|
УДК 553.981.2.061.15 |
|
|
|
© Т. П. Жузе, 1991 |
К теоретическому объяснению ретроградных явлений в пластовых залежах УВ
Т. П. ЖУЗЕ (ИГиРГИ)
Фазовое состояние залежи УВ, как известно, определяет ее тип и способ разработки. Для описания ее состояния обычно используют фазовые диаграммы. Пример довольно распространенного типа такой диаграммы дан на рис. 1 [1]. Он представляет собой разрез диаграммы давление - температура - состав плоскостью постоянного состава. Огибающая диаграмма состоит из двух ветвей: кривой насыщения а и кривой точек росы в. Кривая аКв ограничивает область существования двух фаз. В критической точке К газовая и жидкая фазы становятся тождественными по составу. Внутри ограничивающей кривой аКв располагаются кривые равного содержания жидкой фазы в системе.
Для фазовых диаграмм газоконденсатных систем характерно большое различие между критической температурой системы в точке К и максимальной в точке М, расположенной на огибающей кривой, при которой еще могут существовать две фазы. Эта точка называется крикондентермой. Точка максимального давления N на огибающей кривой (криконденбара) выше критического давления системы в точке К. Для газоконденсатных систем характерно проявление в определенных интервалах температур и давлений аномальных явлений, получивших название ретроградных.
При изотермическом повышении по линии Т2Е (см. рис. 1) система находится в газовом состоянии. При дальнейшем повышении давления по линии ED происходит постепенное увеличение доли жидкой фазы. При продолжении повышения давления по линии DB доля жидкой фазы уменьшается, и в точке В система вновь переходит в однофазовое газовое состояние. Заштрихованная область диаграммы KBMD и является областью ретроградных явлений.
При изобарном повышении температуры по линии P1I (см. рис. 1) смесь находится в однофазовом жидком состоянии. При дальнейшем повышении температуры система переходит в двухфазовое состояние, причем с возрастанием температуры по линии IH доля пара растет, а вдоль линии НК начинает снижаться и в точке G вновь становится жидкостью. Область HGKH называется ретроградной. До сих пор отсутствует теоретическое объяснение ретроградных явлений в газоконденсатных системах. Г.Р. Гуревичем и А.И. Брусиловским [1] отмечается, что обширные исследования ретроградных явлений искусственных и природных газоконденсатных смесей ограничиваются констатацией самого явления и его описанием. В настоящее время не существует строгого теоретически обоснованного объяснения физико-химической сущности ретроградных явлений.
Прежде чем перейти к объяснению этих явлений, напомним, что в основе образования газоконденсатных систем лежит растворимость жидких УВ в сжатых УВГ и СО2. Ретроградные явления в природных газоконденсатных системах в области KBMD (см. рис. 1) обусловливаются, по нашему мнению, характерными особенностями растворимости жидких УВ в газах при постоянной температуре с ростом давления.
На рис. 2 и 3 показаны изотермы растворимости парафиновых и ароматических УВ соответственно в метане в широком интервале давлений [2,4]. Видно, что изотермы состоят из двух ветвей: левая отражает нормальную конденсацию жидких УВ из газа при изотермическом повышении давления, правая свидетельствует об увеличении растворяющей способности метана по отношению к УВ при дальнейшем изотермическом повышении давления.
Качественно указанные закономерности описаны М.X.
Карапетьянцем (1953 г.) уравнением 
где
- мольная доля жидкого УВ i в
газовой фазе, р - давление системы,
- соответственно молярный и парциальный молярный
объемы жидкого УВ i в газовой фазе при данных
температуре и давлении.
При небольших давлениях изотерма снижается, потому что
в этих условиях
. Последующее увеличение давления вызывает замедление
темпа падения растворимости, так как при практически неизменном 
величина 
быстро уменьшается.
При давлении, когда при данной
температуре 
становится
равным 
кривая
проходит через минимум. Дальнейшее повышение давления приводит к увеличению 
так как при больших
давлениях начинают сказываться силы отталкивания между молекулами УВ. Кривая 
поднимается вверх и
потом должна постепенно выполаживаться.
Можно предположить, что интервал ED фазовой диаграммы (см. рис. 1) соответствует выделению в системе жидкой фазы вследствие уменьшения в этом интервале растворимости жидких УВ в газе, а интервал DB - растворению их в газе вследствие увеличения растворимости жидких УВ в газе при дальнейшем повышении давления.
Для объяснения существования второй ретроградной области фазовой диаграммы NGKH (см. рис. 1) рассмотрим изменение хода изобар растворимости газа в жидкости с ростом температуры.
Изобарная растворимость метана в толуоле в постоянном интервале температуры (255,4- 277,6 К) при давлении 10,3 МПа составляет 0,276-0,231 мол. доли, при 20,7-0,411-0,373, при 27,6-0,453-0,438, при 31-0,467-0,474, при 34,5-0,476 - 0,513, при 41,4-0,520-0,590; Ткр = 277,6 К и при критическом давлении системы содержание метана равно 0,826 мол. доли [3].
В интервале давлений 10,3-27,6 МПа рост температуры (255,4-277,6 К) вызывает понижение растворимости метана в толуоле. При более высоких давлениях в том же интервале температур растворимость метана в толуоле возрастает.
Закономерности изменения изобарной растворимости газа в жидкости при повышении температуры позволяют объяснить поведение системы в интервале IH (см. рис. 1) и образование ретроградной области HNGK.
Для более глубокого исследования ретроградных явлений в газоконденсатных системах важно получить экспериментальные данные по изотермической растворимости жидких УВ в сжатых газах и изобарной растворимости газов в жидких УВ различного молекулярного строения и масс.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гуревич Г.Р., Брусиловский А.И. Справочное пособие по расчету фазового состояния и свойств газоконденсатных систем,- М.: Недра,- 1984,-С. 41-42.
2. Жузе Г.П. Сжатые газы как растворители.- М.: Наука.- 1974.
3. Lin Y.N., Hwang S.С., Kobayashi R. Methane-methyl benzene system // J. Chem. Eng. Data.- 1978.- Vol. 23.- P. 231-234.
4. Reamer H.H., Olds R.H., Lacey W.N. Methane-decane system // Ind. Eng, Chem.- 1942.- Vol. 34,- No 12,- P. 1526.
It is known that in the process of exploitation of gas-condensate reservoirs, anomalous phenomena, named retrograde, take place in some intervals of their temperatures and pressures. When the reservoir pressure decreases at a constant temperature, one can observe transition of the hydrocarbon system from a single gas phase to a gas-liquid state. At isobaric decrease in temperature, the system converts from a single liquid phase to two phases. At present, these phenomena are not explained and are usually limited to ascertainment and description. In this article, ihe author assumes that these retrograde phenomena may be explained by a change in the shape of isothermic solubility curve of liquid hydrocarbons in compressed gases with enhancement of pressure, from a decrease of solubility to a rise, as well as by a change in the shape of isobaric solubility curves of gases in liquid hydrocarbons, also from a decrease in solubility to its rise with increased temperature.
Рис. 1. Фазовая диаграмма пластовой системы, состоящей из газовых и жидких УВ
Система в состоянии: J - жидком, A, F - газовом, L- двухфазовом
Рис. 2. Изотермы растворимости парафиновых УВ в метане при 60°С:
1 – н- гексана, 1а - н - гексана (в метане при 70°С), 2 - н - октана, 3 - н - декана
Рис. 3. Изотермы растворимости ароматических УВ в метане при 65°С:
1 - бензола, 2 - толуола, 3 - метаксилола, 4 - ортоксилола