Фазовые превращения

Углеводородные системы, как и другие системы, могут быть гомогенными или гетерогенными. В гомогенной системе все ее части имеют одинаковые физические и химические свойства. Для гетерогенной системы физические и химические свойства в разных точках различны.

Гетерогенные системы состоят из фаз. Фазой называется гомогенная часть гетерогенной термодинамической системы, ограниченная поверхностью раздела. Например, в гетерогенной системе одновременно содержатся лед, вода и водяной пар. В данном примере лед независимо от того, представлен он в виде одного куска или раздроблен на несколько частей, является одной фазой. Нельзя отождествлять агрегатные состояния с фазами. Агрегатных состояний всего четыре – твердое, жидкое, газообразное и плазменное. В многофазной системе различные фазы могут находиться как в разных агрегатных состояниях, так и в одинаковых (например, нефть и вода). Максимально возможное число сосуществующих фаз в системе с заданным числом компонентов фаз определяется из правила фаз Гибса. Согласно правилу Гибса число независимых интенсивных переменных, определяющих состояние термодинамической системы, находящейся в равновесии F определяется выражением:, (9.1)

где N – количество компонент в системе, m – фаза.

Под F подразумеваются такие независимые переменные как давление, температура и состав фаз.

Поскольку минимальное значение F = 0, то из формулы (9.1) получаем, что максимально возможное число сосуществующих фаз определяется: (9.2)

Для наглядного изображения фазовых превращений пользуются диаграммой состояния (фазовой диаграммой), представленной на рис. 9.1 и 9.2. На диаграмму наносятся кривые фазового равновесия в координатах давление и мольный объем или давление и температура. Кривой фазового равновесия называется линия на фазовой диаграмме, соответствующая состояниям равновесно сосуществующих фаз.

Фазовые диаграммы полезны для лучшего понимания закономерностей парожидкостного равновесия в системах природных углеводородов. Существуют отличия между особенностями фазового равновесия чистых веществ и систем, состоящих из двух и более компонентов. При фазовом равновесии однокомпонентной системы она расслаивается на фазы, состоящие только из данного чистого вещества, а если система состоит из двух и более компонентов, то в общем случае доли компонентов в равновесных фазах не совпадают, т.е. имеют различные составы. Это обусловливает возникновение уже для двухкомпонентных систем таких физических явлений, которые не наблюдаются для чистых веществ. Для систем с числом компонентов больше двух характерны многие физические явления, которые наблюдаются в бинарных системах. Поэтому закономерности, присущие парожидкостному равновесию многокомпонентных систем иллюстрируются на основе фазовых диаграмм бинарных смесей.

32.Влияние воды на фазовые превращение УВ. Природные газы и газоконденсатные смеси контактируют в пласте

с остаточной водой коллекторов, а также краевыми и подстилающими

водами. Вследствие этого газы в пласте содержат то или иное коли-

чество паров воды. Концентрация водяных паров в газе зависит от

давления, температуры и состава газа.

Причины повышения давления начала конденсации углеводород-

ных систем в присутствии паров воды можно объяснить исходя из

общей теории фазовых превращений.

Смесь паров воды с углеводородами можно представить в виде

бинарной системы, один из компонентов которой (углеводород)

обладает высокой летучестью паров, а другой (вода) — тяжелый компонент с меньшей летучестью. С повышением концентрации тяжелого компонента

критическое давление системы всегда становится больше,

чем критическое давление любого компонента, находящегося в смеси

(кроме случая, когда один из компонентов преобладает настолько, что

критические свойства смеси становятся близкими к свойствам инди-

видуального компонента). Рост критического давления и темпера-

туры сопровождается повышением давления начала конденсации

в критической области.

Соли, растворенные в воде, понижают парциальное давление

паров воды в газовой фазе и поэтому влагосодержание газа, находя-

щегося в равновесии с рассолом, уменьшается с ростом концентра-

ции солей в воде.

С увеличением молекулярной массы газа (с 16 до 30) влагосодер-

жание его уменьшается в пределах температур и давлений, встреча-

ющихся на практике незначительно (на 3—5%).