Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 [ 57 ] 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100

Если ввести константы равновесия в уравнения (IV.11), (IV.13) и (IV.15). то они принимают вид:

yi = XiKc, (IV. 18)

i=XiKi; (IV. 19)

1 = 2:- (IV.20)

Из уравнений (IV. 11) и (IV. 17) следует, что коэффициент распределения Kl можно также представить в виде

Поскольку коэффициент распределения К находится экспериментально, очевидно, его можно определить с учетом влияния давления, состава смеси, наличия породы и других факторов на величину давления паров углеводородов, находящихся в смеси. Все зависит от условий опыта при оценке величины Ki. Однако вследствие больших экспериментальных трудностей определения констант распределения с учетом всех факторов, влияющих на их величину, константы равновесия оценивают обычно опытным путем в зависимости лишь от давления и температуры. Поэтому точность расчетов фазовых превращений в промысловых условиях снижается. Особо осторожно результаты расчетов следует использовать для интерпретации процессов, происходящих в пласте, так как константы равновесия обычно определяют без учета влияния породы и других пластовых факторов на фазовое состояние углеводородов. Однако для большого разнообразия условий выделения и растворения газа, например, при движении нефтегазовых смесей по стволу скважины, при выделении газов в сепараторе, при сжатии газовых смесей компрессорами и т. д. полученные опытным путем коэффициенты распределения можно использовать для расчетов фазовых состояний углеводородных смесей.

При расчетах константу равновесия Ki для различных компонентов находят по таблицам и графикам по известным давлению и температуре [21]. Мольные доли различных компонентов легко Определяются, если известны общее количество растворенного в нефти газа (газовый фактор), химический состав газа и относительная молекулярная масса сепарированной нефти. Яа рис. IV. 23 приведены константы равновесий различных углеводородов, составляющих нефть с низкой усадкой. Иа этого рисунка видно, что каждый компонент имеет два значения давления, при которых константы равновесия равны единице: при давлении насыщенных паров компонентов и в точке их схождения справа. Давление, соответствующее этой точке, называется давлением схождения. Если диаграмма составлена при критической температуре смеси, то давление схождения будет критическим. При других температурах схождение будет

лишь кажущимся. По данным Катца кажущееся давление схождения, при котором константы равновесия всех компонентов многих нефтей становятся одинаковыми и равными единице, составляет 35-34,5 МПа (355-350 кгс/см).

При низких давлениях и температурах константы равновесия углеводородов мало зависят от состава смеси.

В реальных условиях в связи с большим разнообразием условий залегания газоконденсатных и нефтегазовых смесей и их состава каждая углеводородная

система характеризуется своими зависимостями констант равновесия от давления и температуры.

Наиболее точно константы равновесия углеводородов конкретных смесей можно определить путем лабораторных исследований, которые представляют модификацию контактного дегазирования углеводородов при пластовой температуре. При этом в пробе давление понижается до определенного уровня. После установления равновесия фаз жидкость и газ под давлением извлекают из сосуда (пресса, бомбы pVT). По результатам химического анализа определяют константы равновесия углеводородов для данных давления и температуры. При анализе следующей пробы давление СЕШжают до другой величины и после установления равновесия вновь извлекают жидкость и газ для анализа, после чего снова рассчитывают константы равновесия для второго значения давлений при пластовой температуре системы и т. д. Лабораторный метод оценки констант равновесия трудоемок, при таком способе затрачивается много средств и много времени.

Предложены и другие методы учета влияния состава смеси на константы равновесия. Один из них состоит в том, что влияние состава смеси на константу равновесия выражается через давление схождения. Как показывают результаты опыта, в смесях с одинаковым давлением схождения независимо от состава смеси данный компонент имеет приблизительно одинаковые константы равновесия при одних и тех же давлениях и температурах. Это позволяет выражать влияние состава на константу равновесия через давление схождения. При равенстве давлений схождения как бы достигается подобие различных углеводородных систем.

йаЬление, кгс/см

Рис. IV. 23. Константы равновесия при t = = 93,3°С для нефтей с низкой усадкой.

1 - метан; 2 - этан; з - пропан; 4 - бутаны; 5 - пентаны; 6 - гексаны; 7 - гептаиы -Ь выспше.

На этом основании задача определения констант равновесия компонентов углеводородной смеси при данной температуре и давлении сводится к определению давления схождения этой смеси при соответствующей температуре. Далее при известном давлении схождения константы равновесия углеводородов определяются по атласу по заданным значениям давления и температуры [53].

Определение давления схождения констант фазового равновесия

углеводородных смесей

Существуют различные методы определения давления схождения углеводородных смесей. Основы одного из них (метод Г. С. Степановой) мы уже рассмотрели в гл. IV. § 4. Он заключается в том, что многокомпонентная смесь рассматривается как бинарная (метан плюс сложный компонент). Давление схождения этой бинарной смеси определяется как критическое давление системы, при котором данная температура является критической.

Как мы уже видели, молекулярная масса нормальных парафиновых углеводородов, составляющих смесь с метаном, определяет расположение огибающей критических точек (см. рис. IV. 13). Для сложных смесей парафиновых, изопарафиновых и нафтеновых углеводородов положение ее определяется по эквивалентной молекулярной массе сложного компонента, которая находится по формуле

Лэкв = 2?,-Л/экв/,

где gi - массовая концентрация i-то компонента в тяжелой части смеси;

-экв I - эквивалентная молекулярная масса этого компонента.

Для нормальных парафиновых углеводородов с молекулярной массой М/ величина Лэкв,- = Mi.

На найденной таким способом огибающей кривой критических точек давление схождения определяется как точка пересечения ее с заданной изотермой.

П р и м е р 1. Определить давление схождения для смеси метан - бутан - декан при температуре 71° С и при соотношении

- = 0,6,

где Xi - мольная доля бутана; - мольная доля декана. Определяем среднюю молекулярную массу смеси без метана.

Ж=0,4 • 58,12 -f 0,6 • 142,28 = 23.25 + 85,37 = 108,62. * Г. С, Степановой,