Плотность газа рг рассчитывается по формуле

где— объем 1 моля газа при стандартных условиях.

Обычно значение р_г находится в пределах 0,73— 1,0 кг/м³.

Чаще пользуются относительной плотностью газа по воздуху р_гв, равной отношению плотности газа р_г к плотности воздуха ρ_в, взятой при тех же давлении и температуре:

Еслииопределяются при стандартных условиях, то= 1,293 кг/м³ и = /1,293 кг/м³.

Уравнения состояния газов используются для определения многих физических свойств природных газов. Уравнением состояния называется аналитическая зависимость между дав­лением, объемом и температурой.

Состояние газов в условиях высоких давления и темпера­туры определяется уравнением Клайперона — Менделеева; pV - NRT. где р — давление; V — объем идеального газа; N — число киломолей газа; R — универсальная газовая постоянная; Т — температура.

Эти уравнения применимы для идеальных газов.

Идеальным называется газ, силами взаимодействия между молекулами которого пренебрегают. Реальные углеводород­ные газы не подчиняются законам идеальных газов. Поэтому уравнение Клайперона - Менделеева для реальных газов за­писывается в виде

где Z - коэффициент сверхсжимаемости реальных газов, зависящий от давления, температуры и состава газа и харак теризующий степень отклонения реального газа от закона для идеальных газов.

Коэффициент сверхсжимаемости Z реальных газов — это отношение объемов равного числа молей реального V иидеального V_и газов при одинаковых термобарических условиях (т.е. при одинаковых давлении и температуре): Z= V/ V_и

Значения коэффициентов сверхсжимаемости наиболее надежно могут быть определены на основе лабораторных ис­следований пластовых проб газов. При отсутствии таких ис­следований прибегают к расчетному методу оценки Z пo графику Г. Брауна (см. практическую работу). Для пользования графиком необходимо знать так называемые приведенные псевдокритическое давление и псевдокритическую температуру.

С приближением значений давления и температуры к критическим свойства газовой и жидкой фаз становятся одинаковыми, поверхность раздела между ними исчезает и плотности их уравниваются.

С появлением в системе двух и более компонентов в закономерностях фазовых изменений возникают особенности, отличающие их поведение от поведения однокомпонентного газа. Не останавливаясь на подробностях, следует отметить, что критическая температура смеси находится между критическими температурами компонентов, а критическое давление смеси всегда выше, чем критическое давление любого компонента.

Для определения коэффициента сверхсжимаемости Z реальных газов, представляющих собой многокомпонентную смесь, находят средние из значений критических давлений и температур каждого компонента. Эти средние называются псевдокритическим давлением P_пкр и псевдокритической температурой Т_пкр. Они определяются из соотношений:

— критические давление и температура i;-го компонентах_j — доля -го компонента в объеме смеси (в долях единицы).

Приведенные псевдокритические давление и температура, необходимые для пользования графиком Брауна, представля­ют собой псевдокритические значения, приведенные к кон­кретным давлению и температуре (к пластовым, стандартным или каким-либо другим условиям): Р_пр = Р / Р_пкр T_пр = Т / Т_пкр где р и Т — конкретные давление и температура, для кото­рых определяется Z.

Если состав газа неизвестен, то его псевдокритические давление и температуру определяют по графикам (рис. 40). В том случае, когда в газе содержатся H₂S, N₂ и СО₂, в значе­ния, снятые с этих графиков, вводят поправки с соответст­вующим знаком. Если неуглеводородных компонентов в газе более 15%, графиками на рис. 40 пользоваться не рекомен­дуется

Рнс. 39. Диаграмма фазового состояния чистого этана (по Ш.К. Гиматудинову):

u— удельный объем; P -давление

Для определения коэффициента сверхсжимаемости Z реальных газов, представляющих собой многокомпонентную смесь, находят средние из значений критических давлений и температур каждого компонента. Эти средние называются псевдокритическим давлением P_пкр и псевдокритической температурой Т_пкр. Они определяются из соотношений:

— критические давление и температура i;-го компонентах_j — доля -го компонента в объеме смеси (в долях единицы).

Приведенные псевдокритические давление и температура, необходимые для пользования графиком Брауна, представля­ют собой псевдокритические значения, приведенные к кон­кретным давлению и температуре (к пластовым, стандартным или каким-либо другим условиям):

Р_пр = Р / Р_пкр T_пр = Т / Т_пкр

где р и Т — конкретные давление и температура, для кото­рых определяется Z.

Если состав газа неизвестен, то его псевдокритические давление и температуру определяют по графикам (рис. 40). В том случае, когда в газе содержатся H₂S, N₂ и СО₂, в значения, снятые с этих графиков, вводят поправки с соответст­вующим знаком. Если неуглеводородных компонентов в газе более 15%, графиками на рис. 40 пользоваться не рекомендуется

Коэффициент сверхсжимаемости Z обязательно использу­ется при подсчете запасов газа, прогнозировании изменения давления в газовой залежи и решении других задач.

Влагосодержание природных газов связано с тем, что природные газы и газоконденсатные смеси контактируют с пластовыми водами различных форм и видов (см. раздел 4 настоящей главы), вследствие чего содержат определенное количество паров воды. Концентрация водяных паров в газе зависит от его состава, давления, температуры. Отношение количества водяных паров (в долях единицы или процентах), находящихся в газе, к максимально возможному содержанию водяных паров в том же газе при тех же условиях называют относительной влажностью газа. Она характеризует степень насыщения газа водяным паром. Количество водяных паров, находящихся в единице объема или массы газа (г/м³ или г/кг), называют абсолютной влажностью.

Пары воды, присутствующие в газах и газоконденсатных смесях, влияют на фазовые превращения углеводородных систем. При определенных термодинамических условиях во­да может выделяться из газа (конденсироваться), т.е. перехо­дить в капельно-жидкое состояние. В газоконденсатных сис­темах могут одновременно выделяться вода и конденсат. В присутствии воды давление начала конденсации УВ увеличивается

Объемный коэффициент пластового газа b_г, представляющий собой отношение объема газа в пластовых условиях V_пл.г к объему того же количества газа V_ст, который он занимает в стандартных условиях, можно найти с помощью уравнения Клайперона - Менделеева:

b_г = V_пл.г / V_ст = Z(Р_стТ_пл) / (Р_плТ_ст ) (V. 15)

где— давление и температура соответственно в пластовых и стандартных условиях.

Значение величины b_г имеет большое значение, так как объем газа в пластовых условиях на два порядка (примерно в 100 раз) меньше, чем в стандартных условиях.

Рис. 40. Графики зависимости псевдокритических давления Р_пкр (а) и температуры Т_пкр (б) от плотности углеводородных газов по воздуху r_г.в. по Ю.П. Гаттенбергеру).

Месторождения: 1 — газовые, 2 — газоконденсатные; поправки, %, к вели­чинам псевдокритических давления DР и температуры D

Дата добавления: 2014-01-14