Файл: Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки.pdf

цией, получаемой при разгонке ИТК, либо в условный компонент объединяют несколько следующих друг за другом узких фракций. В этом случае допустимо принимать за температуру кипения и плотность условного компонента средне­ массовое значение температур кипения и плотностей фракций, образующих данный условный компонент.

Фракции, имеющие температуры кипения ниже, чем компоненты, опреде­ ляемые газовым анализом, не включают в остаток, поскольку они учитываются при балансе компонентов, входящих в глубинную пробу.

Условные компоненты должны охватывать остаток, включая неперегоняемую часть, которую получают путем экстраполяции кривой разгонки. Для каж­ дого условного компонента находят его массовую долю в остатке, равную отно­ шению массы фракций, входящих в данный условный компонент, к массе всех

фракций остатка.

Для каждого условного компонента по его средней температуре кипения и плотности с помощью рис. II.2 находят молекулярную массу. По массовым долям условных компонентов gi и молекулярным массам Mi определяют моляр­

Здесь i меняется от k до п. Полагаем, что значения i от 1 до (k — 1) относятся к идентифицируемым компонентам.

Если общая молярная доля остатка в смеси равна z0ст, то молярная доля i-го условного компонента в системе определяется соотношением

zi = Zqct^oct k.

Разделение остатка на условные компоненты показано ниже.

38

§ 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИНЦИПА ДАВЛЕНИЯ СХОЖДЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТОВ ФАЗОВЫХ РАВНОВЕСИЙ В НЕФТЕГАЗОВЫХ СИСТЕМАХ

Методы расчета фазовых равновесий в нефтегазовых или газоконденсатных системах подразделяются на два типа. Первый исходит из общего условия фазо­ вых равновесий — равенства химических потенциалов компонентов в сосуще­ ствующих фазах. Химические потенциалы определяют с помощью уравнений состояния. Второй тип расчетов основан на эмпирическом принципе давления схождения. Расчеты фазовых равновесий на основе методов первого типа, позволяющих определять химические потенциалы компонентов в газовой и жид­ кой фазах, выполняются с помощью уравнений состояния для смесей углеводо­ родов (уравнения Бенедикта—Вебба—Рубина и Редлиха—Квонга и их много­ численные модификации).

Методы первого типа имеют значительные преимущества перед эмпириче­ скими, поскольку они универсальны и не зависят от особенностей систем, для которых используются. Однако применение уравнений состояния к системам, включающим нефти, затруднено вследствие того, что полных сведений о составе нефтей нет.

В основу рекомендуемых в данном руководстве методов расчета фазовых равновесий положен метод давления схождения, дополненный одной из наи­ более простых закономерностей термодинамики фазовых равновесий — законом Генри для метана и азота.

В методах расчета фазовых равновесий обычно используют величины, назы­ ваемые константами фазового равновесия. Константа фазового равновесия t-ro компонента — отношение молярной доли этого компонента в газовой фазе к его

и если заданы константы равновесия всех п компонентов, то по уравнениям (11.14) можно найти у1 г/2,-..., уп»т. е. определить состав газовой фазы, нахо­ дящейся в фазовом равновесии с жидкой фазой данного состава при данных значениях давления и температуры.

При низких давлениях константа равновесия данного компонента в смесях, содержащих метан и более тяжелые углеводороды, зависит только от темпера­ туры и давления. С увеличением давления на константу равновесия компонента

обладающий некоторыми средними свойствами, присущими истинным компонен­ там.

Наиболее распространенный способ установления состава условного компо­ нента С2 + — его отождествление с совокупностью всех компонентов тяжелее метана, находящихся в жидкой фазе данного равновесного состояния. В каче­ стве характеристики условного компонента С2+ , используемых в расчетах

39

констант равновесия,jb большинстве случаев применяют среднемассовую крити­ ческую температуру Ткр и реже среднемассовую молекулярную массу М:

Здесь mi — массовая доля t-го компонента в жидкой фазе без метана и азота; 7кр£ и Mi — критическая температура и молекулярная масса t-ro компонента; Xi—его молярная доля в жидкой фазе.

Суммирование ведется, начиная с этана, в предположении, что азоту и ме­ тану присвоены первые два порядковых номера. Чем ниже критическая темпе­ ратура компонента С2+ , тем он летучее.

