Растворимость газов в нефти.

Известно, что нефть, газ, и вода разделяются в залежах и распределяются по структуре, как правило, в соответствии с удельным весом. Однако нефть и газ не при любых условиях могут существовать в пласте раздельно. Это определяется относительным содержанием газа в пласте, давлением, температурой и растворимостью газов в нефти.

Все важнейшие свойства нефти зависят от количества растворенного в ней газа. Это вязкость, сжимаемость, плотность, термическое расширение и др.

Газонасыщенность нефтей при различных давлениях и температурах определяется обычно экспериментально (термодинамические расчеты очень сложны).

При небольших давлении и температуре растворимость газа в нефти подчиняется закону Генри:

, (2.2.1)

т.е. количество газа V_r, растворенного при данной температуре в объеме жидкости V_ж, пропорционально давлению р газа над поверхностью жидкости;

(2.2.2)

коэффициент растворимости газа = (4¸5)10^-5 Па^-1.

В реальных газах коэффициент растворимости зависит, кроме давления и температуры (чем выше температура, тем углеводородный газ хуже растворяется), от природы газа и жидкости, их состава и других факторов. Так, разные компоненты нефтяного газа обладают различной растворимостью, причем с увеличением молекулярного веса газа коэффициент растворимости возрастает. Особенно плохо растворяется азот (рис. 2.2.1).

 

Рис.2.2.1. Изотермы растворимости газа в

различных нефтях (Т, С, Р, Н) при температуре 50⁰С.

 

 

Из рис.2.2.1 видно, что, чем менее растворим газ (N_2,, CH₄), тем лучше выполняется закон Генри. В высокомолекулярных газах при больших давлениях происходит обратное испарение компонентов нефти в сжатый газ. Растворимость газа зависит также от свойств нефти, в которой он растворяется: чем больше содержится в нефти парафиновых углеводородов, тем лучше растворимость газов, а повышение содержания ароматических углеводородов уменьшает растворимость. Но, как видно из рисунка на процесс растворения газа в нефти в большей степени влияет все же состав газа, чем состав нефти.

Кроме того, количество растворяющегося или выделяющегося газа зависит от характера процесса:

1) контактный процесс (одноступенчатый) – при котором весь выделившийся газ находится в контакте с нефтью;

2) дифференциальный процесс – выделяющийся газ непрерывно отводится из системы;

3) ступенчатый (многократный) процесс – по мере снижения давления выделившийся газ отводится из системы и замеряется порциями.

Количественно процесс разгазирования характеризуют коэффициентом разгазирования – количеством газа, выделяющегося из единицы объема нефти при снижении давления на единицу, графически – кривыми разгазирования (рис.2.2.2). Вводится также понятие газонасыщенности нефти (объемное количество растворенного в нефти газа при фиксированных давлении и температуре). Типичные изотермы газонасыщенности приведены на рис. 2.2.3.

 

Рис. 2.2.2. Кривые разгазирования нефти при разной температуре и плотности нефти ρ;:

1 – 20⁰С, ρ=809 кг/м³;

2 – 100⁰С, ρ=809 кг/м³;

3 – 105⁰С, ρ=824 кг/м³

 

Рис. 2.2.3. Изотермы растворимости газа в нефти:

1 – 70⁰С; 2 – 95⁰С; 3 – 127⁰С.

Кажущийся удельный объем растворенного газа. Это понятие введено в рассмотрение ввиду специфических эффектов, которые происходят при растворении газа в нефти. Оказалось, что приращение объема жидкости не соответствует истинному объему растворенного в ней газа. Оно всегда меньше объема газа, зависит от количества растворенного газа, свойств газа и жидкости, давления и температуры, и связано это с силами межмолекулярного взаимодействия молекул газа и жидкости, в результате чего молекулы газа оказываются как бы внутри молекул нефти. Последние, как известно, имеют весьма сложную пространственную структуру вплоть до образования целых кластеров.

Кажущийся удельный объем растворенного газа характеризуется отношением приращенного объема жидкости V_ж при растворении в ней 1 кг газа:

, (2.2.3)

где V -приращение объема жидкости при растворении в ней газа, М_Г - масса растворенного газа