Некоторые свойства газов и нефтей

16.11.2020

При нормальных условиях температуры и давления углеводороды от метана до бутана находятся в газообразном состоянии. При повышении давления пропан и бутан легко переходят в жидкое состояние. Упругость насыщенных паров углеводородов, т. е. то давление, при котором газ начинает конденсироваться и переходить в жидкое состояние, увеличивается с ростом температуры и уменьшением плотности углеводорода. Так, если при температуре 20°С упругость паров бутана равна примерно 0,2 МПа, то этана — около 4 МПа; при температуре 80°С упругость паров повышается соответственно до 1 и 11 МПа. Упругость паров метана наибольшая и при температуре 20°С превышает 25 МПа.

Природные газы не подчиняются строго уравнениям состояния идеальных газов. Обычно для расчета состояния природных газов пользуются уравнением Клапейрона, в которое введена поправка, учитывающая отклонение реальных газов от законов сжатия и расширения идеальных:

где р — давление; V — объем газа; вс — поправка, называемая коэффициентом сжимаемости; M — масса газа; R — газовая постоянная; T — абсолютная температура по шкале Кельвина.

Считают, что в идеальном газе объем молекул мал по сравнению с объемом газа, а сами молекулы не подвержены влиянию сил взаимного притяжения. Молекулы же реальных газов имеют определенные размеры, массу и взаимодействуют друг с другом. При малом давлении, когда число молекул в единице объема и занимаемый ими объем невелики, реальный газ приближается к идеальному, а коэффициент сжимаемости его близок к единице. С увеличением давления молекулы газа сближаются, а силы притяжения между ними помогают внешним силам, сжимающим газ. Поэтому реальные газы должны сжиматься сильнее, чем идеальный газ, а коэффициент сжимаемости должен уменьшаться. Если же углеводородный газ сжат настолько, что плотность его приближается к плотности жидкости, межмолекулярные расстояния сокращаются столь значительно, что между молекулами газа начинают действовать силы отталкивания, которые препятствуют дальнейшему сжатию. В таких условиях реальный природный газ должен сжиматься меньше, чем при меньших давлениях, а коэффициент сжимаемости его должен расти. На рис. 3 приводится экспериментальный график зависимости коэффициента сжимаемости углеводородных газов, которые не содержат значительных количеств неуглеводородных компонентов, от приведенного давления

и от приведенной температуры

где ркрi и Ткрi — критические давление и абсолютная температура i-го компонента (например, метана) природного газа; pкр = Eyipкрi и Ткр = EyiTкрi — соответственно среднекритические давление и абсолютная температура; yi — мольная концентрация i-гo компонента в газе.

Если в состав природного газа входят также неуглеводородные компоненты, основным из которых (по занимаемому объему) является азот, коэффициент сжимаемости газа можно вычислить по правилу аддитивности: параметры смеси примерно пропорциональны мольным концентрациям и параметрам отдельных компонентов

где уа — мольная доза азота; вс.а и вс.у — коэффициенты сжимаемости азота (рис. 4) и углеводородной части газа соответственно.

Отношение объема газа при пластовых условиях температуры и давления к объему, который газ займет при нормальных условиях, обычно называют объемным коэффициентом. Величину этого коэффициента можно найти, воспользовавшись уравнением (1.19) Клапейрона

где Тпл — абсолютная температура в пласте.

Одна из важных характеристик — относительная плотность газа. Под относительной плотностью газа ро.г понимают отношение массы газа, заключенной в единице объема при данном давлении и температуре, к массе сухого воздуха в том же объеме при тех же условиях

где рг и рвз — плотности газа и воздуха соответственно.
Некоторые свойства газов и нефтей

Плотность природного газа зависит от его состава, температуры и давления. Чем меньше концентрация метана и выше содержание этана, пропана и более тяжелых углеводородов, тем больше плотность газа. Один киломоль любого газа при нормальных условиях занимает объем в 22,4 м3. Если состав газа известен, плотность его при нормальных условиях можно найти по формуле

где Mг — средняя молекулярная масса газа:

Здесь Мгi — молекулярная масса i-гo компонента.

Влияние температуры и давления на плотность газа показано на рис. 5. Зная относительную плотность газа, легко по этому графику определить истинную плотность при заданных давлении и температуре.

Углеводородные и другие газы растворяются в нефти. От количества растворенного в пластовой нефти газа зависят ее важнейшие свойства, в том числе сжимаемость, вязкость, плотность. Чем выше молекулярная масса газа, тем больше растворимость его в нефти. Наименее растворимы азот и метан. С ростом давления растворимость газов обычно возрастает; однако при повышении давления свыше примерно 10 МПа количество растворенного в нефти газа может практически стабилизироваться на определенном уровне, а в некоторых случаях даже снижаться. В парафинистых нефтях растворимость газов наибольшая; с увеличением содержания ароматических углеводородов растворимость падает. С повышением температуры растворимость углеводородных газов уменьшается.

При увеличении давления объем нефти вследствие ее упругости уменьшается. Упругость нефти характеризуют коэффициентом сжимаемости, под которым понимают относительное изменение ее объема при увеличении давления на 1 Па:

где AVн — изменение объема нефти; Vн — исходный ее объем; Ap — прирост давления.

Коэффициент сжимаемости нефтей, не содержащих растворенного газа, колеблется от 4*10в-10 до 7*10в-10 Па-1; коэффициент сжимаемости легких нефтей, в которых растворено значительное количество газа, достигает 140*10в-10 Па-1. Он растет с повышением температуры.

Если отобрать пробу нефти при пластовых условиях и затем снижать давление, из нефти начнет выделяться растворенный газ. То давление, при котором начинается выделение газа из жидкости, называют давлением насыщения. Обычно на новых нефтяных месторождениях пластовое давление выше давления насыщения. Если в процессе опробования, освоения или эксплуатации скважины давление на ее забое снизить ниже давления насыщения, выделение газа может начаться в продуктивном пласте. Давление насыщения зависит от состава нефти, температуры и состава растворенных газов. Чем выше температура или больше содержание азота и метана, тем больше давление насыщения. Давления насыщения в разных участках продуктивного пласта могут быть не одинаковыми из-за различия в составе нефти.

Так как в пластовых условиях нефть содержит значительное количество растворенного газа, плотность ее в этих условиях ниже плотности дегазированной нефти. С повышением давления плотность нефти, насыщенной углеводородными газами, уменьшается, а азотом или углекислым газом — несколько возрастает. С ростом температуры плотность нефти уменьшается.

Вязкость нефти снижается по мере увеличения количества растворенных в ней углеводородных газов, роста температуры и несколько возрастает при повышении давления выше давления насыщения. При растворении азота в нефти вязкость возрастает. Вязкость нефтей различных месторождений изменяется в пластовых условиях в широком диапазоне — от многих сотен до десятых долей мПа*с; она может быть в десятки раз меньше вязкости дегазированной нефти.

Свойства нефтей могут существенно изменяться как с глубиной залегания залежи, так и по ее площади. Вязкость нефти в пласте обычно увеличивается от купола складки к крыльям, давление насыщения и количество газа, растворенного в 1 м3 нефти, уменьшаются по мере приближения к водонефтяному контакту.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2020
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна