ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.01.2024
Просмотров: 144
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
1.1. Состав и классификация природных газовСостав природных газов. В состав природных газов входят:а) углеводороды -алканы CnH2n+2 и цикланы CnH2n;б) неуглеводороды- азот N2, угл. газ СО2, сероводород Н2S, ртуть, меркаптаны RSH.в) инертные газы – гелий, аргон, криптон, ксенон.Фазовые состояния.Метан (СН4), этан (С2Н6) и этилен (С2Н4) при нормальных условиях (р=0,1 МПа и Т=273 К) являются реальными газами и составляют сухой газ.Пропан (С2Н6), пропилен (С3Н6), изобутан(i=С4Н10), нормальный бутан-(n=С4Н10), бутилены (С4Н8) при атмосферных условиях находятся в парообразном (газообразном) состоянии, при повышенных давлениях—в жидком состоянии. Они входят в состав жидких (сжижаемых, сжиженных) углеводородных газов.Углеводороды, начиная с изопентана (i= С5Н12) и более тяжелые (17³n>5) при атмосферных условиях находятся в жидком состоянии. Они входят в состав бензиновой фракции.Углеводороды, в молекулу которых входит 18 и более атомов углерода (от С18Н28), расположенных в одну цепочку, при атмосферных условиях находятся в твердом состоянии.Классификация природных газовПриродные газы подразделяют на три группы.1. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они представляют собой сухой газ, практически свободный от тяжелых углеводородов.2. Газы, добываемые вместе с нефтью. Это физическая смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции (сжиженного газа) и газового бензина.3. Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений. Они состоят из сухого газа и жидкого углеводородного конденсата. Углеводородный конденсат состоит из большого числа тяжелых углеводородов, из которых можно выделить бензиновые, лигроиновые, керосиновые, а иногда и более тяжелые масляные фракции. Кроме того, присутствуют N2, СО2, H2S, Не, Аг и др.Искусственные газы получают из твердых топлив (горючие сланцы, бурый уголь) в газогенераторах, ретортах, тоннельных и прочих печах при высоких температурах, а иногда и при повышенных или высоких давлениях.Изменение состава природного газа в процессе разработки.Во время эксплуатации газовых скважин метан —газообразный и находится при температуре выше критической, этан — на грани парообразного и газообразного состояния, а пропаны и бутаны — в паровом. С повышением давления и понижением температуры компоненты, входящие в состав природных газов чисто газовых месторождений, могут переходить в жидкое состояние. При эксплуатации газоконденсатных месторождений с понижением давления до определенного значения (давление максимальной конденсации) обычно наблюдается переход тяжелых углеводородов в жидкое состояние, при последующем уменьшении давления часть их переходит обратно в газообразное состояние.
Это приводит к тому, что состав газа, а также состав и количество конденсата в процессе разработки газоконденсатных месторождений без поддержания давления изменяются, что следует учитывать при проектировании заводов по переработке газа и конденсата. Если газоконденсатные месторождения разрабатывают с поддержанием давления путем закачки газа в пласт (сайклинг-процесс), состав конденсата практически не изменяется, а состав газа может изменяться при прорыве сухого газа в эксплуатационные скважины. Если для поддержания пластового давления закачивают в пласт воду, состав газа и конденсата в процессе разработки остаются неизменными.В процессе разработки газовых и газоконденсатных залежей предвестником обводнения по данным эксплуатации скважин по ряду месторождений является увеличение азота и редких газов (например, Шебелинское месторождение) или увеличение газоконденсатного фактора и минерализации, выносимой из скважины воды (месторождения Краснодарского края).Таким образом, физико-химические свойства газа и его состав необходимо знать как на стадии разведки, так и при эксплуатации месторождения.1.2. Основные параметры1.2.1. Газовые законыТермодинамическое состояние природного газа описывается в целом через средние параметры и компонент через парциальные параметрыПарциальные параметры. Парциальное давление компонента смеси pi - давление, которое он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального объёма и температуры;парциальный объем компонента смеси vi- объём, который он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального давления и температуры.Газовые законы. Связь между парциальными и средними параметрами устанавливается через следующие законы:закон Авогадро - 1кмоль газа при нормальных условиях ( р=760 мм рт.ст.; Т=00С) занимает объём 22.41м3;1.2.2. Параметры газовых смесейК средним параметрам относятся:плотность газа в нормальных условияхотносительная плотность - плотность, отнесённая к плотности воздуха rв при тех же значениях давления и температуры;1.2.3. Содержание тяжелых углеводородов в газеВ газе три тяжелые фракции: пропановая, бутановая и газовый бензин. Последний принимается состоящим по массе из 1/3 бутана и 2/3 пентана (плюс вышекипящие).
