Влияние температуры разгазирования.

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 12Следующая ⇒

Чем выше температура разгазирования продукции скважин, тем больше константа фазового равновесия (прямо пропорциональная зависимость).

Влияние давления разгазирования.

Чем выше давление разгазирования продукции скважин, тем меньше константа фазового равновесия (обратно пропорциональная зависимость).

Влияние молекулярной массы компонента.

Чем выше молекулярная масса компонента в соответствующем гомологическом ряду, тем меньше константа фазового равновесия (обратно пропорциональная зависимость).

Влияние давления схождения.

У каждого компонента своё давление схождения при данной температуре и данном составе фаз; и чем оно выше, тем больше константа фазового равновесия (прямо пропорциональная зависимость).

Однако, для существенного облегчения расчетов, в РФ для всех компонентов и всех температур при любом составе фаз принято считать, что давление схождения неизменно и равно давлению схождения метана при 20 С.

Подобный подход не только неизбежно ведёт к нарушению выше установленных закономерностей, причем, величина ошибки стремительно нарастает с увеличением молекулярной массы компонента, но и вызывает явления, физическую сущность которых объяснить затруднительно, а то, и невозможно (рис.2.2).

Зависимость констант фазового равновесия от давления

1 – Метан (эталон); 2 – Более тяжелый, чем метан компонент гомологического ряда парафинов; 3 – Ещё более тяжелый компонент гомологического ряда парафинов.

Рис.2.2.

Итак,

для эталона (метан):

С ростом давления от 0 до бесконечности константа фазового равновесия уменьшается от бесконечности (весь метан в газовой фазе) до 0 (весь метан в жидкости), проходя через 1 при давлении схождения.

для более тяжелых, чем метан компонентов гомологического ряда парафинов:

С ростом давления от 0 до бесконечности константа фазового равновесия сначала уменьшается от бесконечности (весь компонент в газовой фазе) до некой величины меньшей 1(компонента в жидкости больше, чем в газе), а затем, вновь начинает расти до бесконечности (весь компонент снова в газе), проходя через 1 в точке схождения.

Получается:

1. Что более тяжелый, чем метан компонент никогда (ни при каком давлении) целиком не перейдет в жидкость.

2. Давление схождения не достигнуто, а равенство концентраций компонента в газовой и жидкой фазах уже имеется.

Никакого внятного физического объяснения данных явлений не существует.

Подъём кривой после минимальной экстремальной точки – это и есть ошибка, появляющаяся за счет одного давления схождения эталона.

К счастью, для компонентов С₂ – С₅ подъём кривых хоть и значителен, но начинается при давлениях, превышающих 100 атм при которых разгазирование, как правило, уже не проводится.

Для более тяжелых компонетов подъём кривых незначителен (до 500 атм.).

Таким образом, расчет разгазирования с помощью констант фазового равновесия при принятых подходах становится возможным с достаточной для инженерных расчетов степенью точности.

Влияние состава газовой и жидкой фазы.

На сегодняшний день практически не изучено.

Влияние характеристического фактора.

Для парафинового ряда:

Чем больше в молекуле компонента третичных и четвертичных атомов углерода. Тем выше константа фазового равновесия.

Для непредельных углеводородов.

Появление в молекуле компонента двойной связи увеличивает константу фазового равновесия.

Влияние остальных параметров строения практически не изучено.

Помимо рассмотренных таблиц константы фазового равновесия могут быть определены и по номограммам (рис.2.3, 2.4).

