§ 3. Влагосодержание природных газов и газоконденсатных систем, влияние воды на фазовые превращения углеводородов

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 количество паров воды. Концентрация водя­ных паров в газе зависит от давления, температуры и состава газа.

Как и в случае углеводородных компонентов, при опреде­ленном давлении и температуре в единице объема газа может содержаться определенное максимальное количество воды. Газ при этом будет насыщенным водяными парами. При повыше­нии температуры этот газ при том же влагосодержании будет недонасыщен парами воды.

Отношение количества водяных паров, находящихся в газе при данных условиях, к максимально возможному количеству водяных паров в газе при тех же условиях называют относи­тельной влажностью газа. Эта величина характеризует степень насыщения газа водяным паром. Относительная влажность выражается в долях единицы или в процентах.

Количество водяных паров, находящихся в единице объема или массы газа, называют абсолютной влажностью. Абсолют­ная влажность измеряется в г/м³ или в г/кг.

На рис IV.12 приведена номограмма для определения влагосодержания природных газов (с относительной плотностью 0,6) в условиях насыщения в зависимости от давления и тем­пературы. Как следует из этого рисунка, с повышением темпе­ратуры влагосодержание газа возрастает. Повышение давления способствует снижению содержания воды в газе.

Р ис. IV.12. Номограмма для определения влагосодержания природных газов при различных давлениях и температурах

Соли, растворенные в воде, понижают парциальное давление паров воды в газовой фазе, и поэтому влагосодержание газа, находящегося в равновесии с рассолом, уменьшается с ростом концентрации солей в воде.

С увеличением молекулярной массы газа (с 16 до 30) вла­госодержание его уменьшается в пределах температур и дав­лений, встречающихся на практике, незначительно (на 3—5%). Учет влияния солей, растворенных в воде, и различия плот­ностей газа проводятся по корректировочным графикам, опи­санным в специальной литературе.

Пары воды, присутствующие в газах и газоконденсатных смесях, влияют на фазовые превращения углеводородных си­стем. В качестве примера можно привести данные А. И. Гри­ценко, исследовавшего влияние воды на фазовые превращения газоконденсатных смесей Челбасского и Майкопского место­рождений. В пластовых условиях в газоконденсатной смеси Челбасского месторождения (р_пл=22,8 МПа и t_пл=96,1 °С) растворяется от 5,38 до 5,43 см³/м³ воды. Количество раство­ренной воды в газоконденсатной смеси Майкопского месторож­дения в пластовых условиях (р_пл = 30,3 МПа и t_пл=128°С) составляет 10,5 см³/м³. В процессе исследования А. И. Гри­ценко наблюдал, что при изотермическом (при пластовой тем­пературе) снижении давления в газоконденсатной системе, со­держащей водяные пары, одновременно выделяются конденсат и вода (двойная обратная конденсация). Было установлено, что давление однофазного состояния в присутствии воды уве­личивается и равно для Челбасского месторождения 21,37 МПа (без воды — 20,7 МПа), а для Майкопского месторождения 29,1 МПа (без воды — 27,8 МПа). Это свойство газоконденсат­ных систем, содержащих пары воды, необходимо учитывать при разработке месторождений — давление начала конденсации углеводородов следует определять по пробам, содержание па­ров воды в которых приближается к пластовым значениям. Если используется только углеводородная часть системы газокон-денсатного месторождения, давления однофазного состояния получаются заниженными.

Явления двойной обратной конденсации — выделение кон­денсата и воды из углеводородных систем, содержащих водя­ные пары, в условиях изотермического снижения давления на­блюдал впервые Ван-дер-Ваальс. Это явление часто встречается в системах, в которых один из компонентов полярный.

Причины повышения давления начала конденсации углево­дородных 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. Как было установлено в предыдущих разделах, с повышением концен­трации тяжелого компонента (см. рис. IV.2, б) 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 индивидуального компонента). Рост критического давления и температуры сопровождается повышением давления начала конденсации в критической области.