1 НЕФТЯНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

1.1. РАСЧЁТ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МАССЫ И ПЛОТНОСТИ ГАЗА ОДНОКРАТНОГО РАЗГАЗИРОВАНИЯ

В результате однократного разгазирования пластовой нефти Северо-Красноярского месторождения Оренбургской области и хроматографического исследования выделившегося нефтяного газа установлен следующий её состав (в процентах по объему):

Экспериментально определённое значение плотности выделившегося газа кг/м³ (при стандартных условиях).

Требуется рассчитать молекулярную массу газа и его плотность.

Решение: Молекулярная масса газа М_Г с учётом его объемного состава вычисляется по следующей формуле:

(1.1)

где: y_i - объёмная доля i-го компонента в смеси газов, %;

М_i – молекулярная масса i-го компонента;

n- число компонентов в смеси газов.

Рассчитываем предварительно молекулярную массу каждого из компонентов нефтяного газа, учитывая, что атомная масса углерода С = 12,01115

Водорода Н = 1,00797;

Кислорода О = 15,9994;

Серы S = 32,064;

Азота N = 14,007.

Молекулярные массы составляют:

Метана

Этана

Пропана

Бутана

Пентана

Диоксида углерода

Сероводорода

Азота

Вычисляем молекулярную массу данного газа

В соответствии с законом Авогадро 1кмоль любого газа при нормальных условиях занимает объём 22,414 м ³ , а при стандартных условиях 24,05 м ³.

Плотность газа при известной молекулярной массе вычисляется так:

При нормальных условиях кг/м ³ (1.2)

при стандартных условиях кг/м ³ (1.3)

Ошибка расчётного определения плотности составляет: что подтверждает достаточно высокую точность расчёта.

Для расчёта относительной плотности газа по воздуху используется следующая формула:

( 1.4)

где 28,98 – молекулярная масса воздуха.

Таким образом, относительная плотность газа

Относительную плотность газа можно рассчитать по формуле:

( 1.5)

где плотность воздуха кг/м ³.

При расчётах следует помнить, что плотность воздуха при нормальных условиях

кг/м ³, а при стандартных условиях =1,205 кг/м ³.

Относительная плотность газа, рассчитанная по формуле (1.5)

Ошибка в расчёте относительной плотности газа по формулам (1.4) и (1.5) составляет: что вполне допустимо.

1.2. Расчёт коэффициента сверхжимаемости газа, его плотности и объёма при заданных давлении и температуре

Состояние реальных газов при различных термобарических условиях описывается следующим уравнением:

Где р, Т – текущие значения давления (Па) и температуры (К);

G – масса газа, кг;

R – удельная газовая постоянная, Дж/(кг*К);

Z – коэффициент сверхсжимаемости реального газа.

Удельная газовая постоянная R определяется отношением газовой постоянной к молекулярной массе газа М _Г:

Газовая постоянная при нормальных условиях Дж/(кг*К).

Коэффициент сверхсжимаемости газа z учитывает отклонение реальных газов от идеальных и зависит от давления р, температуры Т и состава газа.

Е сли газ – однокомпонентный, то коэффициент его сверхсжимаемости зависит от критических давления р _КР и температуры Т _КР. Данные о критических давлениях и температурах различных компонентов представлены ниже.

Для смеси газов вводят понятия псевдокритических давления Р_{п кр} и температуры Т_{п кр}, которые вычисляются при известном компонентном составе газа по формулам:

Р _{п кр}= (1,8)

Т _{п. кр}=

Где Y_i- объемное содержание I-го компонента газа в смеси, доли единицы.

Если состав газа неизвестен, то для приближенной оценки псевдокритических давления и температуры можно использовать следующими формулами А.З. Истомина:

Р _{п кр}=(4,937-0,464 ),

(1,9)

Т _{п. кр}=171,5 +97

Где - относительная плотность нефтяного газа.

По вычисленным значениям псевдокритических давления и температуры определяют соответствующие приведенные давления Р_пр и температуру Т_пр :

Р_пр=Р/ Р_{п кр} (1,10)

Т_пр=Т/ Т _{п. кр}

Где Р, Т - текущие значения давления температуры, для которых необходимо рассчитать коэффициент сверхжимаемости.

Приведенные давления и температуры для смеси углеводородных и небольшого кол-ва не углеводородных газов можно считать по формуле П.Д.Ляпкова:

Р _пр= Р 10⁶/[10⁵(46.9-2.06 ²)] (1,11)

Т_пр=T/(97+172 ²)

Где ² -относительная по воздуху плотность смеси газов

(1,12)

-относительная плотность газа при стандартных условиях;

отнсительная по воздуху плотность азота ( =1,97);

Y_А – объёмная доля азота в составе газа, доли единицы.

Коэффициент сверхсжимаемости смеси нефтяных газов, содержащих азот вычисляют по следующей формуле:

Z = Z_Y (1-Y_A)+Z_AY_A (1,13)

Где: Z_Y , Z_A – соответственно коэффициенты сверхсжимаемости углеводородной части газа и азота.

Коэффициент сверх сжимаемости Z_Y по известным Р_пр и Т_пр определяется по графикам Брауна и Катца, а коэффициент сверх сжимаемости азота Z_A – по графику (рис 1).

В условиях интенсивного внедрения ЭВМ во все сферы деятельности человека предпочтительно аналитическое представление имеющихся графических

зависимостей. Именно поэтому ниже даны аппроксимирующие известные графики

аналитические зависимости для расчёта коэффициента сверх сжимаемости.

При изменении и можно пользоваться следующей формулой:

(1,14)

Для смеси газов, не содержащих азота, в интервалах МПа и К можно рекомендовать следующие формулы:

при и

при и

при и

Для азота в интервале МПа и К

Зависимости для расчёта плотности и объёма реальных газов при заданных давлении Р и температуре Т имеют вид.

где V_CT – объём газа при стандартных условиях, м³.

Задача 1.2.

Рассчитать коэффициент сверх сжимаемости, плотность и объём газа, добываемого с каждым кубометром нефти при абсолютном давлени Р = 2,5 МПа, и температуре Т = 291 К. Считая, что газовый фактор G_o =21,6 м ³/м ³ (газовый фактор приведён к стандартным условиям).

Решение. Вычисляем псевдокритические давление и температуру: по формуле(1,8), используя компонентный состав газа

Р_{П КР} = 0,375*4,7+0,2*4,9+0,185*4,3+0,077*3,8+0,04*3,4+0,001*7,4+0,1220*3,4 = 4,455МПа.

Т_ПКР=0,375*190,7+0,2*306,2+0,185*369,8+0,077*425,2+0,04*470,4+0,001*304,2+0,1220*126,2 = 268,42 К.

по формуле (1,9):

Р_{П КР} = 4,937-0,464*0,962= 4,49МПа.

Т_{П КР} = 97+171,5*0,962= 261,98 К.

Рассчитываем приведённые давления и температуру по формуле: (1,10)

С учётом компонентного состава газа.

Р_ПР = 2,5/4,455= 0,561 Т_ПР =291/268,42 = 1,08

С учётом расчётов выполненных по формуле (1,9):

Р_ПР = 2,5/4,49 = 0,557

Т_ПР = 291/261,98 = 1,11

По данным значениям Р_ПР и Т_ПР и графикам можно определить Z (Z = 0,845)

Оценим коэффициент сверхсжимаемости по формуле (1,14):

Рассчитаем Z по формулам (1,15) – (1,18). Для этого предварительно вычисляем по формуле (1,12) .

По формуле (1,11) определяем Р_ПР и Т_ПР