Номограмма для определения констант фазового равновесия углеводородов при высоких температурах

Давление, кПа

5000

4000

3000

2000

1500

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

-10

-5

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

Температура, ^ОС

100

150

110

120

130

140

200

160

190

180

170

250

210

220

230

CH₄

1,5

C₂H₄

100

150

C₂H₆

1,5

0,8

100

110

C₃H₆

C₃H₈

1,5

0,3

0,4

0,5

0,7

0,9

0,5

0,4

0,3

0,25

0,6

0,7

0,8

0,9

1,5

i-C₄H₁₀

н-C₄H₁₀

0,9

0,8

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

1,5

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,15

0,05

0,1

1,5

i-C₅H₁₂

н-C₅H₁₂

0,5

0,6

0,7

0,8

0,1

,02

,04

,05

,06

,08

,09

1,5

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,1

0,4

0,3

0,2

,02

,04

,06

,08

,015

н-C₆H₁₄

,01

,005

,006

,007

,008

,009

,02

,03

,04

,05

,06

,07

0,1

,08

0,15

0,2

0,3

0,4

0,6

0,8

1,2

1,4

1,6

1,8

,005

,004

,007

,01

0,15

,02

,03

,04

0,1

,05

,06

,07

,08

,09

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,5

н-C₈H₁₈

,001

,002

,0015

,003

,004

,005

,01

,015

,02

,03

,04

,05

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

1,5

н-C₉H₂₀

,001

,002

,003

,004

,005

,01

,02

,03

,04

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

н-C₁₀H₂₂

0,002

0,003

0,004

0,005

0,006

0,007

0,008

0,009

0,01

0,1

0,05

0,02

0,03

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

Рис. 2.3

4000

3000

2000

1500

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

Давление, кПа

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Температура, ^ОС

CH₄

1,5

100

150

0,4

1,0

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,5

1,4

1,3

1,2

1,1

2,0

3,0

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,5

C₂H₄

C₂H₆

0,04

0,1

0,09

0,07

0,06

0,05

0,2

0,18

0,16

0,14

0,12

0,3

0,5

1,0

0,7

0,8

0,9

1,5

0,04

0,05

0,06

0,07

0,08

0,09

0,1

0,15

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,5

C₃H₆

C₃H₈

0,1

0,09

0,08

0,07

0,06

0,05

0,04

0,015

0,010

0,02

0,03

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0,007

0,008

0,009

0,01

0,015

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,5

i-C₄H₁₀

н-C₄H₁₀

0,004

0,005

0,006

0,007

0,009

0,01

0,015

0,02

0,04

0,1

0,05

0,2

0,4

0,6

0,8

0,004

0,005

0,006

0,01

0,007

0,008

0,009

0,02

0,03

0,04

0,1

0,2

0,3

0,6

i-C₅H₁₂

н-C₅H₁₂

0,003

0,005

0,004

0,01

0,006

0,007

0,008

0,009

0,02

0,03

0,1

0,05

0,07

0,2

н-C₆H₁₄

0,001

0,002

0,01

0,003

0,02

0,03

0,06

н-C₇H₁₆

0,001

0,002

0,003

0,01

0,005

0,007

н-C₈H₁₈

Номонрамма для определения констант фазового равновесия для углеводородов при низких температурах

Рис. 2.4
Однако, для ряда компонентов, таких как метан, азот и двуокись углерода константы фазового равновесия, определённые по табл.2.1 – 2.12 или рис. 2.3 – 2.4, требуют уточнения, а для сероводорода константа, вообще, может быть найдена только расчетным путём.

Уточнение константы фазового равновесия метана (до 5 МПа) основано на законе Генри, согласно которого:

(2.45)

где:
- коэффициент Генри метана при данной температуре и нулевом давлении;

- летучесть чистого метана при данных температуре и давлении.

Коэффициент Генри находят по эмпирическим уравнениям как функцию усреднённого по массовой доле характеристического фактора жидкой фазы без азота и метана:

(2.46)

где:

К – усреднённый по массовой доле характеристический фактор жидкой фазы без азота и метана;

b – эмпирический коэффициент.

(2.47)

где:

х – массовая концентрация i – ой фракции жидкой фазы;

M_i – молекулярная масса i – ой фракции жидкой фазы;

K_i – характеристический фактор i – ой фракции жидкой фазы.

Характеристический фактор K_i определяет химическую природу фракции, хотя и не имеет теоретического обоснования.

Так:

для парафинистых фракций K_i = 12,5 – 13;

для нафтено – ароматических фракций K_i = 10 – 11;

для ароматизированных фракций K_i ≈ 10.

Характеристический фактор i – ой фракции жидкой фазы можно найти по следующим формулам:

(2.48)

(2.49)

(2.50)

где:

Т_ср.уср. – среднеусреднённая температура (К);

Т_ср.мол. – среднемолекулярная температура (К);

и - относительные плотности соответствующей нефтяной фракции.

(2.51)

где:

- абсолютная плотность дистиллированной воды, взятой при 1 атм. и температуре 20 или 15 ^ОС.

- абсолютная плотность нефтяной фракции, взятой при 1 атм. и температуре 4 или 15 ^ОС;

(2.52)

где:

t_ср.куб. – среднекубическая температура.

(2.53)

(2.54)

где:

t_i – среднеарифметическое значение температуры начала и конца кипения соответствующей фракции;

y_i – объёмная доля соответствующей фракции;

Z_i – мольная доля соответствующей фракции.

Если фракция широкая, то среднеарифметическое значение температуры начала и конца кипения соответствующей фракции определяют по формуле:

(2.55)

Эмпирический коэффициент b определяют в зависимости от температуры по следующим соотношениям:

(2.56)

Летучесть рассчитывают, пользуясь коэффициентом летучести

(2.57)

Значения коэффициента летучести метана приведены в таблицах 2.13, 2.14.

Таблица 2.13.

Значения коэффициента летучести метана в диапазоне температур от -20 ⁰С до 70 ⁰С

Давление,

МПа

Давление (абсолютное), МПа

-20

-10

0,1 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 17,5 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0

0,997 0,969 0,939 0,909 0,881 0,853 0,827 0,801 0,777 0,754 0,732 0,712 0,693 0,676 0,660 0,646 0,616 0,593 0,562 0,546 0,539 0,539 0,544 0,554

0,997 0,976 0,946 0,920 0,895 0,886 0,847 0,825 0,803 0,783 0,763 0,745 0,725 0,713 0,698 0,685 0,657 0,634 0,604 0,588 0,582 0,582 0,587 0,597

0,998 0,978 0,952 0,929 0,907 0,896 0,865 0,845 0,826 0,808 0,791 0,774 0,759 0,745 0,732 0,720 0,693 0,672 0,644 0,628 0,622 0,622 0,628 0,638

0,998 0,981 0,958 0,937 0,918 0,910 0,880 0,862 0,846 0,830 0,814 0,800 0,785 0,773 0,762 0,750 0,726 0,707 0,680 0,665 0,659 0,660 0,666 0,677

0,998 0,983 0,962 0,944 0,927 0,920 0,894 0,878 0,863 0,849 0,835 0,822 0,810 0,799 0,788 0,778 0,756 0,738 0,713 0,699 0,694 0,695 0,702 0,713

0,998 0,985 0,966 0,950 0,935 0,929 0,905 0,892 0,878 0,866 0,853 0,842 0,831 0,821 0,811 0,802 0,782 0,766 0,743 0,731 0,726 0,728 0,735 0,746

0,998 0,987 0,970 0,956 0,942 0,936 0,916 0,904 0,892 0,880 0,870 0,859 0,850 0,841 0,832 0,824 0,806 0,792 0,771 0,760 0,756 0,759 0,766 0,778

0,999 0,988 0,973 0,961 0,948 0,944 0,925 0,914 0,904 0,894 0,884 0,875 0,866 0,858 0,851 0,844 0,828 0,815 0,796 0,786 0,784 0,787 0,795 0,807

0,999 0,989 0,976 0,965 0,954 0,950 0,933 0,924 0,914 0,905 0,897 0,889 0,881 0,874 0,867 0,861 0,846 0,835 0,819 0,811 0,809 0,813 0,822 0,834

0,999 0,990 0,979 0,969 0,959 0,955 0,941 0,932 0,924 0,916 0,908 0,901 0,894 0,888 0,882 0,877 0,864 0,854 0,840 0,833 0,832 0,837 0,846 0,859

Таблица 2.14.

