Лекция 8 Растворимость газов в нефти

От количества растворенного в нефти газа зависят все ее важнейшие свойства: вязкость, сжимаемость, термическое расширение, плотность и т.д.

Сложный состав нефти и значительные пределы изменения пластовых давлений и температур затрудняют применение уравнений термодинамики для расчетов газонасыщенности нефти при высоких давлениях. Поэтому газонасыщенность нефтей в различных термобарических условиях определяют экспериментальным путем.

При низких давлениях и температурах растворимость газов в нефти практически подчиняется закону Генри. То есть, количество газа, растворенного при данной температуре в единице объема жидкости, пропорционально давлению газа над поверхностью

, (1)

где - коэффициент растворимости газа.

; ; (2)

Коэффициент растворимости реальных газов не является постоянной величиной и зависит от рода жидкости и газа, от давления, температуры и от других факторов, которые присущи растворам газа в жидкости и связанным с общим отклонением реальных газов от идеальных.

При исследовании теоретических вопросов растворимости газов закон Генри записывается через мольные концентрации газа в растворе

где - мольная концентрация газа в растворе.

- число молей жидкой и газовой фаз в системе.

Получение зависимостей концентрации газа в жидкости от давления затрудняется не только вследствие отклонения реальных газов от законов идеального, но и потому, что в растворе реальный газ приобретает специфические свойства. Внешним выражением этих свойств является увеличение объема раствора при введении в него газа. Повышение объема влияет на концентрацию газа в жидкости. Приращение объема раствора определяется количеством растворенного газа, свойствами жидкости и газа, температурой и давлением. Увеличение объема жидкости обычно характеризуют величиной кажущегося удельного объема растворенного газа в жидкой фазе.

Смысл понятия “кажущийся” заключается в том, что приращение объема жидкости не представляет собой истинного объема растворенного в ней газа, а есть результат взаимодействия молекулярных сил растворенного газа и жидкости. В химической термодинамике величину называют парциальным мольным объемом.

Зависимость коэффициента растворимости от давления и температуры определяется соотношением

(3)

т.е., с увеличением давления уменьшается.

Здесь - мольная концентрация газа в растворе при давлении

- летучесть газа при давлении, равном упругости пара растворителя при температуре .

Летучесть газа связана с коэффициентом сжимаемости следующим соотношением

(4)

В общем случае коэффициент растворимости некоторых газов с увеличением давления может увеличиваться и уменьшаться. Перегиб кривой растворимости и возрастание коэффициента растворимости некоторых газов происходит в связи с увеличением объема раствора и влиянием этого процесса на концентрацию газа в жидкости.

Величина приращения объема раствора и ее интенсивность зависят от количества растворенного газа, свойств жидкостей и газов и их состава. Значительное влияние на растворимость газов оказывают процессы испарения. Различные компоненты нефтяного газа обладают неодинаковой растворимостью, причем с увеличением молекулярной массы газа коэффициент растворимости его возрастает. Особенно плохо растворяется азот.

Растворимость газов повышается с ростом содержания в нефтях парафиновых углеводородов. При высоком содержании в нефти ароматических углеводородов ухудшается растворимость в ней газов. Малорастворимые газы (метан, азот) лучше подчиняются закону Генри. С повышением температуры растворимость газов уменьшается.

Форма изотерм растворимости для различных газов также не одинакова. Для плохо растворимых газов (азот, метан) они характеризуются пологим подъемом почти равномерным во всем интервале давления. Изотермы хорошо растворимых газов (углекислота-СО₂, этан-С₂Н₆, пропан-С₃Н₈) характеризуются резким подъемом до определенных давлений, а затем они выполаживаются. Последнее объясняется обратными процессами растворения компонентов нефти в сжатом газе при высоких давлениях.

Коэффициент растворимости попутных нефтяных газов изменяется в широких пределах и достигает (4-5)10^-5 м³/(м³Па).