Эффективное моделирование исследуемых смесей реализуется посредством их представления комбинацией простейших смесей

23.74M

Булейко для Черемихина Алексея

1.

Калориметрические методы исследования фазового
состояния углеводородных флюидов в продуктивном
коллекторе
1

2.

1981 г.
2
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

3.

2000 г.
3
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

4.

2000 г.
4
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

Схема экспериментального комплекса
адиабатических калориметров
Метод прецизионной адиабатической калориметрии реализован
в
экспериментальном
комплексе, позволяющем проводить прецизионные исследования
углеводородов
в
пористых средах, а также в
свободном
(без
пористой
среды) объёме.
Экспериментальный
комплекс
состоит из двух установок,
созданных на базе адиабатических калориметров.
5
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

6.

Метод прецизионной адиабатической
калориметрии
Уникальность метода прецизионной
адиабатической калориметрии, при высокой
точности измерения, обусловлена возможностью решения очень широкого круга задач:
- Исследование фазового поведения углеводородов и построение фазовых диаграмм;
- Исследование сорбционно-десорбционных процессов с целью установления
закономерностей фазового поведения пластовых углеводородных флюидов в пористых
средах;
- Исследование процессов образования и разложения газовых гидратов и много
других.
Фактически, широта охвата решаемых задач
исследователя корректно ставить эти задачи.
6
предопределяется
лишь
умением
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

7.

Технология построения фазовой диаграммы
Основу адиабатической калориметрии составляют измерения:
1.
Термодинамических потенциалов (внутренней
термодинамического потенциала = -PV);
энергии
U,
плотности
2. Температурных производных термодинамических потенциалов:
- изохорной теплоёмкости СV
U
CV
T V
- температурного коэффициента давления
P
T
V
V
На
основе
измеренных
значений
внутренней
энергии,
плотности
термодинамического потенциала Ω = -РV, а также их температурных производных
(изохорной теплоёмкости, температурного коэффициента давления) строятся
фазовые диаграммы исследованных смесей.
7
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

8.

Давление, МПа
Технология построения фазовой диаграммы
0,8
24
= 407.503 кг м
-3
= 395.178 кг м
-3
(dP/dT)V, MPa/K
-3
= 407.503 кг м
III
-3
0,7
20
= 395.178 кг м
II
0,6
B
C' 5,2
16
B'
4,8
12
III'
4,4
8
IV
0,5
+C 9
-1 C 3
C
-C 9
-1 C 3
C
196 198 200
ВКТР
I
4
A
0
160
170
A
A'
B B'
0,3
0,2
0,1
A'
180
0,4
C'
0,0
190
200
210
Микрофаза - нонан
220
230
240
Температура, К
170
180
190
200
210
220
230
Температура, К
Микрофаза - нонан
На основе измеренных значений плотности термодинамического потенциала Ω = -РV и его
температурной производной (температурного коэффициента давления) строится фазовая
диаграмма исследованной смеси.
8
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

9.

-3
= 395.178 кг м
-3
-1
= 407.503 кг м
-1
24
CV, kJ mol K
Давление, МПа
Технология построения фазовой диаграммы
III
20
II
B
C' 5,2
16
B'
4,8
12
III'
-C
C1
+C 9
3
4,4
8
IV
-C
C1
-C 9
3
196 198 200
I
A
18
= 407.503 кг м
-3
= 395.178 кг м
-3
16
14
12
ВКТР
4
20
10
8
6
4
2
A'
B
A
A'
B'
C'
0
0
160
170
180
190
200
210
Микрофаза - нонан
220
230
240
Температура, К
170
180
190
200
210
220
230
Температура, К
Микрофаза - нонан
На основе измеренных значений внутренней энергии и её температурной производной
(изохорной теплоёмкости) строится фазовая диаграмма исследованной смеси.
9
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

10.

Экспериментальное моделирование ГКУС
Экспериментальное моделирование газоконденсатной углеводородной
системы реализуется посредством представления углеводородной смеси
комбинацией простейших смесей. Целью экспериментального моделирования,
является выявление влияния индивидуальных компонентов, а также, их
фракций, на состояние газоконденсатной углеводородной системы,
трансформацию её фазового поведения при изменении термобарических
условий и состава. Трансформация фазового состояния системы достигается
посредством варьирования концентрации отдельных компонентов, слагающих
систему.
При описании фазового поведения газоконденсатных систем удобно
использовать понятия «макрофаза» и «микрофаза». Понятия «макрофаза» и
«микрофаза» определены для термобарического диапазона существования
микрофаз. Макрофаза – это фаза, образованная компонентами фракции C1-3,
имеющими высокую концентрацию в гомогенном исходном состоянии.
Микрофаза – это фаза, образованная одним из высокомолекулярных
компонентов фракции C4+, имеющих малую концентрацию в гомогенном
исходном состоянии.
1.
10
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

11.

Экспериментальное моделирование ГКУС
2. Высокомолекулярные компоненты, образующие микрофазы, могут частично
либо полностью растворяться в макрофазе.
Простейшая смесь газоконденсатной углеводородной системы состоит из
компонентов фракции С1-3 и одного высокомолекулярного компонента фракции
С4+. Таким образом, мы представляем простейшую углеводородную смесь как
псевдобинарную. Углеводородная смесь получается смешением одного чистого
компонента (микрофазы) и псевдокомпонента – многокомпонентной макрофазы
(в нашем случае бинарной смеси метана и пропана). Указанный метод
применим к любой многокомпонентной системе.
Процесс экспериментального исследования газоконденсатной системы сводится
к изучению слагающих её простейших углеводородных смесей, а также
изучению
механизма
взаимодействия
слагающих
газоконденсатную
углеводородную систему высокомолекулярных компонентов фракции С4+ друг с
другом и с компонентами макрофазы, состоящей из компонентов фракции С1-3.
11
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

12.

Фазовое поведение углеводородных флюидов с малым
конденсатогазовым фактором
Для адекватного описания газоконденсатной углеводородной системы, представленной как
комбинация простейших смесей необходимо, прежде всего, знать свойства слагающих
газоконденсатную углеводородную систему простейших смесей. Кроме того, необходимо
понимание механизма взаимодействия слагающих газоконденсатную углеводородную
систему высокомолекулярных компонентов фракции С4+ друг с другом и с компонентами
макрофазы. При описании фазового поведения газоконденсатных систем удобно
использовать понятия «макрофаза» и «микрофаза». Предваряя представление
экспериментальных данных, определим эти понятия.
Д.т.н., г.н.с. ООО «Газпром ВНИИГАЗ» В.М.Булейко.
14
НПС-2024

13.

