2.3 Гидратообразование газов (рис 97-107)
Природные газы, представляющие собой смесь различных компонентов, при определенных давлениях и температурах в присутствии воды образуют белые кристаллические вещества, названные гидратами.
Из компонентов природных газов самостоятельно образуют гидраты: метан, этан, пропан, изобутан, азот, диоксид углерода, сероводород, а также меркаптаны.
Известны две структуры гидрата: структура I состоит из 46 молекул воды, а структура II – из 136. Число молекул воды в гидрате, приходящемся на одну молекулу газа при полном заполнении всех полостей, равно: для структуры I –n=5,75, для структуры II – n=5,667.
Как правило, природные газы образуют гидраты II структуры. При содержании пропана и изобутана в составе природных газов в 0,1% образуются гидраты структуры II, а в остальных случаях – структуры I. Гидраты структур I и II различаются между собой только их кристаллографическими данными (см. таблицу 2.11).
Экспериментально установлено, что гидраты, как правило, образуются на поверхности контакта воды с газом.
Механизм гидратообразования газов заключается в следующем, На поверхности раздела фаз происходит выпрямление искривленных водородных связей между молекулами воды в поверхностном слое жидкости. Мольный объем воды увеличивается. В результате полости квазикристаллической структуры воды оказываются доступными для адсорбции ими молекул газа. Когда количество адсорбпроводных молекул газа достигает их критической величины, происходит фазовый переход. Максимальное число молей газа в полостях структуры поверхностного слоя воды, требующееся для начала процесса гидратообразования, соответствует числу его молей в больших полостях элементарной ячейки гидратной решетки.
Таблица 2.11 – Параметры элементарных ячеек газовых гидратов
Источник
2.3. Влагосодержание и гидраты природных газов. Состав гидратов природных газов.
Гидратами углеводородных газов называются кристаллические вещества, образованные ассоциированными молекулами углеводородов и воды; они имеют различную кристаллическую структуру.
Свойство гидратов газов позволяет рассматривать их как твердые растворы. Исследования показывают, что содержание водяного пара в газообразной фазе в системе газ — гидрат меньше, чем в системе газ — вода.
Возникновение гидрата обусловлено определенными давлением и температурой при насыщении газа парами воды. Гидраты распадаются после того, как упругость паров воды будет ниже парциальной упругости паров исследуемого гидрата. Углеводородные и некоторые другие газы, контактирующие с водой при определенных давлениях и температуре, также могут образовывать кристаллогидраты. Кристаллогидраты природных газов внешне похожи на мокрый спрессованный снег, переходящий в лед. Плотность гидратов несколько меньше плотности воды – 980 кг/м 3 . Образование их сопровождается выделением тепла, разложение – поглощением. Существует мнение ученых-геологов, что, значительные запасы природного газа связаны с газогидратными залежами, расположенными в зонах вечномерзлотных пород, и на дне океанов, где, как известно, температура составляет 2¸3 0 С.
2.4. Пластовые воды
Пластовые воды имеются в большинстве нефтегазовых месторождениях и являются обычным спутником нефти. Помимо пластов, в которых вода залегает вместе с нефтью, встречаются и чисто водоносные пласты. Пластовая вода в нефтяных и газовых залежах может находиться не только в чисто водяной зоне, но и в нефтяной и газовой, насыщая вместе с нефтью и газом продуктивные породы залежей. Эту воду называют связанной или погребенной. До проникновения в осадочные отложения нефти поровое пространство между зернами породы было заполнено водой. В процессе тектонических вертикальных перемещений горных пород (коллекторов нефти и газа) и после них углеводороды мигрировали в повышенные части пластов, где происходило распределение жидкостей и газов в зависимости от их плотности. Содержание связанной воды в породах нефтяных залежей колеблется от долей процента до 70% объема пор и в большинстве коллекторов составляет 20-30% этого объема. Пластовые воды обычно сильно минерализованы. Степень их минерализации колеблется от нескольких сот граммов на 1 м 3 в пресной воде и до 80 кг/м 3 в концентрированных рассолах. Минеральные вещества, содержащиеся в пластовых водах, представлены солями натрия, кальция, магния, калия и других металлов. Основные соли пластовых вод — хлориды, а также карбонаты щелочных металлов. Из газообразных веществ пластовые воды содержат углеводородные газы и иногда сероводород. Плотность пластовой воды в зависимости от количества растворенных в ней солей колеблется в пределах 1,01-1,02 г/см 3 и более. По значению плотности наряду с другими данными судят о происхождении воды. Вязкость пластовой воды в большинстве нефтяных месторождений меньше вязкости нефти. С повышением температуры вязкость воды уменьшается. Пластовые воды обладают электропроводностью, которая зависит от степени минерализации.
