- •2. Физико-химические свойства газа, газоконденсатной смеси и пластовой воды, используемые при определении термобарических параметров газовых и газоконденсатных пластов и скважин
- •2.1 Составы природных газов (рис 30-31)
- •2.2. Определение физических свойств газа
- •2.2.1. Критические параметры природных газов и их компонентов
- •2.2.2 Фактор ацентричности молекул реальных газов (рис стр.44)
- •2.2.3 Приведенные параметры природных газов (рис 39-40)
- •2.2.4 Плотность газа (рис стр 40-43)
- •2.2.5 Коэффициенты сверхсжимаемости газов (рис стр-44-56)
- •2.2.6 Вязкость газа (рис 56-63)
- •2.2.7 Влагосодержание газа
- •2.2.8 Теплоемкость газа (рис 71-82)
- •2.2.9 Теплопроводность газа (рис 82-87)
- •1÷9 Теплопроводность газов при Рат: 1 – метана, 2 – этана, 3 – азота, 4 – пропана, 5 – n-бутана, 6 – n-пентана, 7 – углекислого газа, 8 – n-гексана, 9 – n-гептана.
- •2.2.10 Дросселирование газа. Коэффициент Джоуля-Томсона. (рис 87-91)
- •2.3 Гидратообразование газов (рис 97-107)
- •2.3.1 Структура и свойства гидратов
- •2.3.2 Методы определения равновесных давления и температуры гидратообразования (рис 101-107)
- •2.4 Определение физических свойств пластовых вод
- •2.4.1 Плотность пластовых вод
- •2.4.2. Вязкость пластовых вод
- •2.4.3 Сжимаемость пластовых вод
- •2.4.4 Растворимость природных газов в воде
2.2.3 Приведенные параметры природных газов (рис 39-40)
Приведенными параметрами называются отношения любых значений давления, температуры, объема и плотности к их критическим значениям и определяются формулами:
; ;;(2.9)
Эти параметры позволяют использовать принципы соответственных состояний для определения физических и теплофизических свойств газов. Наибольшее распространение получила двух- и трехпараметрическая форма принципа соответственных состояний. При двухпараметрической форме, т.е. без фактора ацентричности молекул, равенство физических свойств сравниваемых веществ достигается при равенстве двух приведенных параметров Рпри Тпр. При трехпараметрической форме равенства теплофизических свойств, кроме двух приведенных параметров Рпри Тпр, учитывается и ацентрический фактор ω.
2.2.4 Плотность газа (рис стр 40-43)
Плотность это отношение массы газа к единице его объема. Единица измерения плотности кг/м3. Плотность газа при стандартных условиях, т.е. при Р=0,1013МПа и Тст=293 К, может быть определена по формуле:
ρст=М/υст=М/24,04 (2.10)
где М молекулярная масса газа. Для более точного определения плотности отдельных компонентов и смеси газов следует использовать равенства:
; ; (2.11)
где xi мольная доля i-го компонента; Мi молекулярная масса i-го компонента; υi объем одного моля i-го компонента.
Значения Мi и υi, приведены в таблице 2.2. Как видно из этой таблицы объем одного моля различных компонентов, входящих в состав природных газов, меняется от 20,87·10-3 м3/моль для пентана до 22,71·10-3 м3/моль для октана.
Плотность газов зависит от их состава, давления и температуры. Плотность газа при заданных давлении и температуре определяется по известной плотности при нормальных или стандартных условиях по формуле:
(в рабочих условиях) (2.12)
где ρст плотность газа при стандартных условиях, т.е. при Р=0,1013 МПа и Тст=293 К, значение которой для отдельных компонентов берется из таблицы 2.2, а при известном составе газа ρст определяется по формуле:
; (2.13)
где Tст стандартная температура, К; Рат атмосферное давление, МПа; Z коэффициент сверхсжимаемости газа при заданных Р и Т.
Пример: где:Р = 14,71 МПа, Тст = 293К, Рат = 0,1013 МПа,Z = 0,8
При наличии влаги водяных паров в газе, его плотность определяется по формуле:
(2.14)
где W влагосодержание газа при условиях Р и Т, определяется согласно методам, изложенным в пункте 2.2.7; рвп плотность насыщенного водяного пара; Рвп давление насыщенного водяного пара.
Значения ρвп и Рвп приведены в таблице 2.3 и показаны на рисунке 2.3. При использовании формулы (2.14) значение Z должно быть определено без учета наличия паров воды в газе.
Рисунок 2.3 Зависимости плотности ρвп и давления Рвп насыщенного водяного пара от температуры.
Таблица 2.3 Зависимости плотности и давления насыщенного пара воды от температуры.