Углеводородные смеси с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов
Пластовые флюиды представляют собой многокомпонентные смеси, состоящие,
как правило, из алканов (парафинов): метана (CH4), этана (C2H6), пропана
(C3H8), и т.д.
Температура кристаллизации – фундаментальное свойство материи.
Температура
кристаллизации
чистого
углеводорода
определяется
его
молекулярным весом – числом атомов углерода.
Как правило, чем больше атомов углерода в молекуле алкана, тем выше
температура его кристаллизации. Исключение из этого правила, как показано в
таблице, – молекулы метана, этана и пропана.
Гомологическая серия алканов
Макрофаза
№
C1
C2
C3
C4
Тк 90.66 89.88 85.46 134.82
C11
C12
C13
C14
247.58
263.60 267.78 279.00
Tк - температура кристаллизации.
Микрофазы
C5
C6
C7
C8
143.48 177.83 182.56 216.37
Микрофазы
C15
C16
C17
C18
283.10 291.95 295.15 301.35
Метан, этан и пропан в углеводородных смесях с
высокомолекулярных компонентов образуют макрофазу.
Углеводороды фракции C4+ образуют микрофазы.
15
НПС-2024
малой
C9
219.65
C10
243.50
C19
305.35
C20
310.05
концентрацией

14.

Углеводородные смеси с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов
ТПл, К
300
C14
C16
C18
C20
C12
250
C10
C8
C9
200
TC1 = 90.66 K
TC2 = 89.88 K
TC3 = 85.46 K
TC4 = 134.82 K
TC5 = 143.48 K
TC6 = 177.83 K
TC7 = 182.56 K
TC8 = 216.37 K
TC9 = 219.65 K
TC10 = 243.50 K
C6
150
C4
100
C1
0
C3
2
4
C11
6
8
TC11 = 247.58 K
TC12 = 263.60 K
TC13 = 267.78 K
TC14 = 279.00 K
TC15 = 283.10 K
TC16 = 291.95 K
TC17 = 295.15 K
TC18 = 301.35 K
TC19 = 305.35 K
TC20 = 310.05 K
10 12 14 16 18 20 22
Гомологический ряд алканов
Стандартная температура плавления компонентов гомологического ряда
алканов представленных в таблице. Арабские цифры оси абсцисс –
порядковый номер компонента гомологического ряда алканов
16
НПС-2024
Микрофаза – это фаза, образованная одним из
высокомолекулярных компонентов фракции C4+,
имеющего малую концентрацию в гомогенном
исходном
состоянии.
Если
концентрация
высокомолекулярного компонента увеличивается,
процесс
образования
микрофазы
трансформируется в традиционное выпадение
парафина. Температура образования микрофазы
высокомолекулярным
компонентом
меньше
температуры кристаллизации этого компонента.
Метан, этан и пропан не образуют микрофазы.
Температура кристаллизации этана (89.88 K)
меньше температуры кристаллизации метана
(90.66 K), а температура кристаллизации пропана
(85.46 K) меньше температуры кристаллизации
этана (89.88 K). Вследствие большой разницы (~
49.36 K) между температурой кристаллизации
пропана
и
температурой
кристаллизации
ближайшего более тяжёлого компонента – бутана,
бутан и более тяжёлые компоненты образует
микрофазы.

15.

Углеводородные смеси с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов
В рамках разработанной нами ранее общей концепции фазового поведения и
основных принципов построения фазовых диаграмм углеводородных смесей с
малой концентрацией высокомолекулярных компонентов можно заключить:
1.
Температура образования микрофазы высокомолекулярным компонентом
зависит от температуры кристаллизации последнего (как чистого компонента), а
также его концентрации в исходной смеси: чем выше температура
кристаллизации
(чистого компонента), а также чем больше концентрация
высокомолекулярного компонента фракции C4+ в исходной смеси, тем выше
температура
образования
микрофазы.
Температура
образования
высокомолекулярным
компонентом
микрофазы
ниже
температуры
его
кристаллизации.
2. Фазовое поведение микрофазы зависит от состава макрофазы. Если состав
макрофазы изменяется за счёт растворения в ней компонентов фракции C4+ с
меньшей температурой образования микрофазы, происходит смещение линии
образования исходной микрофазы в область пониженной температуры.
3. Углеводороды фракции C4+ провоцируют расщепление жидкой части макрофазы
на две жидкие фазы: обогащённую и обеднённую компонентами C4+.
17
НПС-2024

16.

Углеводородные смеси с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов
Эффективное моделирование исследованных смесей реализуется посредством их
представления
как
комбинация
простейших
смесей
газоконденсатной
углеводородной системы. Простейшая смесь газоконденсатной углеводородной
системы состоит из макрофазы (компоненты фракции С1-3) и одного
высокомолекулярного компонента фракции С4+. Исследования показали, что
каждый высокомолекулярный компонент, образующий углеводородную смесь,
имеет ограниченную область влияния на фазовое поведение системы в p-T-x
пространстве
состояний.
Температура
начала
образования
микрофазы
высокомолекулярным компонентом зависит от температуры кристаллизации
этого компонента и его концентрации в исходной смеси. При этом температура
начала образования микрофазы высокомолекулярным компонентом существенно
ниже температуры его кристаллизации. Вследствие того, что температура
кристаллизации октана и декана, также как октана и ундекана различаются
существенно (более чем на 30 К), декан и ундекан влияют на процесс
формирования микрофазы октана только для повышенной концентрации
последнего. Более тяжелые углеводороды (додекан, тридекан и т.д.) не влияют
на процесс формирования микрофазы октаном и другими более легкими
углеводородами (гептаном, гексаном, пентаном бутаном). В тоже время, октан и
более
легкие
компоненты,
растворённые
в
макрофазе,
оказывают
непосредственное влияние на процесс формирования микрофазы нонаном,
деканом и другими более тяжёлыми компонентами.
18
НПС-2024

17.

