Методички к лабам по ТЭГС / Методичка по плотности газа

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Российский государственный университет нефти и газа им. И.М.Губкина»

А.Н. Тимашев, Т.А. Беркунова, Э.А. Мамедов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ГАЗА

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплинам «Технология эксплуатации газовых скважин» и «Разработка и эксплуатация газовых и газоконденсатных месторождений» для студентов специальностей:

РГ, РН, РБ, МБ, МО, ГР, ГИ, ГП, ГФ

Под редакцией профессора А.И. Ермолаева

Москва 2012

Определение плотности газа.

Методические указания к проведению лабораторных работ/ А.Н. Тимашев,

Т.А. Беркунова, Э.А. Мамедов – М.: РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2012.

– 28 с.

Изложены способы лабораторного определения плотности газа. В основу положен действующий ГОСТ 17310 – 2002.

Методические указания предназначены для студентов нефтегазовых вузов специальностей: РГ, РН, РБ, МБ, МО, ГР, ГИ, ГП, ГФ.

Издание подготовлено на кафедре разработки и эксплуатации газовых и га-

зоконденсатных месторождений.

Печатается по решению учебно-методической комиссии факультета разра-

ботки нефтяных и газовых месторождений.

2

3

Введение

Физические свойства природных газов и углеводородных конденсатов ис-

пользуются как на стадии проектирования разработки и обустройства месторож-

дений природных газов, так и при анализе и контроле разработки месторождения,

работы системы сбора и подготовки продукции газовых и газоконденсатных скважин. Одним из главных физических свойств, подлежащих изучению, является плотность газа месторождений.

Поскольку состав газа месторождений природных газов является сложным,

состоящим из углеводородных (алканы, циклоалканы и арены) и неуглеводород-

ных компонентов (азот, гелий и др. редкоземельные газы, а также кислые компо-

ненты Н2S и СО2), возникает необходимость лабораторного определения плотно-

сти газов.

В данном методическом указании рассмотрены расчетные способы опреде-

ления плотности газа по известному составу, а также два лабораторных метода определения плотности газа: пикнометрический и метод истечения через капил-

ляр.

4

1. Основные определения

1.1.Плотность природного газа при атмосферном давлении

Плотность газа равна массе М, заключенной в единице объема v вещест-

ва. Различают плотность газа при нормальных н Р 0,1013 мПа,Т 273К и

Где М – молекулярная масса газа, кг/кмоль; 22,41 и 24,04, м3/кмоль – молярный объем газа соответственно при нормальных (0,1013 МПа, 273 К) и стандартных

(0,1013 МПа, 293 К) условиях.

Для природных газов, состоящих из углеводородных и неуглеводородных компонентов (кислых и инертных) кажущаяся молекулярная масса Мк

определяется по формуле

где Мi – молекулярная масса i-го компонента кг/кмоль; ni –мольный процент i-го компонента в смеси;

к – число компонентов в смеси (природном газе).

Плотность природного газа см равна

5

i – плотность i-го компонента при 0,1 МПа и 293 К.

Данные по индивидуальным компонентам приведены в таблице 1.

Пересчет плотности при различных условиях температуры и давлении

0,1013 МПа (101,325 кПа) в приложении В.

1.2. Относительная плотность газа

В практике инженерных расчетов часто используется понятие относитель-

ная плотность , равная отношению плотности газа к плотности воздуха при одинаковых значениях давления и температуры. Обычно принимают в качестве эталонных нормальные или стандартные условия, при этом плотность воздуха со-

ответственно составляет в0 1,293кг / м3и в20 1,205кг / м3 . Тогда относитель-

ная плотность природного газа равна

1.3. Плотность природного газа при давлениях и температурах

Плотность газа для условий в продуктивном пласте, стволе скважины, газо-

проводах и аппаратах при соответствующих давлениях и температурах определя-

ется по следующей формуле

где Р и Т давление и температура в месте расчета плотности газа; 293 К и 0,1013 МПа – стандартные условия при нахождении см ;

z, z0 – коэффициенты сверхсжимаемости газа соответственно при Р и Т и стан-

дартных условиях (значение z0 = 1).

Наиболее простым способом определения коэффициента сверхсжимаемости z является графический метод. Зависимость z от приведенных параметров пред-

ставлена на рис. 1.

6

Для однокомпонентного газа (чистого газа) приведенные параметры опре-

деляются по формулам

включительно, а все остальные компоненты объединяются в остаток (псевдоком-

понент) С5+ или С7+, в этом случае критические параметры определяются по фор-

мулам

При 100 Мс5 240и700 dс5 950,

Мс5 – молекулярная масса С5+ (С7+) кг/кМоль;

dc5 – плотность псевдокомпонента С5+ (С7+), кг/м3.

7

Таблица 1

Показатели компонентов природного газа

R 8,3144 êÄæ êì î ëü Ê

Рисунок 1 – Зависимость коэффициента сверхсжимаемости z от приведенных параметров Pпр и Тпр

9

2. Лабораторные методы определения плотности природного газа

2.1. Пикнометрический метод

Пикнометрический метод установлен стандартом ГОСТ 17310-2002, в соот-

ветствии с которым определяется плотность (относительная плотность) газов и газовых смесей.

Сущность метода заключается во взвешивании стеклянного пикнометра объемом 100-200 см3 последовательно с осушенным воздухом и осушенным ис-

следуемым газом при одинаковой температуре и давлении.

Плотность сухого воздуха – величина эталонная. Зная внутренний объем пикнометра, можно определить плотность природного газа неизвестного состава

(исследуемого газа). Для этого предварительно определяется внутренний объем пикнометра («водное число»), поочередно взвешивая пикнометр с осушенным воздухом и дистиллированной водой, плотности, которых известны. Затем взве-

шивается пикнометр, заполненный исследуемым газом. Разность масс пикнометра с исследуемым газом и пикнометра с воздухом, поделенная на значение объема пикнометра («водное число») прибавляется к значению плотности сухого воздуха,

что составляет в итоге плотность исследуемого газа.

Вывод расчетных формул показан ниже.

2.1.1. Расчетные формулы

Плотность природного газа пикнометрическим способом определяется на основе следующих соотношений:

г – плотность газа в условиях проведения замеров, г/дм3 кг ;

м3

вз – плотность воздуха в условиях проведения замеров, г/дм3 кг ;

м3

Мг – масса газа в пикнометре, г;

Мвз – масса воздуха в пикнометре, г;

10