1.2.1. Определение физических свойств газа на основе уравнения состояния
Для оценки физических параметров газов часто используют уравнения состояния идеального газа. К ним относятся:
1) Закон Бойля-Мариотта
2) Закон Гей-Люсака
3) Закон Шарля
Общая
зависимость между объемом, давлением
и температурой для газа имеет вид:
(10)
где Ро, Vo (Vст), То (Тст) - параметры газа при нормальных или стандартных условиях.
Обобщенное уравнение состояния идеального газа Клайперона-Менделеева, выведенное на основе (1) с учетом закона Авогадро, имеет вид:
(11)
где
n
- число молей;
- универсальная (молярная) газовая
постоянная.
Численное
значение постоянной можно получить,
введя в уравнение (11) молярный объем 
при
Р = Ро = 0,101325 МПа и То = 273,15 °К:
,
то есть универсальная газовая постоянная численно равна работе расширения 1 кмоль идеального газа при повышении температуры на 1 °К и не зависит от природы газа.
Так как число молей газа равно n = G / Мг , то обобщенное уравнение состояние для произвольной массы газа будет иметь вид:
,
(12)
где 
-
удельная газовая постоянная, 
.
Для расчета состояния реальных газов пользуются уравнением (12), в которое вводится коэффициент сверхсжимаемости, учитывающий отклонение реальных газов от идеальных:
,
(13)
Величина z является двумерной функцией и зависит от приведенных значений давления и температуры, т.е. z = f (Pпр,Тпр). Для реального природного или попутного газа приведенные параметры давления и температуры равны:
,
(14)
где Р, Т - действительные давления и температура;
- псевдокритические (среднекритические) параметры газа, вычисляемые по правилу аддитивности при известных молярных концентрациях компонентов в смеси и их критических параметрах Ркрi и Tкрi.
Приведенные параметры смеси углеводородных и небольшого (до 5%) количества неуглеводородных газов (без азота) можно определить по аппроксимационным формулам Ляпкова П. Д.:
,
(15)
где 
-
относительная по воздуху плотность
смеси газов (кроме азота), которую можно
определить по относительной (по воздуху)
плотности всего газа при стандартных
условиях:
,
(16)
где
- относительная плотность азота по
воздуху, равная 0,97;
- относительная плотность всего газа;
yа
- молярная доля азота при стандартных
условиях.
Коэффициент сверхсжимаемости газовой смеси, состоящей из углеводородных компонентов и азота, определяют по следующей формуле:
,
(17)
где
и
- коэффициенты сверхсжимаемости
углеводородной части газа (графики
Брауна и Катца) и азота; 
-
объемная (молярная) доля углеводородной
части газа.
При технологических расчетах, особенно с применением ЭВМ, удобно использовать следующие аппроксимационные уравнения для функции z = f(Рпр, Тпр). Для углеводородной составляющей газа в области давлений и температур, наиболее часто встречающихся в практике эксплуатации нефтяных скважин ( Р = 0 - 20 Мпа, Т = 273 - 355 °К ):
1)
при
(18)
2)
при
(19)
3)
при
(20)
Для азота в интервале давлений Р = 0 - 20 Мпа и температур Т=280 -380 °К:
.
(21)
Для расчета плотности газа и его объема при данных термодинамических условиях (Р, Т), отличных от нормальных или стандартных ( когда z = zo = 1 ), используется уравнение состояния (13), из которого следуют соотношения:
,
(22)
,
(23)
где
Vо
(Vст),
- объем и плотность газа при нормальных
или стандартных условиях [ Ро, То (Тст)
].