Условия взаиморастворимости углеводородов оторочки с нефтью и газом

Сущность метода заключается в том, что в пласте создается оторочка растворителя, которая проталкивается более дешевым агентом. В качестве агента применяют сухой или жирный газ. Более эффективно процесс протекает при использовании жир­ных газов. Воду для этой цели нагнетать нежелательно в связи с большими потерями легких углеводородов, остающимися в смеси с водой в пласте.

Минимально необходимый объем оторочки — это такой объем, когда при продвижении ее до добывающей скважины оторочка полностью не разрывается. Оставшийся в пласте растворитель можно извлечь газом с отбором тяжелых фракций на газобен­зиновом заводе.

Если оторочка продвигается по пласту газом, то в качестве растворителя обычно используются сжиженные пропан-бутановые смеси и другие более тяжелые углеводороды. Состав рас­творителя необходимо выбрать так, чтобы наблюдалась неогра­ниченная взаимная растворимость оторочки в нефти и газе. При этом условии в пористой среде не образуются границы раздела (мениски) и вытеснение нефти происходит наиболее эффективно. Для осуществления вытеснения нефти оторочкой необходимо выбрать такой состав углеводородов растворителя, при котором они в пластовых условиях находятся в жидком со­стоянии. При вытеснении нефти пропаном или бутаном эти индивидуальные углеводороды будут в пласте в жидком со­стоянии, если пластовая температура ниже их критических тем­ператур, а пластовое давление выше упругости паров этих угле­водородов. Если в качестве оторочки используются смеси углеводородов, то пластовая температура должна быть ниже критической температуры смеси, а пластовое давление — выше давления насыщения системы нефть — углеводородная смесь при пластовой температуре. Один из способов приближенной оценки критических параметров смесей приведен в гл. IV.

Сложнее достигается неограниченная растворимость углево­дородов на границе оторочка — газ. Для этого требуются бо­лее высокие давления, в чем легко убедиться, рассматривая критические кривые смеси метана с различными углеводоро­дами (см. рис. IV.9). Смесь представляет собой гомогенную среду, если ее параметры располагаются на критической кри­вой или выше ее. В области выше критической смесь метана с соответствующим углеводородом находится в гомогенном со­стоянии — жидком или газообразном — в зависимости от тем­пературы и соотношения этих компонентов. Переход из одного состояния в другое в этой области осуществляется без образо­вания поверхностей раздела. Следовательно, если параметры смеси расположены в этой области, то смесь характеризуется взаимной растворимостью метана и выбранного углеводорода. Из рис. IV.9 следует, что, например, при температуре 40 °С не­ограниченная взаимная растворимость метана с пропаном на­ступает при давлении выше 9,2 МПа, метана с бутаном — выше 13,4 МПа, метана с пентаном — выше 17 МПа.

Оторочка растворителя обычно состоит из смеси сжижен­ных углеводородов. Минимальное давление, которое следует поддерживать в каждой точке пласта, чтобы происходило вы­теснение смешивающимися агентами, определяют расчетным путем. Для упрощения состав оторочки рассматривают как один сложный компонент, образующийся в переходной зоне би­нарной смеси метана с этим компонентом. И далее считают, что для системы критические параметры совпадают с максималь­ным давлением и температурой, при которых углеводороды (би­нарная смесь) полностью переходят в однофазное состояние. Считается, что условие смешивания оторочки из сжиженных углеводородных газов с метаном соблюдается, если давление в пласте поддерживается выше критического при пластовой температуре. Как мы уже видели (см. гл. IV), критическую кривую можно построить по расчетным данным. При этом много­компонентная смесь условно считается бинарной (метан и этан + высшие), где второй компонент представляет собой углеводороды оторочки. Критические параметры этой бинарной смеси определяются по критическим свойствам бинарных смесей метана с углеводородами парафинового ряда (см. рис. IV.9). На рис. VIII. 18 показаны критические кривые тройных смесей: метан — н-бутан — декан, метан — этан — н-пентан и смесей природного газа с бутаном для различных соотношений , где х₂ и х₃ — концентрации тяжелых компонентов, входящих в состав второго компонента. На рис. VIII. 18 также приведены критические кривые бинарных смесей метана с ин­дивидуальными углеводородами.

Рис. VIII.18 Критические кривые бинарных и тройных смесей метана с различными углеводородами

А. С. Великовским, Г. С. Степановой и Я. И. Выборновой предложены следующие эмпирические формулы для определе­ния максимального давления критических кривых бинарных смесей метана с углеводородами нормального парафинового ряда и температуры, отвечающей этому давлению:

p_кр.max=0,00353(М₂)²+2,131М₂, (VIII.9)

Т_кр.max=0,683(Т_кр.2+82)0,9936М₂-0,82,

(VIII. 10)

где p_кр.max - максимальное давление критической кривой, Па; М₂ - молекулярная масса нормального парафинового углеводо­рода, составляющего смесь с метаном; Т_кр.max - температура, отвечающая давлению p_кр.max, °C; Т_кр.2 - критическая темпе­ратура нормального парафинового углеводорода, составляю­щего смесь с метаном, °С

При давлении в пласте выше p_кр.max оторочка будет нахо­диться в однофазном состоянии при любой температуре. Если состав оторочки сложный, вместо молекулярной массы М₂ ин­дивидуального компонента необходимо в формулы (VIII.9) и (VIII. 10) подставить значения эквивалентной молекулярной массы тяжелых компонентов М_экв (методику определения М_экв см. в гл IV).

