиям, существующим в продук­ тивных пластах.

Методика проведения экспериментов кратко изложена в работах

[22, 40].

Для исследования равновесных условий образования и разложе­ ния гидратов природных газов в пористых средах была создана спе­ циальная установка, принципиальная схема которой приведена

на рис. 86.

Основными узлами установки являются: реакторная камера 1, узел 6 подготовки и подачи газа в реакторную камеру, узел 9 под­ готовки и подачи жидкости в реакторную камеру, узел 7 контроля процесса гидратообразователя.

Давление процесса контролировалось образцовыми манометрами 3, барографом 4 и дифференциальным манометром 2 высокой точности, температура контролировалась малоинерцпониьтми термометрами сопротивления или термопарами. Температурный режим процесса фиксировался термографом 5 и поддерживался с помощью воздушного термостата 10 высокого класса точности системы Feiitron-3001 м ■с поддержкой стабильной температуры в пределах ±0,1СС. Расход газа измерялся объемным расходомером 8. Состав газа и его измене­ ние осуществлялось в газоаналитической лаборатории МИНХиГП на хроматографах.

В качестве реакторной камеры использовались сменные цилинд­ рические газовые камеры объемом от 300 до 980 см3, выполненные из нержавеющей стали. Отношение диаметра и длипы камеры опре­ делялось из условия DIL ^ 7,7-10“ 2. Рабочее давление в камерах

.поддерживалось до 270 кгс/см2.

В качестве пористой среды использовался клинский кварцевый песок различных фракций или естественные керны, отобранные из интервалов продуктивных горизонтов Средне-Вилюйского и Мессояхского месторождений с термодинамическими параметрами, со­ ответствующими условиям гидратообразоваиия.

130

Пористая среда предварительно обрабатывалась ацетоном или раствором соляной кислоты, после чего промывалась дистиллиро­

Для исследований использовалась дистиллированная вода, метай чистоты 99,98 % и природный газ со следующим составом.

При экспериментальном определении условий образования и раз­ ложения гидратов газов в образцах горных пород, насыщенных водой,

•большое значение имеет знание влагонасыщенпостп образца, удель­ ной поверхности контакта газ — вода в порах, толщины водной пленки, радиуса капилляров, качественной характеристики связей поровой воды с вмещающими коллекторами и т. д. В отличие от

•стандартных образцов, используемых в лаборатории физики пласта,

разца) резко замедляется.

Данный метод позволяет определить п количество связанной воды в образце. Кроме того, при использовании данного метода возможно быстрое получение необходимой влажности и типа воды •(свободная, остаточная, связанная) с достаточно высокой точностью.

Огромная удельная поверхность свободного контакта газ — вода в пористой среде позволяет при определении условий начала обра­ зования пли разложения гидрата использовать с достаточно высокой точностью метод контроля давления при изменении температуры. На рис. 87 приведены характерные кривые изменения давления газа при образовании гидратов в пористой среде.

Метод контроля понижения давления позволяет ие только опре­ делить момент начала гидратообразоваиия, но и получить количество ■образовавшегося гидрата. Однако метод контроля понижения давле­ ния пригоден лишь при образовании гидрата в замкнутых камерах. Начало процесса образования гидрата при поддержании в камере

132