Физика пласта: Курс лекций по одноименной дисциплине, страница 26

В зависимости от состава, давления и температуры углеводороды могут находиться в газообразном, жидком или смешанном, а также в твердом состоянии. Сверху нефтяного месторождения находится газовая шапка, в которой растворено некоторое количество легких углеводородов. Часть газа растворено в нефти, а при определенных условиях, весь газ может полностью быть растворенным в нефти. Залежи углеводородов подразделяются на газовые, газоконденсатные, нефтяные и газогидратные. В газогидратных залежах газ соединяется с водой, образуя твердое состояние. Такие залежи приурочены к районам вечной мерзлоты. В газоконденсатных залежах смесь углеводородов находится в газообразном состоянии, т.е. выше критических точек давления и температуры, при которых жидкая и газообразная фазы одинаковы по свойствам. Плотность газоконденсата 0,6 – 0,82 г/см ³. При снижении пластового давления из газоконденсата выпадают углеводороды в виде жидкости, что отрицательно влияет на технологию добычи нефти.

Фазовые превращения. 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 (рисунок 4.1а), находясь в жидком, газовом или двухфазовом состоянии.

Зависимость объема углеводородов от давления и температуры имеет критическую точку С –  точка росы или конденсации. В точке С  кривые области парообразования (левая) и конденсации (правая) сливаются. Каждая из кривых изменения объема углеводородов от давления и температуры имеет три участка. Левая часть соответствует жидкой фазе, правая – газовой, а центральный горизонтальный участок – двухфазовой газожидкостной области. С приближением газовой или жидкой фазы к критической точке свойства фаз становятся одинаковыми, между ними исчезает поверхность раздела. Кривые, проходящие выше критической точки С, характеризуют состояние непрерывного изменения свойств углеводородов без разделения на жидкую и газовую фазы, поверхность раздела между ними исчезает и плотность среды непрерывно плавно изменяется.

Рисунок 4.1 –  Диаграммы фазового состояния этана

Характерно постоянство давления в двухфазовой области до полного превращения газа в жидкость или жидкости в газ (рисунок 4.1а). Обе фазы присутствуют в системе при данной температуре, если давление равно упругости насыщенного пара этой жидкости.

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 (рисунок 4.1.б) 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 F. Так по указанной цепочке происходит непрерывное изменение свойств газа, и вещество приобретает свойства жидкости.

Если система многокомпонентная, то она подчинена более сложным зависимостям.

Многокомпонентные углеводородные системыимеют, подобные на однокомпонентную, зависимости фазового состояния в области жидкой и газовой фаз. Имеются отличия в зоне двухкомпонентного состояния. Здесь давление не остается постоянным. В точке кипения оно выше, чем в точке начала конденсации (рисунок 4.2а).