3.2 Мұнай газы

Мұнай және газ кен орындарындағы жанғыш газдар химиялық табиғаты жағынан мұнайға ұқсас. Олар мұнай сияқты әр түрлі көмірсутектердің – метан, этан, пропан, бутан, пентанның қосылысы болып келеді. Көмірсутектермен қатар газдар құрамына азот, көмірқышқыл, күкірттісутек және сирек кездестін газдар кіреді. Көмірсутектердің ішіндегі ең жеңілі – метан; мұнай және газ кен орындарында алынатын газдарда оның көлемі басқа газдарға қарағанда 40-тан 95%-ға дейін және одан көп құрайды. Мұнайлы газ құрамына кіретін жеке көмірсутектер бір-бірімен өздерінің физикалық қасиеттерімен ерекшеленеді. Бұл мұнайлы газдың физикалық қасиетіне әсер етеді.

Мұнайлы газда жеңіл көмірсутектер – метан және этан неғұрлым көп болса, соғұрлым осы газ жеңіл және оның жану жылуы аз.

Қалыпты жағдайда (яғни қысым 0,1 МПа және температура 0°С) метан және этан газ күйлі жағдайда болады. Пропан мен бутан газдарға жатқызылғанмен, олар аз қысым кезінде де сұйықтықта тез өтеді.

Негізі көмірсутекті сұйықтыққа айналдыруға керекті қысым, яғни берілген көмірсутектің буларының серпімділігі берілген температурада көмірсутектің тығыздығынан көп болады.

Ең жоғарғы қалыпты жағдайда сұйықтыққа ауыспайтын серпімді метанда болады, өйткені оның критикалық температурасы минус 82,1°С-ке тең. Этан да сұйықтыққа әрең ығысады.

Мұнайлы газдарды ондағы жеңіл және ауыр (пропаннан жоғары) көмірсутектерінің көп болуына байланысты, оларды екі топқа бөледі: құрғақ газ және майлы деп.

Құрғақ газ деп құрамында ауыр көмірсутек болмайтын және аз көлемде болатын табиғи газдарды айтады. Майлы газ атауы ауыр көмірсутектердің болғаны соншалық, осы газдан табыспен жанған газ немесе газды бензинді алуға болатын газдарға тән. Тәжірибеде құрғақ газ ретінде 1 м³-те құрамында газды бензиннің 60 г-на дейін болатын, ал майлы газ ретінде – 1 м³-та бензиннің 60-70 г-нан жоғары болатын газдарды айтады.

Майлы газдар жеңіл мұнайлармен қатар игеріледі. Ауыр мұнайлармен керісінше, метаннан тұратын құрғақ газдар алынады.

Газдың алғашқы сипаттамасы оның тығыздығы арқылы анықталады. Газ тығыздығы деп оның 1 м³-тегі 0°С және атмосферлі қысым кезіндегі массасын айтады. Тәжірибе әдетте газдардың «салыстырмалы тығыздығы» деген атау жиі қолданылады. Газдың салыстырмалы тығыздығы деп бірдей температура кезіндегі газ көлемінің берілген массасының осындай ауа көлемінің массасына қатынасын айтады. Көмірсутекті газдардың салыстырмалы тығыздығы метанда 0,554, бутанда 2-дейінгі кең көлемде қалқиды.

Газдардың тығыздығы арнайы газды пикнометрлермен немесе саңылаудан газдардың ағу жылдамдығын өлшеуге негізделген эффузивті әдіспен өлшенеді.

Көптеген көмірсутекті газдардың және күкіртті сутектердің тығыздықтары ауа тығыздықтарынан үлкен. Сондықтан олар төмендетілген жерлерде, насосты кеңістіктерде, құдықтарда және арматура құрал-жабдықтарда газдың өтуі мүмкін болатын т.б. жерлерде жиналуы мүмкін. Бұны кәсіптік жұмысты жүргізу кезінде ескеру керек және жұмысшылардың денсаулықтарына зиянды газдардың әсерлерін жою үшін әрекеттер жасау керек.

