Физические свойства природного газа

Горючие газы нефтяных и газовых месторождений по химической природе сходны с нефтью. Как и нефть, они являются смесью различных углеводородов: метана, этана, пропана, бутана, пентана. Самый легкий из всех углеводородов - метан; в газах, добываемых из нефтяных и газовых месторождений, его содержится от 40 до 95 % и более.  Отдельные углеводороды, входящие в состав нефтяных газов, отличаются друг от друга физическими свойствами. Это, естественно, отражается и на физических свойствах нефтяного газа. Чем больше в нефтяном газе легких углеводородов (метана и этана), тем легче этот газ и меньше его теплота сгорания. В тяжелых нефтяных газах, наоборот, содержание метана и этана незначительно. При атмосферных условиях, при температуре 0° С и выше, метан и этан всегда находятся в газообразном состоянии. Пропан и бутан также относятся к газам, но они очень легко переходят в жидкость даже при очень малых давлениях. Давление, необходимое для перевода того или иного углеводорода из газообразного состояния в жидкое, повышается с ростом температуры. При данной температуре оно тем больше, чем ниже плотность углеводорода. Метан, который при нормальных условиях нельзя превратить в жидкость, обладает наибольшей упругостью паров, его критическая температура равна - 82,1° С (а также этан).  В зависимости от преобладания в нефтяных газах легких или тяжелых (от пропана и выше) углеводородов газы разделяются на две группы - сухие и жирные:  ^ Сухой газ - естественный газ, в котором не содержатся тяжелые углеводороды или содержание их незначительно. Жирный - газ, в котором тяжелые углеводороды содержатся количествах, для получения сжиженных газов или газовых бензинх. Сухим на практике считается газ, в 1 м³ которого содержится менее 60 г газового бензина; и жирным, если в 1 м³ содержится 60 - 70 г газового бензина. Более жирные газы сопутствуют обычно легким нефтям. С тяжелыми нефтями, наоборот, добывают по преимуществу сухой газ, состоящий главным образом из метана. Нефтяные газы содержат кроме углеводородов в незначительных количествах углекислый газ, азот, сероводород, гелий и т.п. Одним из основных физических параметров нефтяного газа является его плотность, колеблющаяся от 0,72 у метана до 3,2 кг/м³ у пентана. ^ 4. Физические основы нефтегазодобычи Пластовая энергия и силы, действующие в залежах нефти и газа Количество потенциальной энергии, которой обладает нефтяная или газовая залежь, определяется пластовым давлением и общим объемом всей системы - нефтяной или газовой залежи и окружающей эту залежь водяной зоны. Большие массы воды окружающие нефтяную или газовую залежь и большие пластовые давления обеспечивают больший запас природной энергии залежи. До вскрытия пласта сформировавшейся залежи скважинами жидкость и газ находятся в нем практически без движения, в статическом состоянии, и располагаются по вертикали в соответствии со своими плотностями. После вскрытия пласта скважинами и создания на забоях давления, меньшего, чем в пласте, равновесие в нем нарушается: жидкость и газ начинают перемещаться к зонам с пониженным давлением, т. е. к забоям скважин. Пластовая энергия расходуется на перемещение и преодоление сопротивлений, возникающих при движении жидкостей и газа в пористой среде. По мере расходования энергии пластовое давление в большинстве случаев снижается. Таким образом, залегающие в пластах нефть и газ находятся под действием сил, совокупность которых обусловливает движение нефти, газа и воды в пластах при их разработке, а также характер и интенсивность этого движения. Силы, действующие в пласте, можно разделить на две группы: силы движения и силы сопротивления, противодействующие движению жидкостей и газа и удерживающие нефть в пластах. К силам, обусловливающим движение нефти, газа и воды в пластах, относятся: 1) вызываемые напором пластовых контурных вод; 2) проявляющиеся вследствие упругости пластовых водонапорных систем, т. е. упругости жидкости и самих пород пластов; 3) вызываемые напором свободного газа, заключенного в повышенных частях пласта (газовой шапке); 4) вызываемые расширением сжатого газа, растворенного в нефти;  5) сила тяжести нефти. К силам сопротивления движению нефти в пласте относятся:  1) внутреннее трение жидкости и газа, связанное с преодолением их вязкости; 2) трение нефти, воды или газа о стенки поровых каналов нефтегазосодержащей породы; 3) межфазное трение при относительном движении жидкости и газа по пласту; 4) капиллярные и молекулярно-поверхностные силы, удерживающие нефть в пласте благодаря смачиванию ею стенок поровых каналов. ^ Гидравлическое сопротивление движению жидкости и газа по пласту зависит от вязкости движущихся жидкостей и газа и от скорости потока. При большей вязкости - большие силы сопротивления, при большей скорости потока - большие силы сопротивления. ^ Сопротивление трения при прохождении жидкости и газа через породу зависит от размеров пор и каналов в породе, а также от степени однородности сечения и шероховатости стенок пор. ^ Силы сопротивления при движении нефти через пески тем больше, чем меньше диаметр зерен и меньше сечение каналов в породе пласта. Силы сопротивления в результате межфазного трения возникают при относительном движении компонентов, вызванном разностью их вязкости. В мелких порах имеют значение капиллярные силы, удерживающие жидкость и противодействующие движущим силам пласта, стремящихся ее вытеснить. Избирательное смачивание нефтью и водой песчинок пласта имеет существенное значение, определяющее величину нефтеотдачи пласта.