Углеводородные смеси с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов
Рассмотрим углеводородные смеси с малой концентрацией высокомолекулярных
компонентов. Вспомним представленную ранее таблицу гомологической серии
алканов.
Гомологическая серия алканов
Макрофаза
№
C1
C2
C3
C4
Тк 90.66 89.88 85.46 134.82
C11
C12
C13
C14
247.58
263.60 267.78 279.00
Tк - температура кристаллизации.
Микрофазы
C5
C6
C7
C8
143.48 177.83 182.56 216.37
Микрофазы
C15
C16
C17
C18
283.10 291.95 295.15 301.35
C9
219.65
C10
243.50
C19
305.35
C20
310.05
Для изучения влияния эффекта взаимодействия микрофаз на фазовое поведение
смесей удобно рассмотреть идущие один за другим октан, нонан и декан в
качестве образующих микрофазы высокомолекулярных компонентов (температуры
кристаллизации октана и декана различаются значительно – более, чем на 30 К, в
то же время нонана и октана на 3.28 K).
Простейшими
углеводородными
смесями
с
малой
концентрацией
высокомолекулярных компонентов являются смеси, представленные макрофазой и
одним из высокомолекулярных компонентов (например, октаном, нонаном или
деканом).
19
НПС-2024

18. Эффективное моделирование исследуемых смесей реализуется посредством их представления комбинацией простейших смесей

Простейшая смесь газоконденсатной углеводородной системы
Эффективное моделирование исследуемых смесей реализуется
посредством их представления комбинацией простейших смесей
газоконденсатной углеводородной системы. Простейшая смесь
газоконденсатной углеводородной системы состоит из компонентов,
образующих макрофазу (компоненты фракции С1-3) и одного
высокомолекулярного компонента, образующего микрофазу (компонент
фракции С4+.
При описании фазового поведения газоконденсатных систем удобно
использовать понятия «макрофаза» и «микрофаза». Предваряя
представление экспериментальных данных, определим эти понятия.
10

19.

Экспериментальное моделирование ГКУС
Экспериментальное моделирование газоконденсатной углеводородной
системы реализуется посредством представления углеводородной смеси
комбинацией простейших смесей. Целью экспериментального моделирования,
является выявление влияния индивидуальных компонентов, а также, их
фракций, на состояние газоконденсатной углеводородной системы,
трансформацию её фазового поведения при изменении термобарических
условий и состава. Трансформация фазового состояния системы достигается
посредством варьирования концентрации отдельных компонентов, слагающих
систему.
При описании фазового поведения газоконденсатных систем удобно
использовать понятия «макрофаза» и «микрофаза». Понятия «макрофаза» и
«микрофаза» определены для термобарического диапазона существования
микрофаз. Макрофаза – это фаза, образованная компонентами фракции C1-3,
имеющими высокую концентрацию в гомогенном исходном состоянии.
Микрофаза – это фаза, образованная одним из высокомолекулярных
компонентов фракции C4+, имеющих малую концентрацию в гомогенном
исходном состоянии.
1.
12
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

20.

Заключение
Экспериментальное моделирование газоконденсатной углеводородной
системы реализуется посредством представления углеводородной смеси
комбинацией простейших смесей. Целью экспериментального моделирования,
является выявление влияния индивидуальных компонентов, а также, их
фракций, на состояние газоконденсатной углеводородной системы,
трансформацию её фазового поведения при изменении термобарических
условий и состава. Трансформация фазового состояния системы достигается
посредством варьирования концентрации отдельных компонентов, слагающих
систему.
При описании фазового поведения газоконденсатных систем удобно
использовать понятия «макрофаза» и «микрофаза». Предваряя представление
экспериментальных данных, определим эти понятия. Понятия «макрофаза» и
«микрофаза» определены для термобарического диапазона существования
микрофаз. Макрофаза – это фаза, образованная компонентами фракции C1-3,
имеющими высокую концентрацию в гомогенном исходном состоянии.
Микрофаза – это фаза, образованная одним из высокомолекулярных
компонентов фракции C4+, имеющих малую концентрацию в гомогенном
исходном состоянии. Высокомолекулярные компоненты, образующие
Калориметрические
методырастворяться
исследования
фазового состояния
микрофазы,
могут
частично либо полностью
в макрофазе.
10
в продуктивном
Простейшая смесь углеводородных
газоконденсатнойфлюидов
углеводородной
системыколлекторе
состоит из
1.

21.

Заключение
1. Эффективное моделирование смесей углеводородов с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов реализуется посредством их представления
комбинацией простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы.
2. Фазовое поведение углеводородных смесей с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов существенно трансформировано по сравнению с
традиционными представлениями.
3.
Углеводородная
смесь
с
малой
концентрацией
высокомолекулярных
компонентов расщепляется на макроскопическую и ряд микроскопических фаз.
4. Каждый высокомолекулярный компонент, образующий углеводородную смесь,
имеет ограниченную область влияния на фазовое поведение системы в p-T-x
пространстве состояний.
5. Фазовое поведение простейших смесей газоконденсатной углеводородной
системы изоморфно, также изоморфно фазовое поведение смесей углеводородов,
представленных
как
комбинация
углеводородной системы.
12
простейших
смесей
газоконденсатной
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

22.

Направления исследований с использованием метода
прецизионной адиабатической калориметрии
1. Исследование фазового поведения
фазовых диаграмм углеводородов.
и
построение
2. Исследование влияния сорбционно-десорбционных
процессов
на
фазовое
поведение
пластовых
углеводородных флюидов в водонасыщенных пористых
средах при термобарических условиях залегания пласта.
3. Исследование процессов образования и разложения
газовых гидратов.
7
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

23.

24.

Содержание доклада
1. Введение.
2. Схема экспериментального комплекса адиабатических калориметров и
технология построения фазовых диаграмм.
3. Фазовое поведение УВ флюидов с малым содержанием высокомолекулярных
компонентов. Фазовые диаграммы 3, 4 и 5-компонентных УВ смесей,
моделирующих пластовые флюиды.
4. Результаты исследования влияния высокомолекулярных углеводородных
составляющих на фазовое поведение смесей углеводородов
5. Заключение
2
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

25.

Введение
В Московском центре исследования пластовых систем (керн и флюиды) ООО «Газпром
ВНИИГаз» с использованием метода прецизионной адиабатической калориметрии
проводятся исследования углеводородов в пористых средах, а также в свободном (без
пористой среды) объёме.
Уникальность метода прецизионной
адиабатической калориметрии, при высокой
точности измерения, обусловлена возможностью решения очень широкого круга задач:
- Исследование фазового поведения углеводородов и построение фазовых диаграмм;
- Исследование сорбционно-десорбционных процессов с целью установления
закономерностей фазового поведения пластовых углеводородных флюидов в пористых
средах;
- Исследование процессов образования и разложения газовых гидратов и много
других.
Фактически, широта охвата решаемых задач
исследователя корректно ставить эти задачи.
предопределяется
лишь
умением
Особо важна роль калориметрии при исследовании фазового поведения и построении
фазовых диаграмм углеводородных смесей с малым содержанием высокомолекулярных
компонентов. В предлагаемом вашему вниманию докладе представлены результаты
последних исследований углеводородных смесей, моделирующих пластовые флюиды с
малым содержанием высокомолекулярных компонентов.
3
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

26.

Схема экспериментального комплекса
адиабатических калориметров
Метод прецизионной адиабатической калориметрии реализован
в
экспериментальном
комплексе, позволяющем проводить прецизионные исследования
углеводородов
в
пористых средах, а также в
свободном
(без
пористой
среды) объёме.
Экспериментальный
комплекс
состоит из двух установок,
созданных на базе адиабатических калориметров.
4
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

27.