Т, К |
Рвп, МПа |
ρвп, кг/м3 |
Т, К |
Рвп, МПа |
ρвп, кг/м3 |
Т, К |
ρвп, МПа |
ρвп, кг/м3 |
273 |
0,000611 |
0,00485 |
300 |
0,003564 |
0,02576 |
327 |
0,015002 |
0,0998 |
274 |
0,000656 |
0,00519 |
301 |
0,003778 |
0,02722 |
328 |
0,015740 |
0,1044 |
275 |
0,000706 |
0,00556 |
302 |
0,004004 |
0,02875 |
329 |
0,016509 |
0,1092 |
276 |
0,000757 |
0,00594 |
303 |
0,004241 |
0,03036 |
330 |
0,017311 |
0,1142 |
277 |
0,000804 |
0,00636 |
304 |
0,004491 |
0,03220 |
331 |
0,018146 |
0,1193 |
278 |
0,000882 |
0,00679 |
305 |
0,004753 |
0,03381 |
332 |
0,019015 |
0,1257 |
279 |
0,000934 |
0,00726 |
306 |
0,005029 |
0,03565 |
333 |
0,019917 |
0,1307 |
280 |
0,001001 |
0,00775 |
307 |
0,005318 |
0,03758 |
334 |
0,020859 |
0,1360 |
281 |
0,001072 |
0,00826 |
308 |
0,005622 |
0,03960 |
335 |
0,021839 |
0,1420 |
282 |
0,001147 |
0,00882 |
309 |
0,005940 |
0,04172 |
336 |
0,022849 |
0,1482 |
283 |
0,001227 |
0,00940 |
310 |
0,006274 |
0,04393 |
337 |
0,023909 |
0,1546 |
284 |
0,001312 |
0,01001 |
311 |
0,006624 |
0,04623 |
338 |
0,025007 |
0,1630 |
285 |
0,001401 |
0,01066 |
312 |
0,006991 |
0,04564 |
339 |
0,026144 |
0,1682 |
286 |
0,001496 |
0,01134 |
313 |
0,007375 |
0,05115 |
340 |
0,027243 |
0,1753 |
287 |
0,001597 |
0,01206 |
314 |
0,007777 |
0,05376 |
341 |
0,028557 |
0,1827 |
288 |
0,001704 |
0,01282 |
315 |
0,008198 |
0,05659 |
342 |
0,029832 |
0,1903 |
289 |
0,001817 |
0,01363 |
316 |
0,008639 |
0,05935 |
343 |
0,031156 |
0,1982 |
290 |
0,001936 |
0,01447 |
117 |
0,004099 |
0,06234 |
344 |
0,032529 |
0,2064 |
291 |
0,002062 |
0,01536 |
318 |
0,009582 |
0,06545 |
345 |
0,033960 |
0,2148 |
292 |
0,002196 |
0,01630 |
319 |
0,010085 |
0,06868 |
346 |
0,035431 |
0,2236 |
293 |
0,002337 |
0,01729 |
320 |
0,010612 |
0,07205 |
347 |
0,036961 |
0,2326 |
294 |
0,002485 |
0,01833 |
321 |
0,011169 |
0,07557 |
348 |
0,038550 |
0,2420 |
295 |
0,002642 |
0,01942 |
322 |
0,011735 |
0,07923 |
349 |
0,040187 |
0,2516 |
296 |
0,002507 |
0,02057 |
323 |
0,012335 |
0,08302 |
350 |
0,041894 |
0,2605 |
297 |
0,002982 |
0,02177 |
324 |
0,012960 |
0,08696 |
351 |
0,043649 |
0,2718 |
298 |
0,003166 |
0,02304 |
325 |
0,013612 |
0,09107 |
352 |
0,045473 |
0,2824 |
299 |
0,003360 |
0,02437 |
326 |
0,014293 |
0,09535 |
353 |
0,047356 |
0,2923 |
Величины поправок на плотность сухих газов при различных температурах приведены в таблице 2.4. Эти поправки на влажность добавляются или вычитаются из плотности сухого газа в зависимости от знака поправок, указанного в таблице 2.4.
Таблица 2.4 Поправки к плотности сухого газа на его влажность.
Плотность сухого газа, кг/м3 |
Поправки (в%) при температуре | |||||||||
283 |
288 |
293 |
298 |
303 |
308 |
313 |
318 |
323 К | ||
0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 |
+1,2 +0,7 +0,4 +0,1 0 -0,2 -0,3 |
+1,5 +0,9 +0,5 +0,1 -0,1 -0,3 -0,4 |
+2,0 +1,2 +0,6 +0,2 -0,1 -0,4 -0,6 |
+2,7 +1,5 +0,7 +0,2 -0,2 -0,6 -0,8 |
+3,4 +1,9 +0,9 +0,2 -0,4 -0,8 -1,1 |
+5,5 +2,4+1,0 +0,4 -0,6 -1,2 -1,6 |
+6,4 +2,9 +1,2 0 -0,9 -1,6 -2,1 |
+7,0 +3,5 +1,4 -0,1 -1,3 -2,2 -2,9 |
+8,5 +4,3 +1,6 -0,3 -1,7 -3,0 -3,9 |
При неизвестном компонентном составе плотность газоконденсатной смеси определяется по формуле
(2.15)
где ρг, ρк – плотности отсепарированного газа и конденсата; Qг, Qк – дебиты газа и конденсата; α – кажущийся объемный коэффициент конденсата при условиях определения плотностей ρсм, ρг и ρк. Значение α при стандартной температуре определяется по формуле:
α=24,04∙ρк/Мк (2.16)
где Мк – молекулярная масса конденсата, кг/моль.
В практике расчета часто используется относительная плотность газа по воздуху , равная отношению плотности газа при Р=0,1013 МПа и Т=293 К к плотности воздуха ρвоз при тех же условиях:
(2.17)
При Р=0,1013 МПа и Т=273 К плотность воздуха равна ρвоз=1,293 кг/м3, а при Т=293 К – ρвоз=1,205 кг/м3. Учитывая идентичность объемов газа и воздуха при стандартных условиях, относительную плотность можно определить по формуле: =М/28,96 (2.18)