Содержание тяжелых компонентов в г/м3 определяется по формулеВ газовый бензин целиком переходит пентан плюс вышекипящие и часть нормального бутана, по величине равная половине содержания пентана плюс вышекипящие.Объём паров после испарения жидкости. Объём паров, получаемый после испарения G кг жидкого углеводорода (при нормальных физических условиях р=0,1013МПа, Т=273 К ), можно вычислить по формуле1.2.4. Критические и приведённые термодинамические параметрыКритическим состоянием называется такое состояние вещества, при котором плотность вещества и его насыщенного пара равны друг другу. Параметры, соответствующие этому состоянию, называются критическими параметрами.Критической Ткр называется такая температура, выше которой газ под действием давления любого значения не может быть превращён в жидкость.Критическое давление ркр, - зто давление необходимое для сжижения газа при критической температуре.Критическим объёмом vкр называют объём, равный объёму одного моля газа при критических значениях давления и температуры.Для природных газов значения Ткр и ркр при известных параметрах компонент xi, pкрi, Ткрi определяются как среднекритические (псевдокритические).Если известна относительная плотность газа `r, то средние значения критических давления и температуры природного газа можно определить по графикам, приведенным на рис. 1.1 и 1.2. При содержании в природном газе N2, СО2 или Н2S в значения Ткр и ркр вводятся соответствующие поправки.Когда содержание N2, СО2 или Н2S превышает 15% об., вместо графиков для определения Ткр и ркр следует пользоваться формулой (1.8).Для приближенных расчетов при изменении относительной плотности `r от 0,5 до 0,9 значения ркр и Ткр можно определить по формулам:Часто в расчетах, например при определении вязкости и коэффициента сверхсжимаемости газа, пользуются так называемыми приведенными давлениями и температурами.Учет влияния на вязкость азота - .Природа вязкости газов и жидкостей. В газах расстояние между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому вязкость газов – следствие хаотического (теплового) движения молекул, сопровождающее переносом от слоя к слою определённого количества движения, в результате медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешних сил, уравновешивающих вязкое сопротивление и поддерживающее установившееся течение, полностью переходит в теплоту.
В жидкостях, где расстояние между молекулами много меньше, чем в газах, вязкость обусловлена молекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на “рыхление” жидкости) расходуется так называемая энергия активации вязкого течения.При больших давлениях (больше 10 -15МПА) газы становятся не идеальными, так как средние расстояния между молекулами становятся сравнимыми с радиусом межмолекулярного взаимодействия, и природа вязкости газов становится аналогичной жидкости.Качественная зависимость вязкости газов и жидкостей от температуры .В идеальном газе вязкость m не зависит от плотности (давления), а определяется величинами средней скорости и длиной свободного пробега молекул. Так как средняя скорость возрастает с повышением температуры Т (несколько возрастает также и длина свободного пробега), то вязкость газов увеличивается при нагревании (пропорционально корню квадратному от температуры) (рис.1.4). Присутствие неуглеводородных компонентов в газе повышает вязкость природного газа.В жидкостях энергия активации уменьшается сростом температуры и понижением давления. В этом состоит одна из причин резкого снижения вязкости жидкостей с повышением температуры и роста её при высоких давлениях.В силу того, что при больших давлениях газы приобретают свойства жидкости, то при давлениях больших 10-15Мпа вязкость природных газов падает с ростом температуры (рис.1.4), но само значение вязкости повышается с ростом давления.1.4.2. ТеплоёмкостьТеплоемкостью С называют количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы или объема вещества на 1° С.Удельная теплоемкость - отношение теплоёмкости к единице количества газа.Для газов обычно различают теплоемкости при постоянном объеме Сv и постоянном давлении Сp. Сv связана с процессом, характеризующимся тем, что при неизменности объема вся энергия, сообщаемая газу в форме теплоты, затрачивается на увеличение внутренней энергии газа. Сp связана с процессом, характеризующимся тем, что, нагревая тело, предоставляют ему возможность расширяться при неизменном давлении. Таким образом, часть сообщенной телу теплоты идет на производство работы расширения. Поэтому Сp > Сv.Для идеальных газов между Сp и Сv существует следующее соотношениеСp = Сv + R, где R — газовая постоянная.
