Явления обратной конденсации и испарения

Если пар, находящийся в емкости под Р продолжать сжимать, то через некоторое время он становится насыщенным. При дальнейшем ­ Р будет происходить конденсация пара и вследствие этого уменьшение его объема. Когда весь пар перейдет в жидкость, то при дальнейшем повышении давления эта жидкость будет сжиматься на такую ничтожную величину, что ею часто можно пренебречь. ­Р способствует конденсации. ¯Р, - испарению. Это - прямые процессы. Но в зоне высоких Р и при других определенных условиях происходят обратные процессы. При ­ Р происходят испарение, при ¯Р - конденсация. Это обратные процессы. Месторождения, образовавшиеся в результате таких обратных процессов - ГКМ. Существование ГКМ объясняется тем, что углеводородные смеси при Р с 3—4 МПа, перестают подчиняться законам упругости паров и равновесных соотношений.

Константы равновесия углеводородов с ­Р также ­, т. е. жидкости становятся более летучими. В результате смесь может оказаться в газообразном состоянии. Все это происходит при t>t_кр.

Диаграмма Р и t для двухкомпонентой системы. t_кр – кривая точек кипения; t_тр – кривая точек росы. В области, расположенной выше температуры, соответствующей точке С_R, существование жидкой фазы данной смеси невозможно. Точку С_R, обычно называют точкой критической температуры конденсации, а точку С_Х - критической температурой многокомпонентной смеси. Обычно в этой точке в двухфазное состояние из этой смеси переходит примерно 50% жидкости. Для чистого же компонента в точке С_R, состояние жидкой фазы предельное. Выше этой точки жидкость переходит в пар. Этим различаются критические температуры смеси и чистого компонента. Рассмотрим 2 варианта изменения состояния смеси с ¯ Р: первый - при температуре ниже критической в точке С_Х, а второй - выше нее, но ниже С_R. Изменение состояния смеси по линии abc при температуре t₁<t_кр.см. В точке а существует одна жидкая фаза. Снижение в интервале аb не вызывает образования паровой фазы. В точке b начинается испарение. Линия NbC_Х является линией кипения или испарения. Количество паровой фазы по мере ¯ P будет ­. В данном случае процесс проходит обычным путем, т. е. это прямой процесс испарения при ¯ P над смесью. 2. Изменение состояния смеси по линии efdh при температуре t₂, линия efdh расположена между критическими температурами, т. е. t_кр.см<t₂<t_кон.см В точке е существует только газовая фаза, сохраняющаяся и при ¯ P в интервале еf. В точке f появляется жидкость (кривая C_ХfC_RhO - кривая конденсации или точек росы). При дальнейшем ¯ P ниже точки f количество жидкости будет ­, но только до известного предела (до точки d), а затем ¯, и в точке h будет опять только газовая фаза. В данном случае в интервале fd наблюдается явление обратной конденсации - образование конденсата при ¯ P. В интервале dh протекает прямой процесс - испарение жидкости при ¯ Р. Если процесс вести снизу, то в этом интервале будет также прямой процесс - образование конденсата при повышении давления, а в интервале df - обратный процесс, т. е. испарение жидкости при повышении давления. Процесс обратной конденсации или испарения может протекать только в зоне между критической температурой данной смеси и критической температурой ее конденсации, т. е. от t_кр.см до t_кон.см (между точками С_Х и С_R). Рассмотрим изотермы конденсации для трех t°. Каждой изотерме соответствует определенное Р, при котором образуется max количество конденсата. Это Р max конденсации. При более низкой t° получается значительно > конденсата. Для получения большего количества конденсата при эксплуатации ГКМ газ охлаждают.

4. Эффект Джоуля – Томсона…..

Дросселировани е – расширение газа при прохождении через так называемый дроссель – местное гидравлическое сопротивление (вентиль, кран, сужение трубопровода и т.п.), сопровождающееся изменением температуры. Этот термодинамический процесс характеризуется постоянством энтальпии (Н = const).

ЭФФЕКТОМ ДЖОУЛЯ - ТОМСОНА называется изменение температуры реального газа в процессе его расширения. При охлаждении газа эффект считается положительным, при нагревании его - отрицательным.

Если во время расширения газа не совершается работа и не подводится и не отводится тепло, то этот процесс происходит при постоянной энтальпии. Однако изменение потенциальной энергии взаимодействия молекул реального газа с изменением расстояний между ними приводит к изменению кинетической энергии хаотического теплового движения молекул, т. е. к изменению температуры газа. Расширение газа без изменения количества теплоты происходит при постоянной энтальпии Н. Изменение температуры при снижении давления на 0,1 МПа (1 кгс/см²) называется коэффициентом Джоуля - Томсона. Этот коэффициент изменяется в широких пределах и может иметь положительный или отрицательный знак. Дифференциальный эффект коэффициента Джоуля - Томсона, выражающийся через абсолютные параметры состояния газа,

(1.11)

т. е. коэффициент Джоуля - Томсона равен частной производной от температуры по объему при постоянной внутренней энергии. Изменение температуры газа в процессе изоэнтальпийного расширения при значительном перепаде давления на дросселе называется интегральным дроссель эффектом. Это изменение определяется из соотношения следующего вида:

(1.12)

или из энтальпийных диаграмм.

