Фазовые превращения при разработке нефти и газа

Фазовые превращения систем природных углеводородов определяют массообменные процессы, протекающие при разработке и эксплуатации месторождений природных газов и нефтей. Знание закономерностей фазовых превращений, умение их прогно зировать и анализировать необходимо для квалифицированного подсчёта извлекаемых запасов, проектирования разработки залежей, промысловой обработки, заводской переработки и транспортировки добываемого сырья, развития методов повышения конденсато- и нефтеотдачи пластов. Методы прогнозирования и анализа фазовых превращений природных газов и нефтей базируются на комплексном использовании результатов промысловых измерений, лабораторных исследований и математического описания соответствующих процессов. Читатель получит полноценное представление о теоретических основах современных методов исследования фазовых превращений природных газов и нефтей. Научной основой изучения фазовых превращений флюидов является применение термодинамического метода. Термодинамический метод состоит в изучении свойств системы взаимодействующих тел на основе анализа первращений энергии в этой системе. Данный метод, в отличие от статистического, не связан с конкретными представлениями о внутреннем строении тел и характере движения образующих их частиц. Его применяют для изучения термодинамических систем. Прикладная термодинамика природных углеводородных систем базируется, в основном, на анализе равновесных состояний. Термодинамическое равновесие системы характеризуется неизменностью во времени её состояния. Система находится в равновесии, если её интенсивные свойства (то есть свойства, не зависящие от количества вещества в системе) не зависят от времени, а в отличие от стационарного состояния между системой и окружающей средой отсутствует обмен массой и энергией. Реальная система, за редким исключением, не достигает состояния равновесия, так как всегда существуют градиенты давления, температуры и состава внутри гомогенных частей системы, которые обусловливают непрерывное изменение её термодинамического состояния. Однако реальная система может быть бесконечно близка к равновесному состоянию. При постановке и решении технологических задач теории разработки и эксплуатации месторождений используется принцип локального термодинамического равновесия. Локальным термодинамическим равновесием называется такое состояние, когда равновесие имеет место в каждой из частей системы, но между отдельными её частями - всеми или некоторыми - равновесие отсутствует. Поэтому, несмотря на то, что состояние системы в результате внешних воздействий меняется во времени, значения термодинамических параметров в любой момент времени и в каждой точке системы не отличаются от их равновесных значений. В связи с отмеченным выше, вначале излагаются фундаментальные основы термодинамики многокомпонентных систем для равновесных систем. Отметим, что рассматриваемые методы предполагают отсутствие химических реакций, поскольку это соответствует абсолютному большинству процессов разработки и эксплуатации месторождений природных газов и нефтей. Затем содержатся сведения о фазовых диаграммах пар-жидкость, которые используются для графического представления физических свойств и компонентных составов равновесных фаз при различных давлениях и температурах. Эти диаграммы полезны для лучшего понимания закономерностей парожидкостного равновесия в системах природных углеводородов.