В области давлений, где газы считаются идеальными, значения теплоемкостей постоянны. Однако для реальных газов значения теплоемкости изменяются в зависимости от давления и температуры.Для смеси газов теплоемкость определяется по сумме теплоемкости входящих компонентов по формулегде Сi— теплоемкости отдельных компонентов смеси; yi – объемное (молярное) содержание компонентов в долях единицы; n – число компонентСвязь молярной теплоемкости углеводородных и неуглеводородных компонент. При изобарическом процессе молярная теплоёмкость неуглеводородных компонентов природных газов (азота, углекислого газа, сероводорода) равна примерно половине теплоёмкости углеводорода с одинаковой молекулярной массой при одной и той же температуреСвязь молярной теплоемкости с массовой. Массовая теплоёмкость равна отношению молярной теплоёмкости к молекулярной массе газа Мi , т.е массе киломоля i-го компонента, кг/моль.1.4.3. Дросселирование газа. Коэффициент Джоуля-ТомсонаДросселирование - расширение газа при прохождении через дроссель - местное сопротивление (вентиль, кран и т.д.), сопровождающее изменением температуры.Определение дроссельного эффекта (эффекта Джоуля-Томсона). Отношение изменения температуры газа в результате его изоэнтальпийного расширения (дросселирования) к изменению давления называется дроссельным эффектом, или эффектом Джоуля - Томсона.При охлаждении газа эффект считается положительным, при нагревании его — отрицательным.Коэффициент Джоуля-Томсона. Изменение температуры при снижении давления на 1ата (0,1Мпа) называется коэффициентом Джоуля - Томсона. Этот коэффициент изменяется в широких пределах и может иметь положительный или отрицательный знак.Интегральный дроссель-эффект и области его значения. Изменение температуры газа в процессе изоэнтальпийного расширения при значительном перепаде давления на дросселе называется интегральным дроссель-эффектом. Это изменение можно определить по соотношениюИнтегральный коэффициент Джоуля-Томсона для природного газа изменяется от 2 до 4 К/МПа в зависимости от состава газа, падения давления и начальной температуры газа. Для приближенных расчетов среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона можно принять равным 3 К/МПа.1.4.4. Поверхностные явления при движении жидкой и паровой фаз в пористой среде. Межфазное натяжениеПричина возникновения поверхностных явлений. Причиной возникновения на границах контакта фаз поверхностных явлений является значительное различие в физико-химических свойствах фаз.
