2.2. Определение физических свойств газа

2.2.1. Критические параметры природных газов и их компонентов

(РИС 31-39)

Критическим называется такое состояние вещества, при котором исчезает граница между его газовой и жидкой фазами и свойства этих фаз становятся равными. Для природного газа, являющегося смесью углеводородных и неуглеводородных компонентов, критические параметры (давление, температура, плотность, объем и т.д.) определяются как псевдокритические по составу газа.

Наиболее простым способом определения псевдокритических давления и температуры при известной плотности газа и неизвестном составе является графический способ. На рисунке 2.1показаны зависимости псевдокритических давления Р_п.кри температуры Т_п.крот относительной по воздуху плотности газа. При наличии в газе азота, сероводорода и углекислого газа на псевдокритические параметры, определяемые изрисунка 2.1, вводятся поправки с соответствующим знаком, величины которых в зависимости от содержания этих компонентов показаны нарисунке 2.2. (Руководство по исслед. СКВ. Алиева стр.36)

Рисунок 2.1 – Зависимости псевдокритичских давления и температуры для газа (кривые 1 и 4) и газоконденсатной смеси (кривые 2 и 3)

Рисунок 2.2 – Поправки к псевдокритическим давлениям – (а) и температурам – (б) газов, содержащих примеси H₂S (1), CO₂ (2), N₂ (3).

При известном составе газа, если содержание метана составляет ≥95% псевдокритические параметры Р_п.кри Т_п.кропределяются по формулам:

; (2.3)

где x_i– доляi-го компонента в газе; Р_кр.i, Т_кр.i– критические давление и температураi-го компонента в смеси, значения которых приведены втаблице 2.2.

Для более точного определения псевдокритических параметров газовых смесей Р_п.кр и Т_п.кр газоконденсатных месторождений рекомендуется использовать формулы:

; (2.4)

где ;(2.5)

Если смесь газа включает в себя полярные и неполярные компоненты, то при превышении содержания полярных компонентов 5% мольных псевдокритические параметры определяются согласно методике, изложенной в работе [18].

Все углеводородные компоненты газа, азот и углекислый газ относятся к неполярным соединениям. К полярным соединениям относятся пары воды, сероводород и вводимые в поток газа метанол, соляная кислота и др.

2.2.2 Фактор ацентричности молекул реальных газов (рис стр.44)

Молекулы реальных газов имеют конечные размеры и форму и оказывают значительное взаимное влияние. Поэтому для характеристики реальных газов необходимо учесть параметры, связанные молекулярным взаимодействием.

Молекулы простых газов имеют сферическую форму, для них схемы притяжения, которые действуют по линии, соединяющей их центры, пропорциональны расстоянию в шестой степени. Для газов с несферической формой молекул схемы притяжения или отталкивания состоят не только из сил между центрами молекул, но и из дополнительных нецентричных сил. Для учета дополнительных нецентричных сил между молекулами газа несферической формы введен дополнительный параметр, названный ацентрическим фактором.

Таблица 2.2 – Физико-химические свойства компонентов природного газа при Р=0,1013 МПа.

Он является одним из параметров, оценивающих отклонения газов со сложной формой молекул от газов со сферической формой молекул. Для отдельных компонентов газов значения ацентрического фактора приведены в таблице 2.2.

Приближенно ацентрический фактор компонентов может быть определен формулой:

(2.6)

где Т_кип.i– температура кипенияi-го компонента, значение которой определяется изтаблицы 2.2.

Если содержание высококипящих углеводородов С₅₊в газе не превышает 1% мольных, то критические параметры этой группы могут быть заменены критическими параметрами нормального гептана. При содержании С₅₊превышающем 1%, желательно эту группу углеводородов заменить фракцией товарного конденсата и рассматривать их как компоненты смеси.

Если в составе газа содержится до 50% кислых компонентов СО₂иH₂Sи при этом концентрация каждого из них не превышает 25%, то для определения псевдокритических параметров можно использовать приближенные формулы:

; (2.7)

(2.8)

где – мольные доли сероводорода и углекислого газа в составе газа; Р_п.кр, Т_п.кр– псевдокритические давление и температура, определяемые с использованием формулы (2.3).