ФИЗИКА НЕФТЯНОГО И ГАЗОВОГО ПЛАСТА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Поведение многокомпонентных систем критической области.

Т1<T2<T3<….<Ti и т.д.

Из рис. 3 следует, что Р и t-ра в критической точке С не наибольшие , при кот. возможно еще сущ-ние обеих фаз. В области выше критической с изменением t и Р в многокомп-ой системе происходит необычные фазовые

превращения, чтобы убедиться в этом рассм. изобарическое (Р=const) увеличение V насыщ-ой газом жидкости по линии ЕF из-за повышения t-ры

от Т2 до Т4.

В точке Е с увеличением t-ры жидкость закипает, т.е. появляется газовая фаза. С ростом t-ры в нач. V газ. фазы увеличив-ся, но при дальнейшем увеличении t-ры V газ. фазы, достигнув мах вновь начин.

уменьшатся. В точке F также как в точке Е, лежащей на кривой

70

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

парообразования содержащие газ. фазы = 0.Необычные процессы испарения и конденсации возможны и при t-ах выше критических (Тс).

Так при изотермическом расширении от точки Н до точки М, расположенных на линии точек начала конденсации, система проходит двухфазную область.

Кол-во конденсата также в начале увеличивается, а затем пройдя мах

исчезает, т.е. в точке М , лежащей на кривой конденсации, так и в точке Н весь конденсат вновь переходит в газовую.

Наивысшие значения Р и t-ры, при кот. жидкость и газ могут сущ-ть в

равновесии наз. соответственно криконденбар и крикондентерм. Рассм-ые процессы наз. процессами обратного или ретроградного

испарения и конденсации, а области где наблюдаются ретроградные явл-я

н6аз. ретроградными областями. Расположение критич. точек вдоль границы двухфазной обл-ти может меняться в зависимости от состава УВ-ых вещ-в в

смеси. На практике наблюдаются следующие виды диаграмм в зависимости от состава УВ-ых вещ-в, а значит и расположения критич. точек С.

рис. 4

рис. 5

71

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рассмотрим рис. 4:

АDC- кривая парообразования (кипения) bNC- кривая конденс-ции (точек росы)

Кр. точка С расположена м/у мах давления (Р/) и t-рой (Т/).Область аDC- обл.ретроградного изобарического парообразования. Обл. BNC- обл.

ретроградной изотермической конденсации.

Рис. 5

аDC- кривая парообразования (кипения). bC- кр. конденсации (точек росы)

Кр. точка С наход-ся ниже мах значений Р и t, расположенных на кривой

парообразования.

ACND- область ретроградного изобарического парообразования. Область BCN- обл.ретроградного изотермического парообраз-я.

Рис. 6

аС- кривая парообразования

СDNb- кривая конденс-ции (точек росы)

Кр. точка С наход-ся ниже мах Р и t, лежащих на кр. конденсации Обл. ACDN- область ретроградного изобарической конденсации обл.BCDN- обл. изотермической ретроградной конд-ции.

Лекция №20

Ретроградные процессы сопровожд-ся непрерывным изменением состава и объемным соотношением жидкой и газовой фазы. Явления обратной конд-

ции используются в нефтедобывающей промышленности, напр., для увеличения нефтеотдачи на истощенных залежах. При закачке в пласт сухого

72

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

УВ-го газа под высоким давлением , нефть раств-ся в нем и добывая газовую

фазу извлекают попутно и жидкие компоненты нефти.

Ньютоновские и неньютоновские жидкости.

1. Ньютоновские жидкости

По реологическим свойствам жидкости, в том числе и нефти подразделяются на ньют. и неньют. ж-ти.

Ньютоновская ж-ть- это ж-ти, течение кот. подчиняется закону вязкого

течения ньютона и частицы кот. представлены отдельными молекулами. Примеры ньют. ж-тей: вода, керосин, бензин.

Закон вязкого течения Ньютона имеет вид:

F/S= dU/dX (1)

-касательное напряжение сдвига, развивающегося в движущихся слоях ж- ти, [Па]

F-сила, приходящаяся на единицу площади сдвига, [H] S- площадь пов-ти сдвига, [м2]

- динамич. вязкость, [Па*с]

dU/dX- градиент скор-ти сдвига или скорость сдвига

V=dU/dX 1/С=С-1

Графически этот закон изображ-ся в след-ем виде:

Зависимость dU/dX=f( )-

наз. реологической линией или линией консистенции tg

Угол зависит от вязкости

жидкости.

Для ньют. ж-тей есть

величина постоянная, не зависит от напряжения сдвига ( ).

73

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

с

Выводы по ньют. ж-тям:

1.Н.ж-ти подчиняются з-ну вязкого течения Ньютона 2.частицы этих ж-тей представлены отдельными молекулами.