Это приводит к тому, что состав газа, а также состав и количество конденсата в процессе разработки газоконденсатных месторождений без поддержания давления изменяются, что следует учитывать при проектировании заводов по переработке газа и конденсата. Если газоконденсатные месторождения разрабатывают с поддержанием давления путем закачки газа в пласт (сайклинг-процесс), состав конденсата практически не изменяется, а состав газа может изменяться при прорыве сухого газа в эксплуатационные скважины. Если для поддержания пластового давления закачивают в пласт воду, состав газа и конденсата в процессе разработки остаются неизменными.В процессе разработки газовых и газоконденсатных залежей предвестником обводнения по данным эксплуатации скважин по ряду месторождений является увеличение азота и редких газов (например, Шебелинское месторождение) или увеличение газоконденсатного фактора и минерализации, выносимой из скважины воды (месторождения Краснодарского края).Таким образом, физико-химические свойства газа и его состав необходимо знать как на стадии разведки, так и при эксплуатации месторождения.1.2. Основные параметры1.2.1. Газовые законыТермодинамическое состояние природного газа описывается в целом через средние параметры и компонент через парциальные параметрыПарциальные параметры. Парциальное давление компонента смеси pi - давление, которое он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального объёма и температуры;парциальный объем компонента смеси vi- объём, который он бы имел при удалении из объёма, занимаемого смесью, остальных компонент при неизменных величинах начального давления и температуры.Газовые законы. Связь между парциальными и средними параметрами устанавливается через следующие законы:закон Авогадро - 1кмоль газа при нормальных условиях ( р=760 мм рт.ст.; Т=00С) занимает объём 22.41м3;1.2.2. Параметры газовых смесейК средним параметрам относятся:плотность газа в нормальных условияхотносительная плотность - плотность, отнесённая к плотности воздуха rв при тех же значениях давления и температуры;1.2.3. Содержание тяжелых углеводородов в газеВ газе три тяжелые фракции: пропановая, бутановая и газовый бензин. Последний принимается состоящим по массе из 1/3 бутана и 2/3 пентана (плюс вышекипящие).
Содержание тяжелых компонентов в г/м3 определяется по формулеВ газовый бензин целиком переходит пентан плюс вышекипящие и часть нормального бутана, по величине равная половине содержания пентана плюс вышекипящие.Объём паров после испарения жидкости. Объём паров, получаемый после испарения G кг жидкого углеводорода (при нормальных физических условиях р=0,1013МПа, Т=273 К ), можно вычислить по формуле1.2.4. Критические и приведённые термодинамические параметрыКритическим состоянием называется такое состояние вещества, при котором плотность вещества и его насыщенного пара равны друг другу. Параметры, соответствующие этому состоянию, называются критическими параметрами.Критической Ткр называется такая температура, выше которой газ под действием давления любого значения не может быть превращён в жидкость.Критическое давление ркр, - зто давление необходимое для сжижения газа при критической температуре.Критическим объёмом vкр называют объём, равный объёму одного моля газа при критических значениях давления и температуры.Для природных газов значения Ткр и ркр при известных параметрах компонент xi, pкрi, Ткрi определяются как среднекритические (псевдокритические).Если известна относительная плотность газа `r, то средние значения критических давления и температуры природного газа можно определить по графикам, приведенным на рис. 1.1 и 1.2. При содержании в природном газе N2, СО2 или Н2S в значения Ткр и ркр вводятся соответствующие поправки.Когда содержание N2, СО2 или Н2S превышает 15% об., вместо графиков для определения Ткр и ркр следует пользоваться формулой (1.8).Для приближенных расчетов при изменении относительной плотности `r от 0,5 до 0,9 значения ркр и Ткр можно определить по формулам:Часто в расчетах, например при определении вязкости и коэффициента сверхсжимаемости газа, пользуются так называемыми приведенными давлениями и температурами.Учет влияния на вязкость азота - .Природа вязкости газов и жидкостей. В газах расстояние между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому вязкость газов – следствие хаотического (теплового) движения молекул, сопровождающее переносом от слоя к слою определённого количества движения, в результате медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешних сил, уравновешивающих вязкое сопротивление и поддерживающее установившееся течение, полностью переходит в теплоту.