Коэффициент сжимаемости воды, т.е. изменение единицы объема ее при изменении давления на 0,1 МПа в пластовых условиях, находится в пределах 3,7·10 -5 ¸ 5·10 -5 1/0,1 МПа в зависимости от температуры и абсолютного давления. Содержание в воде растворенного газа повышает ее сжимаемость.
Растворимость газов в воде значительно ниже растворимости их в нефтях. Рост минерализации воды способствует уменьшению растворимости в ней газа. В прямой зависимости от минерализации вод находится и электропроводность. Пластовые воды являются электролитом.
Воды нефтяных месторождений могут содержать бактерии органических веществ, которые придают различную окраску (розовую, красную, молочную).
Вязкость пластовой воды при 20 0 С составляет 1 мПа·с, а при 100 0 С – 0,284 мПа·с.
Подтоварная вода содержит большое количество как органических, так и неорганических соединений, точный состав сильно варьируется в зависимости от геологической структуры месторождения, состава добываемого флюида. Кроме того, вода может содержать бактерии, суспендированные механические примеси, радионуклиды и тяжелые металлы. Таким образом, пластовая вода представляет собой достаточно агрессивную многокомпонентную жидкость, которая требует дополнительной очистки перед последующей утилизацией. Подтоварную воду нельзя спускать в реки или просто на поверхность земли. Пластовая вода крайне вредно действует на окружающую среду, содержащую неорганические соли, органические соли, органические кислоты и ионы тяжелых металлов, при этом она может иметь уровень радиоактивности, превышающий уровень радиоактивности окружающей среды.
Источник
Физико-химические свойства нефти, природного газ и пластовой воды. Ответы к тестовым заданиям
Вопрос 2. Назовите прибор для измерения плотности жидкости.
Ответ:
1) манометр;
2) термометр;
3) ареометр;
4) амперметр.
Вопрос 3. Определите плотность нефти.
Ответ:
1) 500 кг/м 3 ;
2) 850 кг/м 3 ;
3) 1070 кг/м 3 ;
4) 0,9 т/м 3 .
Вопрос 4. С увеличением содержания в нефти растворенного газа ее вязкость.
Ответ:
1) уменьшается;
2) увеличивается;
3) не меняется.
Вопрос 5. Свойства нефти в пластовых и атмосферных условиях ……..
Ответ:
1) отличаются;
2) не отличаются.
Вопрос 6. Давление, при котором газ находится в термодинамическом равновесии с нефтью, называется
……….
Ответ: давлением насыщения
Вопрос 7. Определите плотность природного газа (кг/м 3 ).
Ответ:
1) 0,065;
2) 0,65;
3) 15;
4) 50.
Вопрос 8. В каких единицах измеряется газовый фактор?
Ответ:
1) м 3 /т;
2) км/ч;
3) м 3 /сут.
Вопрос 9. Определите плотность гидратов природных газов (кг/м 3 ).
Ответ:
1) 680;
2) 980;
3) 1380;
4) 1500.
Вопрос 10. Может ли минерализация пластовых вод достигать 70 кг/м 3 ?
Ответ:
1) да;
2) нет.
Вопрос 11. Какими свойствами характеризуются пластовые воды?
Ответ:
1) плотностью;
2) сжимаемостью;
3) растворимостью газов;
4) электропроводностью;
5) вязкостью;
6) минерализацией;
7) пористостью.
Правильные ответы на вопросы выделены жирным шрифтом.
Источник