Схема экспериментального комплекса
адиабатических калориметров
Первая установка предназначена
для
проведения
исследований
в
свободном
объёме, вторая - в пористой
среде.
Пористая
среда
(модельная или керновый образец) готовится заранее по
специально разработанной методике. Также заранее приготовленная
углеводородная
смесь,
из
пробоотборника
подается в первую (2) и во
вторую (6) ячейки.
5
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

28.

Схема экспериментального комплекса
адиабатических калориметров
Предлагаемый метод позволяет
с высокой точностью измерять
температуру и давление начала
фазового перехода, строить
фазовые диаграммы. Фазовые
переходы
определяются
по
аномалиям
теплоёмкости
и
термического
коэффициента
давления
6
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

29.

Технология построения фазовой диаграммы
Основу адиабатической калориметрии составляют измерения:
1.
Термодинамических потенциалов (внутренней
термодинамического потенциала = -PV);
энергии
U,
плотности
2. Температурных производных термодинамических потенциалов:
- изохорной теплоёмкости СV
U
CV
T V
- температурного коэффициента давления
P
T
V
V
На
основе
измеренных
значений
внутренней
энергии,
плотности
термодинамического потенциала Ω = -РV, а также их температурных производных
(изохорной теплоёмкости, температурного коэффициента давления) строятся
фазовые диаграммы исследованных смесей.
7
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

30.

Простейшая смесь газоконденсатной
углеводородной системы
Целью проводимых нами исследований, результаты которых представлены в
докладе, явилось объяснение особенности фазового поведения пластовых
флюидов, представляющих собой смеси углеводородов с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов. Эффективное моделирование исследованных
смесей реализуется посредством их представления как комбинация простейших
смесей газоконденсатной углеводородной системы.
Что представляет собой
системы?
простейшая смесь газоконденсатной углеводородной
Простейшая смесь газоконденсатной углеводородной
макрофазы (компоненты фракции С1-3) и одного
компонента фракции С4+.
системы состоит из
высокомолекулярного
Сказанное поясняет следующий слайд.
8
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

31.

Простейшая смесь газоконденсатной
углеводородной системы
Пластовые флюиды представляют собой многокомпонентные смеси, состоящие,
как правило, из алканов (парафинов): метана (CH4), этана (C2H6), пропана
(C3H8), и т.д.
Температура кристаллизации – фундаментальное свойство материи.
Температура
кристаллизации
чистого
углеводорода
определяется
его
молекулярным весом – числом атомов углерода.
Как правило, чем больше атомов углерода в молекуле алкана, тем выше
температура его кристаллизации. Исключение из этого правила, как показано в
таблице, – молекулы метана, этана и пропана.
Гомологическая серия алканов
Макрофаза
№
C1
C2
C3
C4
Тк 90.66 89.88 85.46 134.82
C11
247.58
C12
263.60
C13
C14
267.78 279.00
Микрофазы
C5
C6
C7
C8
143.48 177.83 182.56 216.37
Микрофазы
C15
C16
C17
C18
283.10 291.95 295.15 301.35
C9
219.65
C10
246.50
C19
305.35
C20
310.05
Tк - температура кристаллизации.
Метан, этан и пропан в углеводородных смесях с
высокомолекулярных компонентов образуют макрофазу.
Углеводороды фракции C4+ образуют микрофазы.
9
малой
концентрацией
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

32.

Простейшие смеси газоконденсатной
углеводородной системы
Мы
исследовали
свойства
ряда
простейших
смесей
газоконденсатной
углеводородной системы. Высокомолекулярные компоненты фракции С4+ (гептан,
октан, нонан, декан, унодекан и гексадекан), исследованных нами смесей,
выделены в таблице коричневым цветом.
Гомологическая серия алканов
Макрофаза
№
C1
C2
C3
C4
Тк 90.66 89.88 85.46 134.82
C11
C12
C13
C14
247.58
263.60 267.78 279.00
Tк - температура кристаллизации.
Микрофазы
C5
C6
C7
C8
143.48 177.83 182.56 216.37
Микрофазы
C15
C16
C17
C18
283.10 291.95 295.15 301.35
C9
219.65
C10
246.50
C19
305.35
C20
310.05
Фазовые диаграммы, исследованных простейших смесей, газоконденсатной
углеводородной системы, состоящих из макрофазы (компоненты фракции С1-3) и
высокомолекулярных компонентов фракции С4+ октана и нонана представлены на
следующем слайде.
10
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

33.

Простейшие смеси газоконденсатной
углеводородной системы
Давление, МПа
24
0.101 С8
0.997 С8
0.251 С8
Давление, МПа
( С1 - С3 ) + С8
24
3.995 С8
0.100 С9
3.995 С8
20
4.003 С9
1.012 С9
0.250 С9
2.007 С
4.003 С9
9
0.500 С9
20
0.499 С8 2.006 С8
( С1 - С3 ) + С9
2.007 С9
2.006 С8
1.012 С9
16
0.997 С8
16
0.500 С9
0.250 С9
0.499 С8
12
0.251 С8
0.101 С8
8
93.610 С1 + 6.390 С3
4
0.0 С8
12
0.100 С9
8
93.610 С1 + 6.390 С3
4
0
0.0 С9
0
160
180
200
220
240
Микрофаза - октан
260
280
300
Температура, К
160
180
200
220
240
260
280
300
Температура, К
Микрофаза - нонан
Фазовое поведение простейших смесей
газоконденсатной углеводородной системы
изоморфно. С увеличением молекулярного веса высокомолекулярного компонента линия
образования микрофазы смещается в область повышенной температуры.
11
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

34.

Простейшие смеси газоконденсатной
углеводородной системы
Для
адекватного
описания
газоконденсатной
углеводородной
системы,
представленной как комбинация простейших смесей, необходимо знать:
1. Свойства слагающих газоконденсатную углеводородную систему простейших
смесей.
2. Эффект взаимодействия слагающих газоконденсатную углеводородную систему
высокомолекулярных компонентов фракции С4+ друг с другом и с компонентами
макрофазы.
На примере простейшей смеси газоконденсатной углеводородной системы с октаном
(0.997 % моль.) в качестве высокомолекулярного компонента рассмотрим свойства
простейших смесей, а затем рассмотрим эффект взаимодействия слагающих
газоконденсатную углеводородную систему
высокомолекулярных компонентов
фракции С4+ друг с другом и с компонентами макрофазы.
12
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

35.

