Материал: Физика пласта. учебное пособие. Булыгин Ю.А
давления и температуры. Т.е. в силу неидеальности многокомпонентных систем возможно существование двух фаз при t и p выше критических величин.
Явления существования двух фаз при изотермическом или изобарическом расширении (сжатии) смеси в области выше критических температур и давлений называются ретроградными явлениями или процессами обратного испарения и конденсации.
Изотермические ретроградные явления происходят только при температурах выше критической и ниже максимальной двухфазной температуры.
Изобарические процессы испарения и конденсации наблюдаются между критическим и максимальным двухфазным давлением.
Такие явления характерны для газоконденсатных месторождений, имеющих высокие пластовые температуры и давления.
Степень насыщения газоконденсатной залежи высококипящими углеводородами (конденсатом) определяется величиной газоконденсатного фактора. По аналогии с газовым фактором Г0 для нефтяных месторождений понятие газоконденсатный фактор К0 применяется для конденсатных залежей и представляет собой отношение количества (дебита) газа в м3 к количеству стабильного конденсата в м3. Величина, обратная газоконденсатному фактору, называется выход конденсата.
Нефть и конденсат, полученные непосредственно на промысле при данных температурах и давлениях, называются сырыми.
Нефть и конденсат, прошедшие процессы дегазации (сепарации), стабилизации при стандартных условиях, называются стабильными.
100
11.1. Фазовые переходы в нефти, газе и воде
Равновесие фаз характеризуется константой равновесия, которая зависит от температуры и давления.
Константа равновесия i-го компонента
характеризуется отношением молярной доли компонента в газовой фазе νyi к молярной доле этого компонента в жидкой фазе νxi, находящейся в равновесном состоянии с газовой фазой:
kpi |
|
yi |
. |
|
|||
|
|
xi |
|
Для определения равновесного состояния газожидкостных смесей используются законы Дальтона (Джон Дальтон, британский химик, 1766 – 1844 г.ж.):
n
p pi
i 1
и Рауля (Франсуа Мари Рауль, французский химик и физик, 1830 – 1901 г.ж.):
pi xi Qi или |
pi xi pi нас.пара , |
где Qi – упругость паров компонента; νxi – молярная доля компонента;
pi нас.пара – давление насыщенного пара i-го компонента.
В момент равновесия давление i-го компонента в газовой фазе равно парциальному давлению компонента над жидкостью. И это описывается законом Дальтона-Рауля для равновесного состояния газовой и нефтяной фазы:
101
yi p xi Qi ;
Qi yi const kpi .
Оценить состав газовой νyi и жидкой νxi фаз можно на основе уравнения материального баланса, записанного для одного моля нефтегазовой смеси νzi:
zi xi L yi V xi L kpi xi V ,
где L – молярная доля жидкой фазы; V – молярная доля паровой фазы;
νzi – молярные доли компонентов в нефтегазовой
смеси.
По условию сумма молярной доли жидкой и паровой фаз равна единице. Отсюда
|
|
V 1 L. |
|
|
Отсюда получим выражение для молярной доли |
||||
компонента жидкой фазы: |
|
|
|
|
xi |
|
zi |
; |
|
L (1 L) kpi |
||||
|
|
|
||
для молярной доли компонента газовой фазы:
zikpi
yi 1 V(kpi 1) .
102
11.2. Поверхностно-молекулярные свойства системы
Нефтяной пласт представляет собой залежь осадочных пород в виде тела с огромным скоплением капиллярных каналов и трещин, поверхность которых очень велика. Поэтому закономерности движения нефти в пласте и её вытеснения из пористой среды зависят также и от свойств пограничных слоёв соприкасающихся фаз и процессов, происходящих на поверхности контакта нефти, газа и воды с породой.
На формирование залежей углеводородов оказывает влияние количество остаточной воды в залежи (остаточная водонасыщенность Sв) и природа поверхности горной породы. Гидрофильность – способность вещества смачиваться водой и гидрофобность – способность вещества не смачиваться водой.
Физико-химические свойства поверхностей раздела фаз и закономерности их взаимодействия характеризуются рядом показателей.
Поверхностное натяжение σ – избыток свободной энергии, сосредоточенной на 1 см2 площади поверхностного слоя на границе раздела двух фаз:
E S ,
где σ – поверхностное натяжение;
S – суммарная поверхность двух фаз.
Сила поверхностного натяжения – это сила,
действующая на единицу длины периметра взаимодействия двух фаз (линию смачивания):
F l ,
где l – линия смачивания.
103
Работа поверхностного натяжения – это работа образования 1 см2 новой поверхности в новых условиях:
A S .
Если σ на границе раздела между двумя жидкостями, газом и жидкостью можно измерить, то σ на границе раздела порода-жидкость и порода-газ измерить можно только косвенно через изучение поверхностных явлений.
Смачиванием называется совокупность явлений на границе соприкосновения трех фаз, одна из которых обычно является твёрдым телом, а две другие – несмешиваемые жидкости или жидкость и газ.
Интенсивность смачивания характеризуется величиной краевого угла смачивания θ, образованного поверхностью твёрдого тела с касательной, проведенной к поверхности жидкости из точки её соприкосновения с поверхностью.
Рис. 11.3. Краевой угол [3]
Краевой угол θ измеряется в сторону более полярной фазы (в данном случае в сторону воды). Принято условно обозначать цифрой 1 водную фазу, 2 – углеводородную жидкость или газ, 3 – твёрдое тело.
104