Значения коэффициента летучести метана при температуре выше 70 ⁰С

Давление,

МПа

Температура, ⁰С

100

110

120

0,1 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 17,5 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0

0,999 0,990 0,981 0,972 0,964 0,955 0,947 0,940 0,932 0,925 0,919 0,912 0,906 0,901 0,896 0,891 0,880 0,871 0,859 0,854 0,854 0,859 0,869 0,882

0,999 0,992 0,983 0,975 0,968 0,960 0,953 0,946 0,940 0,934 0,928 0,922 0,917 0,912 0,908 0,903 0,894 0,886 0,876 0,872 0,874 0,880 0,890 0,903

0,999 0,992 0,985 0,978 0,971 0,965 0,956 0,952 0,947 0,941 0,936 0,931 0,927 0,922 0,918 0,915 0,907 0,900 0,892 0,889 0,892 0,896 0,909 0,923

0,999 0,993 0,987 0,980 0,974 0,969 0,963 0,958 0,953 0,948 0,944 0,940 0,936 0,932 0,928 0,925 0,918 0,913 0,906 0,905 0,908 0,916 0,937 0,941

0,999 0,994 0,988 0,983 0,977 0,972 0,968 0,963 0,958 0,954 0,950 0,947 0,943 0,940 0,937 0,934 0,929 0,924 0,919 0,919 0,923 0,931 0,943 0,958

Коэффициент летучести i – го компонента можно также рассчитать по уравнению Редлиха – Квонга:

(2.58)

где:

V – мольный объём, см³/г-моль;

Р – давление, МПа;

Т – температура в градусах Кельвина;

R – универсальная газовая постоянная (R=84,781)S

a_i и b_i – эмпирические коэффициенты.

Для азота:

a = 15,8929 ^.10⁶

b = 26,8

Для метана:

a = 32,7710 ^.10⁶

b = 29,7

Для нахождения коэффициентов летучести по табл.2.13 применяют линейную интерполяцию.

При давлениях выше 5,0 МПа в уравнение (2.45) вводится поправка, учитывающая зависимость коэффициента Генри от давления.

(2.59)

где: – эмпирический коэффициент, зависящий от температуры и разности давления схождения (Р_сх) и коэффициента Генри.

Его значения берутся из таблицы 2.15.

При давлениях, превышающих 70 % от давления схождения, следует применять модифицированную форму уравнения (2.59):

(2.60)

Таблица 2.15

Значения коэффициента в зависимости от температуры и разности давления схождения (Р_сх ) и

коэффициента Генри метана (

Температура,

⁰С

Давление (абсолютное), МПа

-10

-5

-40 -20 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

-0,0043 -0,0038 -0,0033 -0,0028 -0,0023 -0,0016 -0,0010 -0,0005 -0,0003 -0,0001 0 0,0001

-0,0030 -0,0025 -0,0020 -0,0014 -0,0007 -0,0001 0,0002 0,0004 0,0006 0,0007 0,00075 0,0008

-0,0019 -0,0012 -0,0007 -0,0002 0,0003 0,00055 0,0008 0,0010 0,00112 0,00125 0,0013 0,00135

-0,0009 -0,0004 0 0,00037 0,00074 0,00097 0,00118 0,00135 0,00150 0,00155 0,0016 0,00165

-0,0002 0,00015 0,0004 0,0007 0,0010 0,00125 0,0014 0,00160 0,00165 0,00165 0,00169 0,0017

0,00015 0,0004 0,00065 0,0009 0,00115 0,00138 0,00155 0,00167 0,00171 0,00173 0,00174 0,00175

0,00035 0,00060 0,00085 0,00107 0,00130 0,00148 0,00167 0,00172 0,00174 0,00175 0,00175 0,00175

0,00045 0,0007 0,00093 0,00115 0,00135 0,00153 0,00170 0,00175 0,00175 0,00175 0,00175 0,00175

0,0005 0,00075 0,00098 0,00120 0,00142 0,00157 0,00170 0,00175 0,00175 0,00175 0,00175 0,00175

0,0005 0,00075 0,00100 0,00125 0,00145 0,00160 0,00170 0,00175 0,00175 0,00175 0,00175 0,00175

Аналогичный подход применяется и для расчета константы равновесия азота.