Газ күйі Р қысым, Т температура және V көлеммен сипатталады. Осы параметрлердің арасындағы қатынас газ күйінің заңымен анықталады. Алайда нақты газдардың күйі осындай шарттардағы идеалды газ күйінен елеулі айырмашылық жасайды.

Нақты газдардың идеалды газдардан тығыздалуының ауытқу сипатының деңгейі идеалды газ көлеміне қатынасын көрсететін z сығылу коэффициенті қолданылады. Сонда Клапейронның газ күйінің теңдігі келесі түрге ие болады:

(3.7)

мұнда р - қысым, Па; V - газ көлемі, м3; m - газ массасы, кг; R - газ тұрақтысы, Дж (кг-град); T - абсолютті температура, ⁰K; z - сығылу коэффициенті. Газдардың сығылу коэффициенті z әдетте тәжірибелік график арқылы анықталады.

Газдардың мұнайда ерігіштігі. Генри заңы бойынша сұйықтықтағы газ ерігіштігі қысымға пропорционалды:

(3.8)

мұнда Vr - атмосфералық қысымға келтірілген еріген газ көлемі, м³; Vж - газ еритін сұйықтық көлемі, м³; а - ерігіштік коэффициентті, 1/Па; P - газдың абсолютті қысымы, Па; 1Па = 1 Н/м².

(3.8)-формуладан ерігіштік коэффициенті қысымды 1 бірлікке жоғарылатқандағы сұйықтық көлем бірлігінде қанша газ еритінін көрсететінін байқаймыз:

(3.9)

Ерігіштік коэффициенті (Н/м²)-1 = 1/Па өлшенеді.

V_ж=1 болғанда, а - Vr/p аламыз, яғни ерігіштік коэффициенті сандық жағынан қысымды бірлікке жоғарылатқандағы сұйықтың көлем бірлігінде ерітін газ көлеміне тең.

Әр түрлі газдардың және мұнайлар үшін ерігіштік коэффициенті еру шартына байланысты 0,4-10-5-тен 1 x Ю-5 1/Па-дейін өзгереді.

Мұнайда көмірсутектердің еруі кезінде Генри заңынан едәуір ауытқушылық байқалады. Ерігіштік коэффициенті аз қысым кезінде жоғары қысымға қарағанда анағұрлым үлкен болады. Газ қоспаларының ерігіштік коэффициенті жапсарда болатын газ және мұнай көлемдерінің қатынасына байланысты болады. Температуа артқан сайын газ ерігіштігі төмендейді. Мұнайлы газдың әр түрлі компоненттері әр түрлі ерігіштікке ие болады, газдардың молекулярлық массасы артқан сайын олардың ерігіштігі өседі.

Қабаттық мұнайдың қанығу қысымы деп мұнайлардан еріген газдың алғашқы көпіршіктері көріне бастайтын қысымды айтады. Қанығу қысымы мұнай және газ құрамына, олардың көлемдерінің қатынасына және температураға тәуелді болады. Қабатта бос газ (мысалы, газ телпегі болғанда) болған кезде мұнайға және газға қанығу қысымы қабат қысымына немесе оған жуық мәнге тең болады. Қабат қысымы қанығу қысымынан үлкен болуы да мүмкін, ол кезде мұнай кеніште газбен толық қанықтырылмаған 1т мұнайға келетін газ мөлшері (м³) газ факторы деп аталады. Кейде газ факторы 1 м³ шығарылған мұнайға немесе сұйықтыққа келетін кубтық метрмен өлшенеді.

Бақылау сұрақтары:

1.Мұнайда көмірсутектердің кездесетін топтарын келтіріңіз.

2.Мұнайдың құрамында болатын элементтерді атаңыз.

3.Мұнайдың тығыздығы анықтамасын келтіріңіз.

4.Мұнайдың тұтқырлығы дегеніміз не? Қандай түрлерін білесіз?

5.Мұнай парафинінің құрамына байланысты неше топқа бөлінеді?

6.Газ күйі қандай көрсеткіштермен сипатталады?

7.Мұнайдың тығыздығы, тұтқырлығы қалай анықталады?