Учебное пособие по одноименному курсу для студентов специальности 1-51 02 02 «Разработка нефтяных и газовых месторождений»

Тема 7. Основные эксплуатационные характеристики залежей нефти


7.1 Термобарическая характеристика залежи. Влияние начальных температуры и давления в залежи и состава УВ на возможный ход разработки.
В процессе разработки месторождений в пласте изменяется давление, температура, соотношение объемов нефти и газа, температура, что сопровождается переходом углеводородов из одной фазы в другую. В стволе скважины при передвижении нефти давление быстро меняется, из нефти выделяется большое количество газа и других компонентов (парафина, смол, серы и др.). Для дальнейшей транспортировки нефти к потребителю извлекают максимально возможное количество газовой фазы. Углеводородные газы изменяют объем в зависимости от температуры и давления, находясь в жидком, газовом или двухфазовом состоянии.
Фазовые превращения углеводородов представляются также в координатах «давление – температура». Для однокомпонентной системы кривая точек парообразования и конденсации сливаются, заканчиваясь критической точкой С. Эта точка характеризует наивысшие значения температуры и давления, при которых еще могут существовать две фазы одновременно. Анализируемая зависимость показывает, что одну фазу углеводорода можно перевести в другую, минуя двухфазное состояние, что иллюстрируется графиком (рис.7.1.) по линиям АВДЕF. От точки А газ нагревают до температуры точки В, увеличивают давление до точки Д, затем снижают температуру до точки Е и понижают давление до точки F. Так по указанной цепочке происходит непрерывное изменение свойств газа и вещество приобретает свойства жидкости. Если система многокомпонентная, то она подчинена более сложным зависимостям.
Рассмотрим рис.7.2. Линии АС₁ и ВС₂ - это кривые упругости паров соответственно более летучего и менее летучего компонентов смеси, оканчивающиеся критическими точками С₁ и С₂ .

Рис.7.1. Диаграмма фазового состояния этана

На диаграмме изображены три области парожидкостного равновесия, соответствующие трем разным составам бинарной смеси. Если в смеси преобладает компонент 1, то зона двухфазного состояния находится внутри области, ограниченной линией А'С'В'. Здесь А'С' - кривая точек кипения, В'С' -кривая точек росы, С' - критическая точка, координаты которой равны критическим давлению и температуре заданной смеси.

Рис.7.2. Фазовая диаграмма "давление-температура" бинарной системы
При увеличении в составе смеси доли компонента 2 область двухфазного существования смещается вправо и расширяется. Ее максимальные размеры обычно достигаются при примерно равном (эквимолярном) содержании компонентов 1 и 2. Этому случаю соответствует изображенная на рис.7.2 область А" С" В", где А"С", В" С" – соответственно кривые точек кипения и росы; С" - критическая точка.
Преобладание в смеси компонента 2 приводит к тому, что область парожидкостного равновесия смещается ближе к кривой упругости паров этого компонента и сужается. Этому случаю на рис. 7.2 соответствует область А‴ С‴ В‴ , где кривые точек кипения и росы изображены линиями А‴ С‴ и В‴ С‴, смыкающимися в критической точке С‴ .
Для любых составов бинарной системы справа от критической изотермы и вне области двухфазного равновесия смесь находится в газовом состоянии. Если температура ниже критической, то вне двухфазной области смесь находится в жидком состоянии.
В предельных случаях, когда доля одного из компонентов становится равной 1, область двухфазного существования переходит в кривую упругости паров этого компонента.
Пунктирная линия - огибающая критических точек бинарных смесей, начинающаяся в критической точке компонента 1 и оканчивающаяся в критической точке компонента 2. С увеличением содержания менее летучего компонента 2 критическая температура смеси непрерывно растет. Иначе ведет себя критическое давление. Оно вначале увеличивается, достигает максимума и затем снижается. Критическая температура смеси всегда больше Т_С1 и меньше Т_С2, а критическое давление смеси может значительно превышать критическое давление как 1 -го, так и 2-го компонентов.
Важное отличие двух- и многокомпонентных систем от чистых веществ заключается в том, что критические давление и температура смеси не являются одновременно максимальными значениями давления и температуры, при которых возможно сосуществование равновесных паровой и жидкой фаз. Это видно на примере фазовых диаграмм трех смесей разного состава (см. рис.7.2).
Максимальное давление, при котором для смеси заданного состава возможно существование парожидкостного равновесия, называется криконденбарой. Максимальная температура, при которой для смеси заданного состава возможно существование парожидкостного равновесия, называется крикондентермой.
В частном случае критическое давление может быть равно криконденбаре, но при этом критическая температура будет меньше крикондентермы (см. рис.7.2, критическая точка С").
Существование крикондентермы и криконденбары связано с обратными (ретроградными) явлениями в околокритической области. Рассмотрим эти явления на диаграммах "давление - температура" при фиксированном составе смеси. Зоны ретроградных явлений будут отличаться в зависимости от того, находится находится ли критическая точка слева или справа от точки на фазовой границе, соответствующей криконденбаре (рис.7.3). Критическая точка обозначена С, a G - точка, соответствующая криконденбаре.



Рис.7.3. Фазовая диаграмма «давление-температура» при
расположении критической точки левее (а) и правее (б) крикондентермы

Рис.7.3,а относится к случаю, когда критическая точка находится слева от точки G . Рассмотрим последовательно два процесса: 1) изобарическое изменение температуры при р_C < р < р_G и 2) изотермическое изменение давления при Т_С < Т < Т_М . Точка М соответствует крикондентерме.

1. Изобарическое изменение температуры при р_C < р < р_G. Пусть