В жидкостях, где расстояние между молекулами много меньше, чем в газах, вязкость обусловлена молекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на “рыхление” жидкости) расходуется так называемая энергия активации вязкого течения.При больших давлениях (больше 10 -15МПА) газы становятся не идеальными, так как средние расстояния между молекулами становятся сравнимыми с радиусом межмолекулярного взаимодействия, и природа вязкости газов становится аналогичной жидкости.Качественная зависимость вязкости газов и жидкостей от температуры .В идеальном газе вязкость m не зависит от плотности (давления), а определяется величинами средней скорости и длиной свободного пробега молекул. Так как средняя скорость возрастает с повышением температуры Т (несколько возрастает также и длина свободного пробега), то вязкость газов увеличивается при нагревании (пропорционально корню квадратному от температуры) (рис.1.4). Присутствие неуглеводородных компонентов в газе повышает вязкость природного газа.В жидкостях энергия активации уменьшается сростом температуры и понижением давления. В этом состоит одна из причин резкого снижения вязкости жидкостей с повышением температуры и роста её при высоких давлениях.В силу того, что при больших давлениях газы приобретают свойства жидкости, то при давлениях больших 10-15Мпа вязкость природных газов падает с ростом температуры (рис.1.4), но само значение вязкости повышается с ростом давления.1.4.2. ТеплоёмкостьТеплоемкостью С называют количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы или объема вещества на 1° С.Удельная теплоемкость - отношение теплоёмкости к единице количества газа.Для газов обычно различают теплоемкости при постоянном объеме Сv и постоянном давлении Сp. Сv связана с процессом, характеризующимся тем, что при неизменности объема вся энергия, сообщаемая газу в форме теплоты, затрачивается на увеличение внутренней энергии газа. Сp связана с процессом, характеризующимся тем, что, нагревая тело, предоставляют ему возможность расширяться при неизменном давлении. Таким образом, часть сообщенной телу теплоты идет на производство работы расширения. Поэтому Сp > Сv.Для идеальных газов между Сp и Сv существует следующее соотношениеСp = Сv + R, где R — газовая постоянная.
В области давлений, где газы считаются идеальными, значения теплоемкостей постоянны. Однако для реальных газов значения теплоемкости изменяются в зависимости от давления и температуры.Для смеси газов теплоемкость определяется по сумме теплоемкости входящих компонентов по формулегде Сi— теплоемкости отдельных компонентов смеси; yi – объемное (молярное) содержание компонентов в долях единицы; n – число компонентСвязь молярной теплоемкости углеводородных и неуглеводородных компонент. При изобарическом процессе молярная теплоёмкость неуглеводородных компонентов природных газов (азота, углекислого газа, сероводорода) равна примерно половине теплоёмкости углеводорода с одинаковой молекулярной массой при одной и той же температуреСвязь молярной теплоемкости с массовой. Массовая теплоёмкость равна отношению молярной теплоёмкости к молекулярной массе газа Мi , т.е массе киломоля i-го компонента, кг/моль.1.4.3. Дросселирование газа. Коэффициент Джоуля-ТомсонаДросселирование - расширение газа при прохождении через дроссель - местное сопротивление (вентиль, кран и т.д.), сопровождающее изменением температуры.Определение дроссельного эффекта (эффекта Джоуля-Томсона). Отношение изменения температуры газа в результате его изоэнтальпийного расширения (дросселирования) к изменению давления называется дроссельным эффектом, или эффектом Джоуля - Томсона.При охлаждении газа эффект считается положительным, при нагревании его — отрицательным.Коэффициент Джоуля-Томсона. Изменение температуры при снижении давления на 1ата (0,1Мпа) называется коэффициентом Джоуля - Томсона. Этот коэффициент изменяется в широких пределах и может иметь положительный или отрицательный знак.Интегральный дроссель-эффект и области его значения. Изменение температуры газа в процессе изоэнтальпийного расширения при значительном перепаде давления на дросселе называется интегральным дроссель-эффектом. Это изменение можно определить по соотношениюИнтегральный коэффициент Джоуля-Томсона для природного газа изменяется от 2 до 4 К/МПа в зависимости от состава газа, падения давления и начальной температуры газа. Для приближенных расчетов среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона можно принять равным 3 К/МПа.1.4.4. Поверхностные явления при движении жидкой и паровой фаз в пористой среде. Межфазное натяжениеПричина возникновения поверхностных явлений. Причиной возникновения на границах контакта фаз поверхностных явлений является значительное различие в физико-химических свойствах фаз.