Средняя критическая температура компонента С2+ не используется явно для определения константы равновесия по методу давления схождения. Эта константа определяется величиной, называемой давлением схождения и явля­ ющейся функцией указанной средней критической температуры условного ком­ понента С2+ . Чем меньше эта температура, тем меньше давление схожде­ ния.

Обычно за давление схождения принимают критическое давление при дан­ ной температуре в смеси метана с условным компонентом С2+ .

Критическое состояние — предельное состояние равновесия между жидкой и газовой фазами, в котором обе равновесные фазы становятся идентичными. Для каждой температуры в смеси метана и какого-либо индивидуального жидкого углеводорода существуют определенные концентрация метана и давление, при которых смесь находится в критическом состоянии. С помощью рис. II.4 можно для каждой двойной смеси при заданной температуре определить критическое давление.

Рис. II.4. Зависимость критического давления от температуры для двойных смесей ме­ тана и нормальных парафиновых углеводородо

40

Реальные газонефтяные смеси можно рассматривать как условные двойные, состоящие из метана и второго сложного компонента С2+. Для такой системы решают зависимость между температурой и критическим давлением, аналогич­ ную кривым истинных двойных систем. Согласно экспериментальным данным зависимости между критической температурой и критическим давлением (кри­ тические кривые) в смесях метана с индивидуальными нормальными парафи­ новыми углеводородами закономерно располагаются (см. рис. II.4) одна над другой. Критические кривые метана со сложным компонентомС2+ располагаются подобно критическим кривым метана с истинными компонентами. Эксперимен­ тально установлено, если среднемассовая критическая температура условного сложного компонента совпадает с критической температурой истинного ком­ понента, то приближенно совпадают также критические кривые метана с истин­ ным компонентом и метана с условным компонентом (Vr-

Таким образом, критическое давление в двойных смесях метана с условным тяжелым компонентом или, что то же самое, давление схождения можно найти по рис. II.4, если заданы температура и средняя критическая температура условного компонента.

Так как составы газовой и жидкой фаз в критической точке совпадают, то константы фазового равновесия — см. уравнение (11.14) — всех компонентов в критической точке равны единице. Рассматривая зависимость констант фазо­ вого равновесия от какого-либо параметра, следует учитывать, что при дости­ жении этим параметром значения, соответствующего критическому состоянию, константы фазового равновесия всех компонентов будут равны единице. Это и используется при графической корреляции констант равновесия от давления. При давлении, равном критическому давлению метана в смеси с условным компонентом С2+ (давлению схождения), константы фазового равновесия должны равняться единице. Из общих соображений вытекает также необхо­ димость прохождения через минимум констант равновесия тяжелых компо­ нентов.

При определении давления схождения используют сходство в расположении критических кривых в истинных двойных системах и в условных двойных, со­ стоящих из метана и условного компонента С2+ . Давление схождения устанав­ ливают следующим образом: по уравнению (II.15) находят среднемассовую кри­

тическую температуру условного компонента С2+ в жидкой фазе Г1ф, а по рис. II.4 определяют ее положение между двумя критическими температурами чистых углеводородов. Пусть эти углеводороды будут Ck и С/. На рис. II.4 при

заданной температуре процесса находят критические давления рКрЛ и Ркр/ Для критических кривых метана с углеводородом Сд. и соответственно с углеводо­ родом С/. Искомое давление схождения получают путем линейной интерполя­ ции по среднемассовой критической температуре между температурами Гкр/

и ?кр k'-

Точность определения давления схождения можно повысить, если вычислять не только среднемассовую критическую температуру компонента Са+, но и среднемассовое критическое давление компонента С2+ . Через точки ТКр, рКр компонента С2+ проводят критическую кривую, положение которой подобно положению других критических кривых на рис. II.4. Давление схождения находят по этой кривой, задавая температуру.

Для грубой оценки давления схождения принимают значение критического давления смеси метана и чистого углеводорода, критическая температура кото­ рой на рис. II.4 наиболее близка к критической температуре смеси метана с услов­ ным тяжелым компонентом. При этом давление схождения прямо считывают с рис. II.4, задавая температуру процесса.

Для расчета на ЭВМ давления схождения как функции среднемассовой критической температуры смеси и температуры системы рекомендуется

41