Интегральный коэффициент Джоуля-Томсона для природного газа изменяется в пределах от 2 до 4 в зависимости от состава газа, падения давления и начальной температуры газа. Для приближенных расчетов среднее значение коэффициента Джоуля - Томсона принимают равным 3 . У жидкостей μ_i <0, поэтому при дросселировании они нагреваются. Для наибольшего снижения температуры газа в штуцере необходимо производить удаление жидкости из газового потока до его поступления в штуцер. Интегральный коэффициент Джоуля – Томсона для нефти изменяется в пределах от 0,4 до 0,6 а для воды он составляет 0,235 .

5. Газовые скважины. Требования к конструкции скважин и выбор диаметра эксплуатационной…

Оборудованием газовой скважины называют все те части её конструкции, которые обеспечивают возможность эксплуатации, испытания и исследования скважины. Оборудование скважины подразделяется на наземное и подземное. Конструкция скважины должна обеспечить надежные условия её эксплуатации в течение всего срока работы скважины. Оборудование ствола скважины состоит из ряда обсадных колонн, включая, кондуктор, промежуточную и эксплуатационную колонны; фонтанных (насосно-компрессорных) труб; пакеров, забойных и устьевых штуцеров, клапанов-отсекателей и т.д. Конструкция скважина должна обеспечивать: - доведение скважины до проектной глубины; - осуществление заданных способов вскрытия продуктивных горизонтов и методов их эксплуатации; - предотвращение осложнений в процессе бурения и эксплуатации; - ремонт скважины; - выполнение исследовательских работ; - минимум затрат на строительство скважины, как законченного объекта в целом. Выбор диаметров эксплуатационных колонн и фонтанных труб:

При определении диаметров применяемых обсадных колонн исходят из выбранного диаметра эксплуатационной колонны, который рассчитывают с учетом условий максимального использования пластовой энергии, оптимизации технологии добычи, обеспечения полного извлечения компонентов пластовых флюидов, возможности проведения геофизических исследований при минимальных капиталовложениях в разработку месторождения. В разведочных скважинах (поискового характера) этот диаметр определяют с учетом условий получения полной геологической информации по керновому материалу, данных геофизических и гидродинамических исследований и испытателей пластов.

Диаметры эксплуатационных колонн нагнетательных и добывающих скважин должны быть рассчитаны на эксплуатационные нагрузки, которые возникают в процессе освоения, нагнетания рабочего агента или отбора пластового флюида. При выборе диаметра и компоновки обсадных труб по прочности следует исходить из анализа факторов, которые вызывают максимальные избыточные наружные и внутренние давления. Герметические и прочностные характеристики обсадных колонн должны обеспечивать надежную герметизацию и сохранение целостности ствола при возникновении любой возможной ситуа­ции взаимодействия с пластовыми флюидами с учетом температурных напряжений.

В настоящее время предложено несколько методик выбора диаметров эксплуатационных колонн газовых скважин, которые основываются на следующих принципах:

- максимальное использование пластовой энергии, обеспечение полного извлечения всех полезных компонентов пластовых флюидов;

- оптимизация технологии добычи,

-минимальные капиталовложения в разработку месторождения.

Определение диаметра фонтанных труб газовой скважины:

Методика определения диаметра фонтанных труб, обеспечивающих вынос твердых и жидких частиц с забоя скважины, основана на теории движения газожидкостных смесей по вертикальным трубам и условии, что газовые скважины работают с бесконечно большим газовым фактором. При этом частицы породы находятся в жидкости и выносятся вместе с ней. При эксплуатации газоконденсатных скважин жидкие углеводороды, выделяясь из газа, создают в колонне двухфазный поток. Если скорости движения смеси незначительные, в скважине, накапливается столб жидкости, создавая дополнительное сопротивление и снижая дебит. В этих условиях газоконденсатная скважина должна эксплуатироваться с минимально допустимым дебитом, обеспечивающим вынос конденсата на поверхность. Дебит определяют по формуле:

где Q—минимально допустимый дебит, тыс. м³/сут; D—диаметр колонны, мм; Р_заб — абсолютное забойное давление, МПа; m -молекулярная масса газа; Т_заб— абсолютная забойная температура, К.

При заданном давлении на устье Р_у диаметр фонтанных труб определяют по формуле:

где λ - коэффициент гидравлического сопротивления трению; Q_мд—максимально допустимый дебит газа, тыс. м³/сут; Т_ср - средняя температура в стволе скважины, К; Р_заб и Р_ус - соответственно забойное и устьевое давления, МПа