3.вязкость Н. ж-тей не зависит от и есть величина постоянная для данных

термобарических условий.

2. Неньютоновские ж-ти

Кисель, кефир, отдельная категория нефтей, вязкость кот. непостоянна во времени.

Сущ-ют Неньютон-ие ж-ти-течение кот. не подчин-ся закону вязкого течения Ньютона. Примеры: буровые р-ры, некоторые категории нефтей и т.д.. Такие ж-ти обладают механич-ми св-ми:

1.упругостью

2. прочностью

3.пластичностью Объясняется в большинстве случаев образованием структуры в ж-ти. Эти св-

ва наз.структурно-механическими св-ми (С.М.С.) либо реологическими св-

ми.

Основные признаки неньют. ж-ти:

1.Они состоят из дисперсной фазы и дисперсионной среды. Дисперсная фаза представлена частицами с размерами 10….103 А.

2.Форма частичек неправильная, часто- вытянутая.

3.Частицы взаимодействуют м/у собой, образуя пространственную структуру.

Все Неньют. ж-ти подразделяются на группы и виды.

1. Бингамовские пластики (тела Бингама-Шведова)

Бингамовские пластики в состоянии равновесия обладают пространственной структурой и величиной статического напряжения сдвига.

74

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Графическая линия ж-ти Шведова-Бингама

0- статич. напряж-е сдвига

Уравнение течения для бингамовских пластиков имеет вид:

= 0 + dU/dX

(2)

пластическая вязкость, независимая от скорости сдвига,напряжения

сдвига.

2. Упругопластичные жидкости, течения кот. описываются след-им

аналитическим выражением:

= 0+ к(dU/dX)n

(3)

к- мера консистентности либо густоты

75

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

n – мера неньют. поведения ж-ти

к и n постоянные величины для данной ж-ти.

m – напряжение сдвига предельного разрушения структуры.g- динамическое напряж-е сдвига.

При достижении g наблюдается интенсивное разрушение структуры.

3. Вязкопластичные (псевдопластичные) ж-ти. Течение этих ж-тей

описывается уранением:

= к(dU/dX)n

(4), где n<1

76

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Обозначение параметров те же самые, что и для упругопластичных ж-тей.

4. Дилатантные ж-ти

Рейнольдс наблюдал:

эти жидкости характ-ся повышением кажущейся вязкости с возрастанием скорости сдвига. Течение этих ж-тей описыв. следующим ур-ем:

= к(dU/dX)n

(5), где n>1

5. Аномально-вязкие ж-ти (нефти)

Уравнения течения для этих ж-тей еще не выведено

77

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

эф= m + ( m / 1+e( ))

(6)

m- направление сдвига предельного разрушения стр-ры

- предельное динамическое направление сдвига, характеризующее начало интенсивного разруш-я структуры, [Па]

- вязкость нефти, с практич. неразруш-ой структурой [Па*С]m - вязкость нефти, с предельно-разруш-ой структурой, [Па*С]

эф – эффективная или структурная вязкость, [Па*С] В- коэф., характеризующий скорость разрушения структуры

- ткущее напряжение сдвига, [Па]

B = направление сдвига соответствующее интенсивному разрушению

структуры, [Па].

Лекция № 21

Жидкости со сверханомальными вязкостями.

78

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Реологическое уравнение не получено. Наибольший интерес вызывает участок абв. Он соответствует интенсивному разрушению структуры и резкому снижению сопротивления течения. На этом участке напряжение сдвига сначала увеличивается (участок аб), а затем уменьшается (участок бв)

с увеличением dU . Здесь наблюдается сильные аномальные вязкости,

dx

наибольшее τ соответствует точке б и оно названо критическим напряжением сдвига τКР.

Процесс разработки нужно вести, когда τ > τM.

Образование отложений неорганических солей в процессе добычи нефти. По химическому составу солевые отложения нефтяных месторождений являются смесями неорганических и органических компонентов, включающих продукты коррозии, прочие механические примеси 70%, 90% от состава остатков приходится на соединения сульфата кальция: CaSO4 (сернистый ангидрид); CaSO4∙2H2O (гипс).

Остальные 10%-30% составляют карбонаты кальция и магния (CaСO3, MgSC3), двуокись Si – Si02 – органические вещества, парафины, смолы,

асфальтены.

В состав отложений входят и другие соединения: сульфат стронция SrSO4, карбонат Sr – SrCO3, карбонат Ba – BaCO3, MgCO3, хлорид натрия NaCl, сульфат радия RaSO4, встречающиеся механические примеси – продукты коррозии (окиси железа Fe2O3, сульфид железа FeS2).

Большинство отложений имеет кристаллическую структуру и механизм отложения солей достаточно изучен.

Изучении отложения солей позволило выделить три характерных вида осадков:

79