Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 [ 15 ] 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70

дами, содержатся газ 2, нефть 3 и вода 4. Под действием силы тяжести нефть, газ и вода разделяются, причем газ, как более легкое вещество, занимает повышенную часть структуры, нефть - среднюю ее часть, а вода - самую нижнюю.

Нефть и газ не при любых условиях могут существовать в пласте раздельно. Это определяется относительным содержанием газа в пласте (отношением, например, веса газа к весу нефти в пласте), растворимостью газа в нефти, давлением и температурой в пласте. Разделение пластовых углеводородов на нефть и газ может быть условным. Пластовые углеводороды в залежах представляют собой системы, в которых при различных температурах могут изменяться не только относительные содержания газовой фазы в нефтях, но и происходить более сложные превращения. Состояния таких систем будут рассмотрены ниже. Здесь же пока будем основываться на приближенном представлении пластовой нефти как смеси, состоящей из двух компонентов - жидкой нефти и растворяющегося в ней газа.

Пусть имеем недеформирующийся сосуд со свободно движущимся поршнем (рис. 25). В сосуде под поршнем находится нефть с растворенным в ней газом при начальном давлении ро. Сосуд содержится при неизменной температуре. Подвинем поршень несколько вверх, как это показано на рис. 25, а. Нефть займет больший объем, и давление под поршнем станет Pi<Cpo. Если продолжать снижать давление в нефти, то она не останется однофазной жидкостью - при давлении р = р„ шз нефти начнут выделяться пузырьки газа (рис. 25, б). При дальнейшем уменьшении давления первоначальная нефть разделится на нефть и газ (рис. 25, в).

При движении поршня вниз давление в цилиндре начнет увеличиваться и газ будет растворяться в нефти.

Давление при котором из нефти начинает выделяться растворенный в ней газ, называется давлением насыщения.

Описанный выше процесс выделения газа из нефти используется при определении давления насыщения нефтей. При этом, помещая пластовую нефть в бомбу высокого давления, измеряют объем нефти вместе с растворенным в ней газом в зависимости от давления. Когда газ полностью растворен в нефти, изменение ее объема V происходит в соответствии с законом сжимаемости жидкой фазы (рис. 26, линия 1). При выделении же газа из раствора изменение давления в в бомбе будет происходить соответственно сжимаемости системы нефть - газ (см. рис. 26, линия 2). Эта система обладает более высокой сжимаемостью, чем жидкая нефть, и поэтому наклон линии 2 в координатах р, V к оси V меньше, чем наклон линии 1. Точка пересечения этих линий, которые можно в определенном диапазоне изменения давления считать прямыми, соответствует давлению насыщения. В примере, показанном на рис. 26, давление насыщения равно 1,42-10Па (142 нгс/см).

Описанное выше представление сложной углеводородной смеси, какой является нефть в виде условной двухко»шонентной смеси,

состоящей из нефти - первого «компонента» и газа - второго «компонента», дает удовлетворительные результаты в целом ряде инженерных расчетов. Аналогично представляются также природные газоконденсатные смеси в виде условных двухкомпонентных смесей из «газа» и «конденсата». Для такой смеси определяются термодинамические зависимости, например зависимости количества выделяющегося (выпадающего) из смеси конденсата от давления и температуры. Конечно, и в этом случае «газ» и «конденсат» представляют собой сложную совокупность отдельных углеводородов, по в ряде практических случаев оказывается возможным не учитывать полный компонентный состав этой смеси. В других же случаях необходимо более полно учитывать компонентный состав смеси. Следует, однако, отметить, что полный учет компонентного состава углеводородов в расчетах разработки реальных месторождений является весьма трудоемким, поэтому обычно и ограничиваются представлениями реальных смесей в виде условных смесей, состоящих из двух или трех компонентов, фактически включающих в себя многие углеводороды.

В расчетах, связанных с разработкой месторождений углеводородов, чаще всего рассматриваются простые изменения физического состояния веществ, такие как выделение газа из нефти, выпадение конденсата из газа и т. д. В связи с разработкой более глубоко залегающих месторождений нефти и газа и применением новых методов разработки появляется необходимость знать поведение веществ в более широком диапазоне изменения условий.

Рассмотрению состояния многокомпонентных веществ посвящен следующий параграф.

р, кгс/см 180

160 150

130 120

Рпс. 26. Зависимость р от V:

1 - жидкая фаза; 8 - двухфазная смесь (нефть и газ); 3 - экспериментальные точки

§ 3. рУТ-СООТНОШЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМ

Наука о веществе основывается па современых знаниях об атомах - мельчайших частицах элементов и молекулах - мельчайших частицах химических соединений. Атомы имеют размер порядка 10~* см (одного ангстрема). Крупные молекулы, содержащие тысячи атомов, имеют размер около 10"см.

Характер движения молекул и атомов, их взаимодействие определяют, в каком агрегатном состоянии находится вещество - в твердом, жидком или газообразном.

Молекулы могут совершать поступательное, вращательное и колебательное движение. Если вещество находится в газообразном или жидком состоянии, то возможны все три вида этих движений. Если же вещество затвердевает, преобладающей формой движения молекул и атомов становятся колебания.

При изучении состояния вещества стремятся найти взаимосвязь между давлением, при котором находится вещество, его плотностью и температурой. Если обозначить давление р, плотность р, а обратную ей величину - удельный объем вещества V и температуру Т, то состояние вещества будет характеризоваться соотношением р, V ж Т или, как принято в термодинамике, /jFr-cooTHomeHneM.

Наиболее просто это соотношение выглядит для состояния вещества, при котором молекулы совершают поступательное движение в период между столкновениями друг с другом, а межмолекулярные силы заметно не проявляются. Такое состояние вещества характерно для достаточно разреженных газов. Вещество, находящееся в этом состоянии, называют идеальным газом.

Представление об идеальном газе, несмотря на его упрощенность, с успехом используется в расчетах движения природных газов как в нефтегазоносных пластах, так и в трубах.

pVT - соотношение идеального газа получается из кинетической теории газов. В этой теории рассматривается идеальный газ, помещенный в замкнутый сосуд объемом V. Давление газа, действующее на стенки сосуда, возникает в результате ударов молекул газа о стенки.

Пусть средняя скорость молекул газа равна Ум- Согласно кинетической теории газов,

MoN (3.1)

Р- 3V

где - масса одной молекулы; N - число молекул в объеме газа V.

Кинетическая энергия всех молекул, заключенных в замкнутом объеме V, составляет

Из (3.1) и (3.2) получаем

E,NM,~. (3.2)

PV = E,. (3.3)

Для газа, молекулы которого совершают только поступательное движение, принимается следующее выражение для кинетической энергии:

E.RT (3.4)

где Т - абсолютная температура; R - газовая постоянная. 52