Необходимое давление, при котором наступает вытеснение оторочки метаном в условиях смешивания фаз, может оказаться высоким и неприемлемым для условий воздействия.

Давление в системе, когда нефть будет вытесняться отороч­кой и газом в условиях полного смешивания, можно уменьшить, если растворитель продвигать газом, обогащенным этаном, пропаном и бутаном. При этом задача сводится к опреде­лению необходимого состава нагнетаемого газа и смеси в про­межуточной зоне, для которых пластовая температура и давле­ние критические (критический состав). При выборе такого со­става углеводородов условно принимается, что промежуточная зона, образующаяся оторочкой и вытесняющим ее сжатым газом, в которой доля послед­него изменяется от 0 до 100 %, состоит из двух сложных ком­понентов. Состав каждого из этих компонентов в зоне смеси предполагается постоянным, изменяется лишь количествен­ное соотношение двух компо­нентов в смеси.

Как известно, при измене­нии состава системы сдвига­ются и значения критических ее параметров (см.рис. IV.4). Допустим, что фазовая диа­грамма 1 на рис. VIII.19 отве­чает составу вытесняющего газа, а диаграмма 2 — составу оторочки. Тогда схематическое изменение фазовых диаграмм углеводородов в зависимости от концентрации компонентов в зоне смеси при переходе от ото­рочки к сжатому газу будет характеризоваться промежуточ­ными диаграммами 3, 4, 5 и 6 и соответствующей критической кривой, соединяющей критическую точку К₁, отвечающей со­ставу сжатого газа и К₂ - составу оторочки. С увеличением доли сжатого газа в смеси образуются системы, которые в пластовых условиях будут находиться в газообразном состоянии (диаграммы 5 и 6). С уменьшением доли сжатого газа в смеси возникают системы, которые в пластовых условиях будут нахо­диться в жидком состоянии (диаграмма 4).

Рис. VIII.19. Схема изменения фазо­вой диаграммы при переходе от ото­рочки к сжатому газу

Как следует из рис. VIII.19, при пластовой температуре Т_пл максимальное давление, когда смесь может разделиться на две фазы, будет близким к критическому давлению для смеси с фа­зовой диаграммой 3. Пластовая изотерма — критическая для данной смеси. Следовательно, чтобы происходил процесс вы­теснения, давление в пласте должно быть выше критического давления (точка К₃ на критической кри­вой) при пластовой температуре. (Ранее было упомянуто, что превышение давле­ния перехода системы легких углеводо­родов в однофазную область над крити­ческим составляет не более 2—3 % кри­тического давления. Поэтому считаем условием смешивания фаз превышение пластового давления над критическим). Состав углеводородов вытесняющего газа и оторочки, удовлетворяющий это­му условию, обеспечивает процесс про­движения растворителя в условиях пол­ного смешивания углеводородов. Этот состав находят, задаваясь различными соотношениями d — теку­щей молярной доли сжатого газа в составе углеводородов промежуточной зоны. Далее определяют критические темпера­туры, соответствующие выбранным составам смесей, и в резуль­тате подбирают такой состав, для которого пластовая темпера­тура является критической.

Критическую температуру и критическое давление определя­ются по методике (см. гл. IV).

Рис.VIII.20. Состав тройных смесей на пря­моугольном равнобед­ренном треугольнике

Рассмотрим далее подбор критического состава смеси, со­стоящего из d молей сжатого газа и (l—d) молей оторочки углеводородов, с помощью треугольной диаграммы тройных смесей (рис. VIII.20). По линии АВ откладывается содержа­ние метана в смеси, а по линии АС — промежуточного компо­нента (содержание этана или смеси этана с пропаном). В этих координатах составу смеси отвечает точка D. Отрезок DE или DF характеризует состав остальных компонентов (С₃₊ или С₄₊). Если точка Г соответствует составу сжатого газа, а точка О — оторочки, то прямая ГО отвечает составам промежуточной зоны, где массовая доля сжатого газа изменяется от 0 до 100 %. На этой прямой расположена точка, соответствующая критиче­скому составу смеси при пластовой температуре. Координаты ее можно определить по точкам К' и K", отвечающим критиче­ским составам смесей (метана и компонентов С₂₊, содержащихся в сжатом газе, метана и компонентов С₂₊, содержащихся в оторочке). Прямая К'К" пересекает линию ГО в точке К"', координаты которой соответствуют критическому составу смеси при пластовой температуре. Координаты точек К' и К" можно найти с помощью диаграммы зависимости критической темпе­ратуры от молярного содержания метана в его бинарных сме­сях с углеводородами нормального парафинового ряда, приве­денной на рис. VIII.21. Для определения критического состава смеси (метана и компонентов С₂₊, содержащихся в сжатом газе при пластовой температуре), т. е. для определения координаты точки К", на рис. VIII.21 наносят кривую, соответствующую по­лученному значению молекулярной массы (для этого исполь­зуют интерполяцию). Содержание метана в критической смеси определяют по точке пересечения построенной кривой с изотер­мой, соответствующей пластовой температуре. Так же нахо­дится и критический состав смеси, составленный из метана и компонентов С₂₊, содержащихся в оторочке (т. е. координаты точки К").

Рис. VIIL21. Зависимость крити­ческой температуры от молярного содержания метана в его бинар­ных смесях с углеводородами нор­мального парафинового ряда

Дата добавления: 2014-11-07