Фазовая
диаграмма
простейшей
смеси
газоконденсатной УВ системы с октаном в
качестве ВМ компонента (С8 - 0.997 % моль.)
Давление, МПа
18
Представленная на слайде линия
формирования микрофазы октана
(III) делит P-T плоскость фазовой
диаграммы на две области:
слева
–
область
макрофазы,
включающая также компоненты
микрофазы октана;
справа – область макрофазы с
растворенным в ней октаном.
16
III
14
4,6
4,5
12
4,4
10
T
I
+C 8
-C 3
-C 8
C1
-1 C 3
C
II
194,0 194,5 195,0
ТБ
8
ВКТР
6
IV
4
I
2
170
180
V
T
190
200
210
220
230 240 250
Температура, К
I, II – фазовые огибающие;
III –линия формирования микрофазы октана (растворимость октана в растворе);
IV –линия расслоения жидкость – жидкость (обогащённая /обеднённая октаном).
V – фазовая огибающая макрофазы.
13
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

36.

Фазовые диаграммы простейшей смеси газоконденсатной УВ системы с октаном в качестве ВМ
компонента (С8 = 0.101 - 3.995 % моль.)
Давление, МПа
24
0.101 С8
0.997 С8
0.251 С8
( С1 - С3 ) + С8
3.995 С8
3.995 С8
20
0.504 С8 2.006 С8
2.006 С8
A
16
0.997 С8
0.504 С8
12
0.251 С8
B
0.101 С8
8
93.610 С1 + 6.390 С3
4
Линии образования микрофазы октана
представляют
собой
линии
растворимости октана в растворе.
Фактически,
имеет
место
диктат
микрофазы на фазовое поведение
системы. Например, при изменении
термобарических условий (т.А → т.В)
происходит уменьшение концентрации
октана в макрофазе с 3.995 до 0.251
% моль, с переходом избыточного
количества октана в микрофазу.
0.0 С8
0
160
180
200
220
240
260
280
300
Температура, К
Микрофаза - октан
14
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

37.

Фазовые диаграммы простейшей смеси газоконденсатной УВ системы с октаном в качестве ВМ
компонента (С8 = 0.101 - 3.995 % моль.)
Давление, МПа
24
0.101 С8
0.997 С8
0.251 С8
20
( С1 - С3 ) + С8
3.995 С8
3.995 С8
0.504 С8 2.006 С8
2.006 С8
16
0.997 С8
0.504 С8
12
Микрофаза может образовываться
двумя
способами:
в
растворе,
находящемся в однофазном либо
двухфазном состоянии. Рассмотрим
эти два варианта на примере смеси с
начальным содержанием октана 3.995
% моль.
0.251 С8
0.101 С8
8
93.610 С1 + 6.390 С3
4
0.0 С8
F
0
160
180
200
220
240
260
280
300
Температура, К
Микрофаза - октан
15
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

38.

Образование микрофазы октана в однофазном
растворе
Давление, МПа
24
0.101 С8
0.997 С8
0.251 С8
20
( С1 - С3 ) + С8
I
3.995 С8
3.995 С8
0.504 С8 2.006 С8
2.006 С8
A
16
0.997 С8
B
0.504 С8
C
12
0.251 С8
D
8
E
4
0.101 С8
93.610 С1 + 6.390 С3
0.0 С8
F
0
160
180
200
220
240
260
280
300
Температура, К
Микрофаза - октан
16
1.
Система
охлаждается
вдоль
изохоры I.
Изменение термобарических условий
в системе в процессе снижения
температуры вдоль представленной
на слайде изохоры I (A…F) влечёт
образование микрофазы вследствие
снижения растворимости октана. Как
результат, концентрация октана в
макрофазе уменьшается с 3.995 до
0.120 % моль. Процесс формирования
микрофазы, как нам представляется,
подобен процессу кристаллизации из
растворов с образованием кристаллов
чистого компонента, но, в отличие от
классического случая, твёрдую фазу
(микрофазу) образует компонента с
малой исходной концентрацией в
растворе.
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

39.

Образование микрофазы октана в двухфазном
растворе
Давление, МПа
24
0.101 С8
0.997 С8
0.251 С8
20
( С1 - С3 ) + С8
I
II
3.995 С8
3.995 С8
0.504 С8 2.006 С8
2.006 С8
A
16
0.997 С8
B
A'
C
12
0.504 С8
0.251 С8
D
8
E
4
0.101 С8
B'
C'
93.610 С1 + 6.390 С3
0.0 С8
F
0
160
180
200
220
240
260
280
300
Температура, К
Микрофаза - октан
17
2.
Система
охлаждается
вдоль
изохоры II.
В точке A’ раствор переходит в
двухфазную область жидкость-пар и
при дальнейшем охлаждении в точке
B’
начинается
образование
микрофазы октана. В отличие от
первого
случая,
образование
микрофазы
октана
в
точке
B’
продолжается
при
постоянной
температуре вплоть до снижения
исходной концентрации октана с
3.995 % моль в макрофазе до её
значения слева от линии начала
образования
микрофазы
(принудительная
кристаллизация).
Величина концентрации октана в
растворе становится ~ 2.006 % моль.
Далее по мере снижения температуры
происходит образование микрофазы
октана аналогично первому варианту.
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

40.

Изоморфизм фазового поведения
газоконденсатной углеводородной системы
Наши исследования выявили изоморфизм фазового поведения газоконденсатной
углеводородной
системы.
Вспомним
представленную
ранее
таблицу
гомологической серии алканов.
Гомологическая серия алканов
Макрофаза
№
C1
C2
C3
C4
Тк 90.66 89.88 85.46 134.82
C11
C12
C13
C14
247.58
263.60 267.78 279.00
Tк - температура кристаллизации.
Микрофазы
C5
C6
C7
C8
143.48 177.83 182.56 216.37
Микрофазы
C15
C16
C17
C18
283.10 291.95 295.15 301.35
C9
219.65
C10
246.50
C19
305.35
C20
310.05
Рассмотрим следующие один за другим гептан, октан, нонан, декан и унодекан в
качестве образующих микрофазы высокомолекулярных компонентов. Температура
кристаллизации октана (нонана) и декана (унодекана) различается значительно –
более, чем на 30 К, в то же время нонана и октана на 3.28 K). В наименьшей
степени для представленной в таблице гомологической серии алканов
различаются температуры кристаллизации декана и унодекана (на 1.08 K).
18
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

41.

