Лекционный курс « Физические основы нанотехнологий и их применение в нефтегазовой отрасли» Часть 3. Фазовые превращения асфальтенов и нефтегазовые нанотехнологии Тема О важности фазовых диаграмм углеводородных флюидов для нефтегазового производства.

Нобелевская премия по физике, 1910 г. Ян Дидерик Ван-дер-Ваальс (1837 – 1923)

Кубическое уравнение состояния для однокомпонентной системы – две фазы (жидкость и газ)

Критические параметры однокомпонентных газов

Однокомпонентная система – три фазы (жидкость, газ и твердое тело)

Полная фазовая диаграмма однокомпонентной системы - трехмерная в координатах P - V - T Из-за практических трудностей ФД изображают обычно в координатах Р - Т Р-Т фазовая диаграмма углекислого газа

Расчетная Р-Т фазовая диаграмма воды

Экспериментальная Р-Т фазовая диаграмма воды

Фазовые диаграммы однокомпонентных углеводородов

Типичная Р-Т фазовая диаграмма для индивидуальных компонентов природного газа

Р-Т фазовая диаграмма пропана В ФД для практических задач область твердой фазы часто не изображают

Фазовые диаграммы двухкомпонентных смесей углеводородов

Метан CH 4 Пропан CH 3 CH 2 CH 3 (C 3 H 8 ) Двухкомпонентные смеси природных газов

Трехмерная фазовая диаграмма двухкомпонентной системы в координатах Р – Состав - Т

Фазовые диаграммы бинарной смеси метан-пропан (теоретический расчет) Изотермическая ФД в координатах Р - С Изобарическая ФД в координатах Т - С

Изотермическая ФД (Т=25 о С) в координатах Р - С В двухфазной области – изолинии относительного объема жидкости

Р-Т фазовая диаграмма для смеси с одинаковыми содержаниями метана и пропана (объемные доли – 0,5)

Р-Т фазовая диаграмма бинарной смеси постоянного состава В двухфазной области – изолинии относительного объема жидкости

Фазовые диаграммы жидкость + газ природных многокомпонентных смесей углеводородов (нефтегазового сырья)

Типичная Р-Т «фазовая петля» («phase envelope») пластового нефтегазового сырья Кривая точек кипения Кривая точек росы Критическая точка

Изолинии относительного количества жидкости (нефти) на фазовой диаграмме пластовых флюидов

«Траектории разработки» на фазовых диаграммах добываемых углеводородных флюидов

Типы месторождений классифицируют по отношению к положению критической точки на фазовой диаграмме в координатах Р - Т

Основные типы месторождений

Залежи: а – нефтяные; б – газонефтяные; в – нефтегазовые; г – газовые; д – газоконденсатнонефтяные; е – нефтегазоконденсатные. 1 – нефть; 2 – газ; 3 – вода; 4 – газоконденсат. Классификация залежей по фазовому состоянию углеводородов

Месторождения тяжелой («черной») нефти (Black Oil)

Месторождения летучей нефти (Volatile Oil)

Месторождения ретроградного газоконденсата При снижении давления ниже линии конденсации происходит выделение жидкой фазы и часть ценного сырья может остаться в пласте. В этих случаях необходимо применять технологии поддержания пластового давления.

Месторождения «жирного» («влажного») газа (Wet Gas)

Месторождения «сухого» газа (Dry Gas)

Примеры практического использования фазовых диаграмм жидкость + газ

Flow regimes in horizontal two-phase flow. Multi-phase flow in wells, pipelines and chokes

Flow regimes in two-phase vertical flow.

Практически все промышленные скопления нефти располагаются в земной коре, образуя максимум в распределении залежей на глубинах 2÷3 км. Эта область глубин получила название «нефтяного окна» или «главной зоны нефтеобразования (ГЗН)». В соответствии с биогенной теорией возникновение ГЗН связывают с преобразованиями отмерших останков организмов при их погружении с осадочными породами вглубь земной коры в ходе основных геологических процессов. Однако в последние годы обнаружены многочисленные факты быстрого формирования нефтяных залежей, трудно объяснимые с позиций биогенной теории. Результаты расчетов фазовой диаграммы показывают, что наличие ГЗН может быть объяснено фазовыми превращениями углеводородов, независимо от того, попадают ли они в эту зону «сверху» с отмершей биомассой, либо поступают сюда «сбоку» и «снизу» …. Фазовые диаграммы УВ и проблема «нефтяного окна»

Фазовая диаграмма углеводородной смеси с изоплерами (а) и соответствующая этой диаграмме кривая нефтенасыщения (б): наклонная пунктирная прямая – шкала глубин; S – критическая точка смеси Фазовая диаграмма газоконденсатной системы при температурах и давлениях в диапазоне глубин 1÷6 км

Фазовые диаграммы жидкость + газ + твердые осадки природных многокомпонентных смесей углеводородов (нефтегазового сырья)

Фазовая диаграмма выпадения асфальтенов для скважины 29 Фаинского месторождения скв. 29 PплPпл PзPз Область выпадения асфальтенов Кривая насыщения нефти газом Одно фазовое превращение : раствор-осадок «траектория разработки»

Фазовая диаграмма выпадения асфальтенов Ямашинского месторождения. Цветными овалами показаны термобарические условия пласта и уровни забойного давления соответствующих скважин

Траектория разработки на 2-фазной диаграмме

3-фазная диаграмма и траектории разработки для нефтяного месторождения

Фазовые диаграммы нефтяных месторождений и оптимальные траектории разработки с учетом множественных НАНОФАЗ ! ? ! ? !

КОНЕЦ ЛЕКЦИИ