Особенности фазовых превращений газоконденсатных углеводородных систем

Реальные углеводородные системы, типичные для газоконденсатных месторождений, можно иллюстрировать трехком­понентными смесями, подобранными таким образом, чтобы один из компонентов соответствовал сухому газу, другой – промежуточным фракциям, а третий – тяжелому остатку.

Из тройных и многокомпонентных систем хорошо изучены системы метан-пропан-пентан, метан-бутан-декан, бензин и др. В общем, их фазовые характеристики сходны с фазовыми характеристиками бинарных систем, но в то же время имеется и существенное различие. Для бинарных и многокомпонентных систем точка, в которой фазы становятся идентичными, не соответствует ни наивысшему давлению, ни наивысшей температуре, при которой могут существовать обе фазы. Вещество, находящееся в условиях, соответствующих или почти соответствующих критической точке, изменяет свой цвет. Это явление известно под названием критической опалесценции и объясняется, по-видимому, природой сил сцепления молекул, вызывающей рассеяние света. При некотором уменьшении давления от значения, соответствующего критическому, система окрашивается в красновато-коричневый цвет в проходящем свете или в светло-голубой цвет в отраженном свете. В небольших пределах изменения давления окраска некоторое время сохраняется в обеих фазах. Сравнительно более интенсивно окрашены смеси, содержащие высококипящие углеводороды. Интенсивность окраски наибольшая при критической температуре и может еще наблюдаться при тем­пературе, отличающейся от критической на 17 – 22° С.

Критическая точка С (рис.5) находится в месте слияния линий точек росы и точек кипения, ограничивающих двухфазную область системы.

Рис.5. Фазовая диа­грамма многокомпонент­ной смеси

Температура

Как видно из диаграммы, максимальная температура, при которой могут существовать две фазы, называемая крикондентермой Т_м, выше критической температуры. Также и максимальное давление р _м выше критического.

В системе, фазовое состояние которой показано на рис.5, могут происходить обратные испарение и конденсация.

На диаграмме можно выделить две такие области: заштрихованная часть выше прямой АС и заштрихованная часть правее прямой СВ. В самом деле, если мы при каком-то произвольном давлении р, выбранном в пределах р_с≤р≤р_м, будем повышать температуру системы, то появится газовая фаза. Мы будем наблюдать прямое испарение. Однако при дальнейшем повышении температуры (в заштрихованной области) газовая фаза будет уменьшаться, т. е. будет происходить обратная конденсация до тех пор, пока часть газа не перейдет в жидкое состояние. Аналогичная картина наблюдается при уменьшении давления при произвольной температуре в пределах Т_с≤t₁≤T_м. При снижении давления в газовой фазе появляется жидкость, причем содержание ее сначала увеличивается (заштрихованная область), а затем умень­шается. Т. о., в многокомпонентных углеводородных системах при изменении температуры в интервале давлений от р_с до р_м и при изменении давления в интервале температур от Тс до Тм происходит обратная конденсация или обратное испарение. Такие явления впервые исследовал Куенен и назвал их ретроградными.

При разработке газоконденсатных месторождений ретроградные явления наблюдаются при снижении давления (область правее СВ на рис.5). В процессе разработки залежи температура в ней меняется по сравнению с изменением давления несущественно.

При исследовании фазового состояния УВ-х систем ГК-х месторождений обычно проводят соответствующие эксперименты в бомбе высокого давления. Исходные данные берут по результатам анализа продукции газоконденсатных скважин. Очевидно, для исследования начального состояния системы необ­ходимо знать результаты анализа продукции скважин в начальной стадии эксплуатации залежи.