6.1: Вступ
- Page ID
- 29270
Поки ми бачили, що значна частина важливого значення, яке ми надаємо розумінню фазової поведінки, походить від здатності, яку вона дає нам передбачати, як буде вести себе дана система в різних умовах. Нам потрібні фазові діаграми, щоб подивитися, який стан системи, з якою ми маємо справу; тобто який її початковий стан. Насправді, якщо ми подивимось на видобуток нафти, ми часто говоримо про термодинамічний процес, який відбувається, включаючи технологічний шлях, подібний до того, який ми бачили в будь-якому базовому курсі термодинаміки.
Просто щоб дати ілюстрацію, розглянемо Малюнок\(\PageIndex{1}\).
Виробництво, як визначено вище, передбачає взяття резервуара від початкового стану (P A, T f) до кінцевого стану виснаження (P B, T f), (P D, T f), (P E, T f) або навіть (P F, T f) . Після того, як кінцеві точки нашого термодинамічного шляху фіксуються, єдиним найважливішим питанням є визначення шляху, який веде до такої кінцевої точки. Цей шлях диктує, чи є у вас максимально можливе відновлення з системи.
Коли ми говоримо про циклічність газу, ми, як правило, маємо на увазі практику впорскування газу назад у резервуар. Це робиться для того, щоб оптимізувати термодинамічний шлях, який ми вирішили пройти. У типовій системі конденсату ви зазвичай виробляєте вологий газ із системи з високим виходом рідини на поверхні. На поверхні ви пропускаєте цей газ через ряд сепараторів; під час цього процесу рідина буде випадати. Випадає рідина буде багата важчими компонентами. Значить, газ, який виходить з сепаратора, буде сухим (тобто дуже легким). Якщо ви впорскуєте цей пісний газ назад у резервуар, відбудеться процес вилуговування. Все, що ви намагаєтеся зробити з точки зору фазової діаграми, - це перемістити межу фази і точку роси вліво (зони нижчих температур). Дозвольте пояснити це докладніше.
Припустимо, що ми маємо фазову оболонку для пластової рідини, показану на малюнку\(\PageIndex{1}\), із заданим шляхом видобутку. Якби ми йшли шляхом від (A, T f) до (E, T f), ми б увійшли в двофазну область і в кінцевому підсумку мали рідину в резервуарі. Однак ви не хочете рідини в резервуарі, оскільки її низька рухливість диктує, що вона не буде відновлена! Далі ви хочете перемістити цю фазову діаграму вліво, впорскуючи легший газ. Коли ви впорскуєте більш легкий газ, фазова оболонка зміщується вліво; ваш виробничий шлях буде вільний від випадання рідини в умовах резервуара. Впорскуючи газ, ми робимо загальний склад резервуарної рідини запальничкою. Вплив композиції на поведінку фаз обговорювався в попередньому модулі (див. Рис. 5.2.2 в модулі 5). Цей приклад демонструє важливість фазових діаграм як інструментів, які допомагають нам виробляти резервуар оптимальним способом.
Отже, ми визнаємо, що нам потрібні дані про поведінку фаз для цієї конкретної системи. Питання зараз полягає в тому, як ми отримуємо дані? Ми можемо збирати дані принаймні двома способами: з лабораторних вимірювань та польових вимірювань. Лабораторні експерименти коштують дорого, і ми не можемо сподіватися генерувати дані для кожного передбачуваного стану, з яким ми можемо зіткнутися. Просто щоб дати вам уявлення, створення однофазної оболонки може коштувати щонайменше 120 000 доларів. Це не те, що ви хочете робити весь час. З іншого боку, якщо ви пішли на поле, ви втратите цінні ресурси або доведеться припинити операції, щоб зробити свої спостереження. На звичайній основі ви не хочете використовувати поле або лабораторію як основні джерела даних про поведінку фаз. Ці варіанти означають багато втраченого доходу і великі витрати. Чи є третій варіант? Так, дійсно. Ми можемо розраховувати на прогноз, за допомогою якого ми виробляємо модель, яка може зробити цю роботу за нас. Фактично, ми будемо мати справу і розвивати цей варіант в цьому курсі.
Основою такої моделі є те, що називається рівнянням стану (EOS). Отже, центральною частиною цього курсу є EOS, оскільки вони є основою того, що ми робимо у фазовій поведінці.
Є ще кілька прикладів, які дуже яскраво ілюструють, чому нам потрібно вивчати рівняння стану. Наприклад, давайте подумаємо про поняття рівноваги.
У видобутку нафти ми, як правило, робимо припущення, що на кожному етапі система знаходиться в рівновазі. Коли ви думаєте про рівновагу, ви взагалі думаєте про систему, яка є статичною, тобто не рухається. Коли система рухається, вона насправді не може бути в рівновазі. Тим не менш, найкращий підхід, який ми маємо до цього часу, - це описати його за допомогою рівноважної термодинаміки. Хоча ми зазвичай припускаємо рівновагу, ми визнаємо, що це не ідеальне припущення, але що воно є розумним.
Це означає, що в процесі видобутку резервуара, процесу, який завжди передбачає рух, я припускаю, що всюди газ і рідина знаходяться в рівновазі. З цим припущенням ми вільні використовувати рівноважну термодинаміку, тому ми можемо використовувати ЕОС в описі стану системи.
Розглянемо резервуар на рис. 6.1.1, що знаходиться в цілком газоподібному стані при (A, T f), і має відомий текучий склад z ri (i=1,... n). Оскільки ми виробляємо цей резервуар через трубопровід, ми приймаємо рідину з умов резервуара через батарею сепараторів. Взагалі кажучи, ми маємо справу з серією сепараторів, але заради цього обговорення будемо вважати, що у нас є всього один сепаратор.
Цей сепаратор не дбає про тиск і температуру резервуара. Він піклується лише про власний тиск і температурний стан: P s, T s. Склад рідини на вході сепаратора приймається таким же, як і у пластової рідини, хоча це строго вірно тільки для однофазних умов.
Рідина виходить з сепаратора двома потоками: паровим потоком і потоком рідини. Як інженер-нафтовик, ми хочемо знати, скільки газу, скільки рідини, і якість (склади) обох потоків. Тобто нам потрібна кількісна і якісна інформація. Як ми будемо вивчати в Модулі 12, ми можемо виконати матеріальний баланс навколо кожного сепаратора, щоб розрахувати кількість пари та рідини, яка підлягає відновленню. Нам знадобляться властивості обох потоків (таких як щільність та молекулярна маса), щоб висловити витрати у відповідних польових одиницях.
Як ми все це генеруємо? Нам потрібен інструмент; цей інструмент - рівняння стану! Навіщо нам рівняння стану? Нам потрібно EOS, щоб визначити стан системи і визначити властивості системи в такому стані. Саме тому його називають рівнянням стану. Як ви могли помітити, щось критичне в цій серії лекцій - це вміння встановлювати зв'язки у всьому матеріалі, який ми вивчаємо. Ми не будемо розглядати кожну тему просто як ізольований відсік , а натомість ми повинні думати з точки зору того, як кожен фрагмент інформації вписується в загальну картину, яку ми розробляємо.