При давлениях до 5,0 МПа:

(2.61)

Причём, коэффициент Генри для азота ( ) находят из уравнения

(2.62)

Где:

(2.63)

где: Т – температура смеси, К;

T_k – температура жидкости, К;

К – характеристический фактор жидкой фазы.

При давлениях свыше 5 МПа уравнение (61) приобретает вид:

(2.64)

Значения коэффициента приведены в таблице 2.16. Летучесть азота находят аналогично летучести метана, причём, значения коэффициента летучести азота приведены в таблицах 2.17 и 2.18.

Таблица 2.16

Значения коэффициента в зависимости от молекулярной массы и температуры

Молекулярная

масса

Давление (абсолютное), МПа

-40

120

160

30 40 50 60 70 80 100 120 140 180 225

-0,08289 0,001497 0,000345 0,001266 0,001842 0,002141 0,002533 0,002579 0,002648 0,002809 0,002994

-0,012204 -0,003661 -0,000576 0,000230 0,001382 0,001727 0,002072 0,002118 0,002187 0,002349 0,002487

-0,015888 -0,007483 -0,001727 0,001151 0,000806 0,001266 0,001612 0,001681 0,001727 0,001911 0,002072

-0,025329 -0,014391 -0,004605 -0,003454 0 0,000691 0,001220 0,001335 0,001382 0,001612 0,001842

-0,032236 -0,022105 -0,012089 -0,003454 -0,000921 0 0,000806 0,001036 0,001197 0,001381 0,001658

-0,038453 -0,028305 -0,018766 -0,009210 -0,002993 -0,000921 0,000460 0,000852 0,001036 0,001266 0,001497

Таблица 2.17

Значение коэффициента летучести азота в диапазоне температур

от – 20 до 50 ⁰С

Давление,

МПа

Температура, ⁰С

-20

-10

0,1 1,0 5,0 10,0 15,0 20,0 30,0 40,0 50,0

0,999 0,991 0,959 0,934 0,914 0,907 0,907 0,934 0,984

0,999 0,992 0,966 0,946 0,931 0,926 0,929 0,958 1,009

0,999 0,994 0,972 0,956 0,945 0,942 0,949 0,980 1,032

0,999 0,995 0,977 0,965 0,957 0,956 0,966 0,999 1,051

1,000 0,996 0,982 0,973 0,968 0,969 0,981 1,015 1,068

1,000 0,997 0,986 0,980 0,978 0,980 0,994 1,030 1,083

1,000 0,997 0,990 0,965 0,986 0,969 1,005 1,043 1,096

1,000 0,998 0,990 0,991 0,993 0,996 1,015 1,054 1,108

Таблица 2.18

Значение коэффициента летучести азота в диапазоне температур от 60 до 140 ⁰С

Давление,

МПа

Температура, ⁰С

100

110

120

130

140

0,1 1,0 5,0 10,0 15,0 20,0 30,0 40,0 50,0

1,000 0,999 0,995 0,995 0,999 1,005 1,024 1,004 1,118

1,000 0,999 0,998 0,999 1,005 1,011 1,032 1,073 1,126

1,000 1,000 1,000 1,002 1,010 1,017 1,039 1,080 1,134

1,000 1,000 1,001 1,006 1,014 1,022 1,045 1,087 1,140

1,000 1,000 1,003 1,008 1,018 1,026 1,050 1,093 1,146

1,000 1,001 1,005 1,011 1,021 1,030 1,055 1,096 1,151

1,000 1,001 1,006 1,013 1,024 1,035 1,059 1,102 1,155

1,000 1,001 1,007 1,014 1,027 1,037 1,063 1,106 1,159

1,000 1,001 1,008 1,016 1,029 1,039 1,066 1,109 1,162

Константу равновесия сероводорода рассчитывают по уравнению:

(2.65)

где:

(2.66)

Можно также воспользоваться соотношением:

(2.67)

Константу равновесия СО₂ определяют как среднегеометрическое констант этана и метана:

(2.68)

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 305; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!