Pressure, MPa
Изоморфизм фазового поведения простейших смесей
газоконденсатной углеводородной системы
40
1.000 C11
o
o
o
o
o
o
C1: Tcr = 90.66 (-182.49 C) C4: Tcr = 134.82 (-138.33 C) C13: Tcr = 267.78 (-5.37 C)
C2: Tcr = 89.88 (-183.27 C) C5: Tcr = 143.48 (-129.67 C) C14: Tcr = 279.00 (+5.85 C)
36
o
o
o
C3: Tcr = 85.46 (-187.69 C) C6: Tcr = 177.83 (-95.32 C) C15: Tcr = 283.10 (+9.95 C)
o
o
C7: Tcr = 182.56 (-90.59 C) C16: Tcr = 291.95 (+18.80 C)
o
o
C8: Tcr = 216.37 (-56.78 C) C17: Tcr = 295.15 (+22.00 C)
32
28
24
20
o
o
C9: Tcr = 219.65 (-53.50 C) C18: Tcr = 301.35 (+28.20 C)
1.053 C10
o
o
C10: Tcr = 246.50 (-26.65 C) C19: Tcr = 305.35 (+32.20 C)
o
o
C11: Tcr = 247.58 (-25.57 C) C20: Tcr = 310.05 (+36.90 C)
1.012 C9
o
C12: Tcr = 263.60 (-9.55 C)
o
TC16 ~ 276.34 (+3.19 C)
0.997 C8
C6 C7
C8 C
C10
9
C
C11 C12 13
C16
C20
16
12
8
4
0
92.678 С1 + 6.325 С3 + 0.997 С8 93.611 С1 + 6.389С3
79.102 С1 + 14.840 С3 + 6.058 С8 84.203 С1 + 15.797 С3
92.663 С1 + 6.325 С3 + 1.012 С9 93.610 С1 + 6.390 С3
78.435 С1 + 14.716 С3 + 6.849 С9 84.202 С1 + 15.798 С3
92.619 С1 + 6.328 С3 + 1.053 С10; 93.605 С1 + 6.395С3
77.602 С1 + 14.572 С3 + 7.826 С10; 84.190 С1 + 15.810 С3
92.673 С1 + 6.327 С3 + 1.000 С11; 93.609 С1 + 6.391 С3
77.351 С1 + 14.514 С3 + 8.135 С11; 84.200 С1 + 15.800 С3
160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360
Temperature, K
Простейшие смеси газоконденсатной углеводородной
системы (октан, нонан, декан и унодекан).
Фазовое поведения простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы
изоморфно. С увеличением молекулярного веса высокомолекулярного компонента
линия образования микрофазы смещается в область повышенной температуры.
19
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

42.

Pressure, MPa
Изоморфизм фазового поведения 4х-компонентных
смесей газоконденсатной углеводородной системы
50
92.673 С1 + 6.327 С3 + 1.000 С11; 93.609 С1 + 6.391 С3
77.351 С1 + 14.514 С3 + 8.135 С11; 84.200 С1 + 15.800 С3
92.223 С1 + 6.331 С3 + 0.500 С10 + 0.946 С11; 93.576 С1 + 6.424С3
74.808 С1 + 14.115 С3 + 3.597 С10 + 7.480 С11; 84.127 С1 + 15.873 С3
92.250 С1 + 6.295 С3 + 0.500 С8 + 0.955 С9 93.612 С1 + 6.388С3
76.398 С1 + 14.330 С3 + 2.952 С8 + 6.320 С9 84.206 С1 + 15.794 С3
0.946 С11
45
0.500 С10
40
0.955C9
1.000 С11
35
30
25
0.500 С8
20
1.0129
0.499 С10
0.504 С8
15
10
5
0
170
180
190
200
210
220
230
240
250
Temperature, K
4х-компонентные углеводородные смеси, представленные как комбинация
простейших смесей высокомолекулярных октана, нонана, декана и унодекана.
Фазовое поведение 4х-компонентной углеводородной смеси, представленной как
комбинация простейших смесей с октаном и нонаном в качестве ВМ компонентов изоморфно
фазовому поведению 4х-компонентной углеводородной смеси, представленной как
комбинация простейших смесей с деканом и унодеканом в качестве ВМ компонентов.
20
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

43.

Взаимодействие высокомолекулярных компонентов
фракции С4+
Каждый высокомолекулярный компонент, образующий углеводородную смесь,
имеет ограниченную область влияния на фазовое поведение системы в p-T-x
пространстве состояний.
Гомологическая серия алканов
Макрофаза
№
C1
C2
C3
C4
Тк 90.66 89.88 85.46 134.82
C11
C12
C13
C14
247.58
263.60 267.78 279.00
Tк - температура кристаллизации.
Микрофазы
C5
C6
C7
C8
143.48 177.83 182.56 216.37
Микрофазы
C15
C16
C17
C18
283.10 291.95 295.15 301.35
C9
219.65
C10
246.50
C19
305.35
C20
310.05
Для изучения влияния высокомолекулярных компонентов фракции С4+ на фазовое
поведение системы удобно рассмотреть идущие один за другим октан, нонан,
декан и унодекан в качестве образующих микрофазы высокомолекулярных
компонентов. Температура кристаллизации октана (нонана) и декана (унодекана)
различается значительно – более, чем на 30 К, в то же время нонана и октана на
3.28 K). В наименьшей степени для представленной в таблице гомологической
серии алканов различаются температуры кристаллизации декана и унодекана (на
1.08 K).
21
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

44.

Влияние октана и декана на фазовое поведение
газоконденсатной углеводородной системы
Давление, МПа
22
0.500 С10
20
0.499 С10
0.499 С10
18
16
14
1.018 С8 1.981 С
8
12
3
10
2
1
220
230 240 250
Температура, К
8
6
4
2
170
180
190
200
210
Фазовое поведение микрофазы зависит
от состава макрофазы. Если состав
макрофазы
изменяется
за
счёт
растворения в ней компонентов фракции
C4+
с
меньшей
температурой
образования микрофазы, происходит
смещение линии образования исходной
микрофазы
в
область
пониженной
температуры.
Линия
образования
микрофазы
декана
3-компонентной
смеси – 1, в 4-компонентной смеси
смещается влево (линии 2 и 3),
вследствие
растворения
октана
в
макрофазе.
3 и 4-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана и декана.
1 – 3-компонентная смесь (С10 = 0.499 % моль).
2 – 4-компонентная смесь (С8 = 1.018 % моль, С10 = 0.500 % моль).
3 – 4-компонентная смесь (С8 = 1.981 % моль, С10 = 0.499 % моль).
22
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

45.

