45. Состав и физико-химические свойства природных газов

Природные газы газовых, газоконденсатных и нефтегазовых месторождений представляют собой смесь предельных углеводородов, химическая формула которых имеет вид C_nH_2n+2. в природных газах основным компонентом является метан CH₄, содержание которого достигает 98% объема. Кроме этого, в природные газы входят более тяжелые углеводороды: этан C₂H₆, пропан C₃H₈, изобутан C₄H₄, пентаны C₅H₁₂ и др. Природные газы газоконденсатных месторождений, а также нефтяные газы более богаты тяжелыми углеводородами. Кроме того, в состав газов входят N₂, CO₂, H₂S и другие редкие газы.

Основными параметрами газа, определяющими состояние его при движении по пласту, скважине и газопроводу, являются давление, температура и вязкость (зависящая от первых двух). Температура в газовых месторождениях зависит в основоном от глубины залегания месторождения. В среднем величина геотермического градиента равна 33 м/°С.

Для определения коэффициента сверхсжимаемости газа вводится понятие критических праметров, т.е. критическое давление и критическая температура.

Критической температурой называют такую температуру, при которой газ ни под каким давлением не может быть обращен в жидкость.

Давление, соответствующее критической тем­пературе, называется критическим давлением, т. е. это предельное давление, при котором и при мень­ших значениях которого газ не переходит в жид­кое состояние, как бы ни была низка температура. Например, для метана критическое давление ~ 4,7 МПа, а критическая температура -82,5 °С. Коэффициент сверхсжимаемости газа, находят по известным P_пр и T_пр по графикам.

Состояние газа характеризуется давлением Р, температурой Т и объемом V. Соотношения между этими параметрами определяются законами газо­вого состояния идеального газа. Однако при одних и тех же условиях состояние реальных газов (в том числе и природного, нефтяного) значительно от­личается от состояния идеальных газов.

Степень отклонения сжимаемости реальных га­зов от идеальных характеризуется коэффициентом сжимаемости — отношением объема реального газа к объему идеального газа в одних и тех же условиях.

В соответствии с уравнением Клайперона, на­зываемым уравнением состояния реального газа: PV = zmRT, где Р — давление, Па; V — объем газа, м³; z — коэффициент сверхсжимаемости (обычно опреде­ляется по экспериментальным графикам); т — масса газа, кг; R — газовая постоянная, Дж/(кг °С); Т— абсолютная температура, °С.

Одной из основных характеристик углеводо­родных газов является относительная плотность, под которой понимают отношение массы объема данного газа к массе такого же объема воздуха при нормальных условиях. Относительная плот­ность нефтяных газов колеблется от 0,554 (метан) до 2,49 (пентан) и выше. Чем больше в нефтяном газе легких углеводородов — метана СН₄ и этана С₂Н₆ (относительная плотность 1,038), тем легче этот газ. При нормальных условиях метан и этан находятся в газообразном состоянии. Следующие за ними по мере возрастания относительной плотности пропан С₃Н₈ (1,522) и бутан С₄Н₁₀ (2,006) также относятся к газам, но легко перехо­дят в жидкость даже при небольшом повышении давления.

В зависимости от преобладания в нефтяных газах легких или тяжелых углеводородов газы разделяются на сухие и жирные. Сухим называется природный газ, кото­рый не содержит тяжелых углеводородов или содержит их в незначительных количествах. Жир­ным называется газ, содержащий тяжелые углево­дороды в таких количествах, что из него целесо­образно получать сжиженные газы или газовые бензины.