ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАВИСИМОСТИ КОЭФФИЦИЕНТА ПАРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОТ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ ПАР ВЕЩЕСТВ

АННОТАЦИЯ

На процесс разработки нефтяных, нефтегазовых и газоконденсатных месторождений оказывают влияние фазовые превращения пластовой смеси, а в процессе промысловой подготовки углеводородов они определяют ход процесса и выход целевых продуктов.

Осложнения при моделировании фазовых превращений связана с определением констант фазового равновесия компонентов смеси. Исследования по определению констант фазового равновесия компонентов сложных углеводородных смесей получили развитие по двум основным направлениям. Первое основано на использовании термодинамических соотношений и уравнений состояния. Так как в уравнения состояния входят коэффициенты, характеризующие чистые компоненты, то их используют в основном для расчета фазовых равновесий смесей легких углеводородов, азота, углекислоты и сероводорода. При использовании этих уравнений к природным системам газ – конденсат и газ – нефть требуется вводить дополнительные эмпирические корреляции, учитывающие сложность состава этих систем. Второе направление – это определение констант фазового равновесия по графическим зависимостям, построенным на основе экспериментальных данных по фазовым равновесиям бинарных, тройных и многокомпонентных смесей. Этот эмпирический подход не является оптимальным и достоверным, так как точность расчетов фазовых превращений при данном методе, на порядок ниже, чем в других.

Ключевые слова: уравнение Пенга – Робинсона, коэффициент парного взаимодействия, уравнение состояния, парожидкостное равновесие.

Моделирование фазовых превращений природных углеводородных смесей позволяет изучать их влияние не только на процессы разработки и эксплуатации нефтяных и газоконденсатных месторождений, но и на процессы формирования и сохранения углеводородных залежей.

Исследования фазовых превращений компонентов пластовой смеси экспериментальным путем - очень дорогостоящие, трудоемкие и длительные исследования, требующие для их реализации сложной специальной аппаратуры, поэтому проблема решается, преимущественно, расчетным способом с помощью уравнений состояний. Наиболее широко применяемым уравнением является уравнение Пенга- Робинсона.

При работе с уравнением необходимо знать коэффициенты парного взаимодействия (КПВ). Данные коэффициенты считаются постоянными и не зависящими от температуры. Однако некоторые ученые отметили в своих наблюдениях, что эти коэффициенты зависят от температуры, но исследований, дающих точный ответ на данный вопрос, проведено не было. Целью данной работы является нахождение такой зависимости.

В качестве исходных данных были взяты данные по двум парам веществ: пропан-н-гексан и пропан-н-гептан.  Для проведения расчетов была написана специальная алгоритмическая программа, на языке программирования Fortran. В ходе расчетов были построены графики зависимости КПВ от температуры для двух пар веществ. Эти зависимости были аппроксимированы полиномом второго порядка от температуры. В дальнейшем этот полином использовался для расчета значений КПВ. Были проведены расчеты фазового равновесия при значениях КПВ используемых в настоящее время[1] и значениях КПВ, зависящих от температуры.

В результате расчетов было установлено, что при применении переменного КПВ, зависящего от температуры среднеарифметическая по модулю относительная ошибка расчетов составов фаз снизилась для системы пропан-н-гептан с 8,6%  до 8,4 % , а для системы пропан-н-гексан с 14,5 до 12,7 %, однако при определенных температурах ошибка расчета при применении переменного КПВ снижается  значительно.  Из всего этого можно сделать вывод, что КПВ зависит от определенных термодинамических условий, выявить которые необходимо проведя ряд исследований.

Данный расчет был выполнен с использованием данных, полученных иностранными учеными, преимущественно в шестидесятых – семидесятых годах, двадцатого века. Для раскрытия полной картины поведения углеводородных  бинарных систем, при определенных термодинамических условиях требуется провести дополнительные исследования, на современном, более точном оборудовании.

Список литературы:

1. Брусиловский, А.И. Фазовые превращения при разработке месторождений нефти и газа. – М.:Грааль, 2002 – 579 с.
2. Степанова, Г.С. Фазовые превращения в месторождениях нефти и газа – М.: Недра, 1983. 192 с.
3. Kay W.B. Vapor – Equid equilibrium relationships of binary systems. Propane – n-alkane systems: n-hexane and n-heptane // Ind. Chem. Eng. Data. – 1971. – v. 16. - №2. – pp. 137-140.
4. Chu T.-C., Chen R.J.J., Chappelear P.S., Kobayashi R. Vapor-liquid equilibrium of the methane – pentane system at low temperatures and high pressures. // J.Chen. Eng. Data. -1976. –v. 21. -№1. – pp. 41-44.
5. Gunn R.D., Mcketta J.J., Ata N. Measurement and prediction of high – pressure phase equilibrium with a dilute component in the gas phase: the methane – n-hexane system // AIChE Journal, 1974. – v. 20. - №2. – pp. 347-352.
6. Lin Y. – N., Chen R.J., Chappealer P.S., Kobayashi R. Vapour-liquid equilibrium of methane – n-hexane system at low temperature J.Chem Data, 1977, v.22, №4, pp. 402-408.