Влияние октана и декана на фазовое поведение
газоконденсатной углеводородной системы
Давление, МПа
22
2
20
1
18
2
16
14
1
2
12
10
6
8
1
6
5
4
2
170
2
4
189 192 195 198
180
190
200
210
220
230 240 250
Температура, К
На примере октана, нонана и декана
рассмотрим, как микрофазы влияют друг
на друга (температуры кристаллизации
октана
и
декана
различаются
значительно – более, чем на 30 К, в то
же время нонана и октана на 3.28 K).
Сначала рассмотрим взаимодействие
октана и декана.
Если микрофаза октана находится вне
области
влияния
декана,
линии
образования
микрофазы
октана
3компонентной (1) и 4-компонентной (2)
смесей совпадают (фазовое поведение
микрофазы не трансформировано).
3 и 4-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана и декана
1 – 3-компонентная смесь (С8 = 0.997 % моль).
2 – 4-компонентная смесь (С8 = 1.018 % моль, С10 = 0.500 % моль).
23
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

46.

Влияние октана и декана на фазовое поведение
газоконденсатной углеводородной системы
Давление, МПа
22
20
2
1
18
2
16
1
14
12
2
10
8
8
7 2
6
6
4
5
2
170
1
При
увеличении
концентрации
октана (от 0.997 до 2.006 % моль),
микрофаза октана в 4-компонентной смеси частично (нижняя
часть
линии
2
на
вставке)
находится в области влияния
декана. В связи с этим наблюдается трансформация фазового
поведения микрофазы октана в 4компонентной смеси относительно
фазового поведения микрофазы
октана в 3-компонентной смеси.
196 198 200 202
180
190
200
210
220
230 240 250
Температура, К
3 и 4-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана и декана
1 – 3-компонентная смесь (С8 = 2.006 % моль).
2 – 4-компонентная смесь (С8 = 1.981 % моль, С10 = 0.499 % моль).
24
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

47.

Влияние октана и декана на фазовое поведение
газоконденсатной углеводородной системы
Давление, МПа
22
20
2
1
18
2
16
1
14
12
2
10
8
8
7 2
6
6
4
5
2
170
Если бы в исследуемом растворе
присутствовали компоненты более
тяжёлые, чем декан (унодекан,
додекан…, гексадекан и т.д), с
более
высокой
температурой
кристаллизации, то последние не
оказывали бы никакого влияния
на фазовое поведение микрофазы
октана.
1
196 198 200 202
180
190
200
210
220
230 240 250
Температура, К
3 и 4-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана и декана
1 – 3-компонентная смесь (С8 = 2.006 % моль).
2 – 4-компонентная смесь (С8 = 1.981 % моль, С10 = 0.499 % моль).
25
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

48.

Влияние октана и нонана на фазовое поведение
газоконденсатной углеводородной системы
Давление, МПа
0.955C9
36
32
28
24
1.012C9
0.500C8
20
0.504C8
16
3
1
3
2
3
2
12
1
8
4
170
180
190
200
210
220
230 240 250
Температура, К
Микрофаза октана 4-компонентной
смеси находится в области влияния
нонана (температуры кристаллизации
нонана и октана различаются на 3.28
K).
В
результате
трансформации
фазового
поведения
микрофазы
октана
4-компонентной
смеси
относительно
фазового
поведения
микрофазы октана 3-компонентной
смеси наблюдается смещение линии
образования микрофазы октана влево.
Линии образования микрофазы нонана
4-компонентной смеси также смещена
влево,
вследствие
того,
что
в
макрофазе растворён октан.
3 и 4-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана и нонана
1 – 3-компонентная смесь (С8 = 0.504 % моль).
2 – 3-компонентная смесь (С9 = 1.012 % моль).
3 – 4-компонентная смесь (С8 = 0.500 % моль, С9 = 0.955 % моль).
26
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

49.

Влияние октана и нонана на фазовое поведение
углеводородной смеси
Температура образования микрофазы
высокомолекулярным
компонентом
2.052C
24
зависит
от
температуры
крис0.501C
таллизации последнего (как чистого
3
20
компонента),
а
также
его
0.500C
2.006C
1
концентрации в исходной смеси: чем
выше температура кристаллизации, а
16
2
также чем больше концентрация в
1
исходной
смеси,
тем
выше
12
2
температура
образования
микрофазы. В связи с тем, что температура
8
кристаллизации нонана и октана
различаются
незначительно,
мы
4
можем
«переставить»
линии
образования микрофазы октана и
0
нонана
4-компонентной
смеси,
160 180 200 220 240 260 280 300 320
например,
приготовив
смесь,
с
Температура, К
концентрацией октана в 4 раза
большей, чем концентрация нонана.
3 и 4-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана и нонана
1 – 3-компонентная смесь (С8 = 2.006 % моль).
2 – 3-компонентная смесь (С9 = 0.500 % моль).
3 – 4-компонентная смесь (С8 = 2.052 % моль, С9 = 0.501 % моль).
Давление, МПа
8
9
9
8
27
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

50.

Влияние октана, нонана и декана на фазовое
поведение углеводородной смеси
Давление, МПа
0.955C9
36
32
0.498C10
28
24
1.012C9
0.500C8
20
0.504C8
16
1
12 0.497C
8
3
3
4
2
0.989C9
4
4
3
2
8
1
4
4
170
180
190
200
210
220
Рассмотрим октан, нонан и декан в
качестве образующих микрофазы.
Эти
компоненты
являются
составляющими
гомологического
ряда
алканов,
последовательно
идущие один за другим и имеющие
разную степень влияния друг на
друга
в
зависимости
от
термобарических
условий
и
концентрации.
Температуры
кристаллизации октана и декана
различаются значительно – более,
чем на 30 К, в то же время нонана и
октана на 3.28 K.
230 240 250
Температура, К
3, 4 и 5-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана, нонана и декана
1 – 3-компонентная смесь (С8 = 0.504 % моль).
2 – 3-компонентная смесь (С9 = 1.012 % моль).
3 – 4-компонентная смесь (С8 = 0.500 % моль, С9 = 0.955 % моль).
4 – 5-компонентная смесь (С8 = 0.497 % моль, С9 = 0.989 % моль, С10 = 0.498 % моль).
28
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

51.

Влияние октана, нонана и декана на фазовое
поведение углеводородной смеси
Давление, МПа
0.955C9
36
32
0.498C10
28
24
1.012C9
0.500C8
20
0.504C8
16
1
12 0.497C
8
3
3
4
2
0.989C9
4
4
3
2
8
Фазовое
поведения
микрофазы
октана 5-компонентной смеси (4)
зависит только от нонана и не
зависит от присутствия микрофазы
декана
и,
поэтому
линия
формирования микрофазы этого
компонента совпадает с линией
формирования микрофазы октана 4компонентной смеси (3). Декана в
растворе нет.
1
4
4
170
180
190
200
210
220
230 240 250
Температура, К
3, 4 и 5-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана, нонана и декана
1 – 3-компонентная смесь (С8 = 0.504 % моль).
2 – 3-компонентная смесь (С9 = 1.012 % моль).
3 – 4-компонентная смесь (С8 = 0.500 % моль, С9 = 0.955 % моль).
4 – 5-компонентная смесь (С8 = 0.497 % моль, С9 = 0.989 % моль, С10 = 0.498 % моль).
29
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

52.

