39. Уравнения состояния природных газов

Клапейрон и Менделеев предложили следующее уравнение состояния идеальных газов:

(14)

где р - абсолютное давление. Па;

V - объём, м³;

G - масса вещества, кг;

Т - абсолютная температура, К;

R - удельная газовая постоянная, Дж/(кг К).

Голландский физик Ван-дер-Ваальс в 1879 г. предложил учесть собственный объём молекул газа и силы их взаимного притяжения посредством введения дополнительных членов в уравнение Клапейрона - Менделеева:

(17)

где v - V/G - удельный объем газа, м³/кг;

а/v² - константа сцепления молекул. Па;

b - поправка на собственный объём молекул, м³.

В уравнении (17) слагаемое а/v², выражает внутреннее давление, которое является как бы равнодействующей сил притяжения всех молекул в объёме V. Оно прибавляется к внешнему давлению. Это уравнение приближенное.

Коэффициенты a и b выражаются через критическое давление р_кр и критическую температуру Т_кр следующим образом:

; (19)

Ван-дер-Ваальс нашел, что поправка b на собственный объём молекул, имеющих шарообразную форму, равна учетверённому объёму молекул.

Уравнение (17) приближенное. Коэффициенты а и b в действительности являются сложными функциями объёма, температуры, формы молекул газа.

Дальнейший прогресс науки и техники потребовал разработки более точного уравнения состояния природных газов. В решении этой проблемы выявились два направления:

1) введение поправочного коэффициента z в уравнение состояния идеального газа (1.17), учитывающего отклонение реального газа от идеального, т. е. pV==zRT

2) дополнение уравнения состояния идеального газа большим числом констант.

Так появились уравнения состояния Битти - Бриджмена с пятью константами, Бенедикта – Вебба - Рубина с восемью константами и др.

32. Определение зоны возможного гидратообразования и безгидратного режима работы газовой скважины.

Основные факторы образования гидратов: состав газа, Р, t, полное насыщение газа парами воды. Дополнительные факторы: наличие жидкости, турбулентность, переохлаждение газового потока.

Чаще всего в скважинах образуются гидраты из-за  температуры ниже температуры гидратообразования. Анализ факторов, влияющих на изменение температуры по стволу скважин, показывает, что тепловой режим в процессе ее эксплуатации меняется в зависимости от дебита. Для каждой скважины существует диапазон дебитов при которых образование гидратов исключено. Температура образования гидратов изменяется не только за счет дебита, но и с учетом диаметра колонны фонтанных труб. При выборе режима работы скважины, необходимо учитывать изменения диаметра фонтанных труб и скорости газа.

Если нет возможности регулировать дебит скважины, или регулирование невыгодно, то для борьбы с гидратами используют ингибиторы. Самым распространенным способом является ввод ингибиторов в поток газа.

Место выпадения гидратов определяют по точкам пересечения равновесных кривых образования гидратов и изменения температур по стволу скважин. Затем спускают НКТ с пакером, который устанавливают на несколько десятков метров ниже возможного места образования гидратов. Для сокращения потерь ингибитора необходимо, чтобы скорость газа была достаточной для выноса вводимого в поток метанола.

Особенное внимание необходимо уделять скважинам пробуренным в зоне вечной мерзлоты.