Влияние октана, нонана и декана на фазовое
поведение углеводородной смеси
Давление, МПа
0.955C9
36
32
0.498C10
28
24
1.012C9
0.500C8
20
0.504C8
16
1
12 0.497C
8
3
3
4
2
0.989C9
4
4
3
2
8
1
4
4
170
180
190
200
210
220
230 240 250
Температура, К
Трансформация фазового поведения
микрофазы нонана 5-компонентной
смеси относительно 3-компонентной
обусловлено присутствием молекул
октана и декана в макрофазе. Октан
полностью растворён в макрофазе, а
декан частично (нонан находится под
влиянием микрофазы декана). Как
результат,
смещение
линии
формирования микрофазы нонана 5компонентной смеси слагается из
смещения, обусловленного влиянием
растворённого в макрофазе октана
(подобно 4-компонентной смеси) и
смещения, обусловленного влиянием
декана.
3, 4 и 5-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана, нонана и декана
1 – 3-компонентная смесь (С8 = 0.504 % моль).
2 – 3-компонентная смесь (С9 = 1.012 % моль).
3 – 4-компонентная смесь (С8 = 0.500 % моль, С9 = 0.955 % моль).
4 – 5-компонентная смесь (С8 = 0.497 % моль, С9 = 0.989 % моль, С10 = 0.498 % моль).
30
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

53.

Влияние октана, нонана и декана на фазовое
поведение углеводородной смеси
Давление, МПа
0.498C10
28
В связи с тем, что температура
кристаллизации нонана и октана
различаются
незначительно,
мы
можем
«совместить»
линии
образования микрофазы октана и
нонана
5-компонентной
смеси,
например,
приготовив
смесь,
с
концентрацией октана в 2 раза
большей, чем концентрация нонана. В
результате, получим линию двойной
микрофазы.
0.501C10
24
20
0.989C9
16
12
Двойная микрофаза
0.959C8 + 0.502C9
0.497C8
8
4
170
180
190
200
210
220
230 240 250
Температура, К
5-компонентные углеводородные смеси с малой концентрацией октана, нонана и декана
1 – 5-компонентная смесь (С8 = 0.497 % моль, С9 = 0.989 % моль, С10 = 0.498 % моль).
2 – 5-компонентная смесь (С8 = 0.959 % моль, С9 = 0.502 % моль, С10 = 0.501 % моль).
31
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

54.

Заключение
1. Эффективное моделирование смесей углеводородов с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов реализуется посредством их представления
комбинацией простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы.
2. Фазовое поведение углеводородных смесей с малой концентрацией
высокомолекулярных компонентов существенно трансформировано по сравнению с
традиционными представлениями.
3.
Углеводородная
смесь
с
малой
концентрацией
высокомолекулярных
компонентов расщепляется на макроскопическую и ряд микроскопических фаз.
4. Каждый высокомолекулярный компонент, образующий углеводородную смесь,
имеет ограниченную область влияния на фазовое поведение системы в p-T-x
пространстве состояний.
5. Фазовое поведение простейших смесей газоконденсатной углеводородной
системы изоморфно, также изоморфно фазовое поведение смесей углеводородов,
представленных
как
комбинация
углеводородной системы.
32
простейших
смесей
газоконденсатной
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

55.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

56.

Введение
3
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

57.

Характерные зависимости 5-компонентных
углеводородных смесей с малой концентрацией
октана, нонана и декана
0,40
(dP/dT)V, МПа/К
105
1
0,35
0.49810
CV, кДж/(моль*К)
2
100
Ж-П
0,30
C9
95
0,25
90
Ж-П
0,20
85
0,15
0,10
C8
0.989C9
80
0.497C8
75
0,05
0,00
140
160
180
200
220
240
260 280 300
Температура, К
70
184
185
186
187
188
189
190
191 192 193
Температура, К
Температурный коэффициент давления (1) и изохорная теплоёмкость (2) 5-компонентных
углеводородных смесей с малой концентрацией октана, нонана и декана
1 – 5-компонентная смесь (С8 = 0.497 % моль, С9 = 0.989 % моль, С10 = 0.498 % моль).
2 – 5-компонентная смесь (С8 = 0.959 % моль, С9 = 0.502 % моль, С10 = 0.501 % моль).
33
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных как
комбинация простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

58.

59.

Построение фазовых диаграммМетод
прецизионной адиабатической калориметрии
Уникальность метода прецизионной
адиабатической калориметрии, при высокой
точности измерения, обусловлена возможностью решения очень широкого круга задач:
- Исследование фазового поведения углеводородов и построение фазовых диаграмм;
- Исследование сорбционно-десорбционных процессов с целью установления
закономерностей фазового поведения пластовых углеводородных флюидов в пористых
средах;
- Исследование процессов образования и разложения газовых гидратов и много
других.
Фактически, широта охвата решаемых задач
исследователя корректно ставить эти задачи.
предопределяется
лишь
умением
Особо важна роль калориметрии при исследовании фазового поведения и построении
фазовых диаграмм углеводородных смесей с малым содержанием высокомолекулярных
компонентов. В предлагаемом вашему вниманию докладе представлены результаты
последних исследований углеводородных смесей, моделирующих пластовые флюиды с
малым содержанием высокомолекулярных компонентов.
7
Калориметрические методы исследования фазового состояния
углеводородных флюидов в продуктивном коллекторе

60.

Давление, МПа
Технология построения фазовой диаграммы
0,8
24
= 407.503 кг м
-3
= 395.178 кг м
-3
(dP/dT)V, MPa/K
-3
= 407.503 кг м
III
-3
0,7
20
= 395.178 кг м
II
0,6
B
C' 5,2
16
B'
4,8
12
III'
4,4
8
IV
0,5
+C 9
-1 C 3
C
-C 9
-1 C 3
C
196 198 200
ВКТР
I
4
A
0
160
170
A
A'
B B'
0,3
0,2
0,1
A'
180
0,4
C'
0,0
190
200
210
Микрофаза - октан
220
230
240
Температура, К
170
180
190
200
210
220
230
Температура, К
Микрофаза - нонан
Фазовое поведение простейших смесей
газоконденсатной углеводородной системы
изоморфно. С увеличением молекулярного веса высокомолекулярного компонента линия
образования микрофазы смещается в область повышенной температуры.
8
Адиабатическая калориметрия углеводородов, представленных комбинацией простейших смесей газоконденсатной углеводородной системы

English Русский Rules