36.Состав природных газов и их классификация.

Природный газ добывается из нефтяных, чисто газовых и газоконденсатных месторождений. В составе газа чисто газовых месторожд. наход. 91…99% метана, остальные 1…9% гомологи метана, а также в состав чисто газовых месторожд. входят и не Ув-ые газы: это N₂ до 42% , Н₂S, меркаптаны, СО₂ и такие редкие газы как Ar, He, ксинон, криптон и т.д.

В составе газов, добываемых из газоконденсатных месторождений, содержание СН₄ колеблется от 75 до 88%, остальные гомологи метана не УВ компоненты. В составе попутных газов нефт. мест. сод-ие СН₄ сост.< 35…40%, содерж. гомологов доходит до 30…60%, мн. N₂, СО₂ иногда и Н₂S.

Состав газовой смеси выраж-ся в вид массовой или объемной концентрацией компонентов либо в мольных долях.

1. Массовая конц-ия комп-ов:

W_i – массовая конц-ия i-го компонента

М_i- масса i-го компонента, входящего в состав газов. смеси

n-кол-во комп-ов, вход-их в состав газов.

2. Объемная конц-ия компонентов

V-объемн. конц-ия

V_i- объем i-го комп-та в сост. смеси

n- число компонентов в смеси

3. Мольная доля

Y_i – мольная доля i-го компонента

n _I –число молей i-го комп-та

Природные газы могут быть подразделены на несколько категорий в зависимости от их состава или происхождения. В соответствии с химическим составом природные газы подразделяются на три основные группы:

1) углеводородные,

2) углекислотные,

3) азотистые.

В природе наблюдаются также смешанные типы газов - углеводородно-азотистые и др

Тяжёлым нефтям свойственны сухие попутные нефтяные газы, с преобладанием метана. Коэффициент сухости (k_сух.) пропорционален содержанию метана:

Под тяжелыми УВ понимается суммарное содержание углеводородов от этана (С2Н6) и выше.

Лёгким нефтям свойственны жирные попутные газы. Коэффициент жирности (k_жирн.) пропорционален содержанию тяжелых углеводородов:

37.Молекулярный объем, плотность, вязкость, сжимаемость, упругость насыщенных паров ув газов.

Упругость насыщенных паров УВ-ых газов - это то минимальное давление, при кот. газ начин. переходить в жидкое состояние Р_у [Па, МПа]

Упругость насыщенных паров увеличивается с увеличением t и она тем больше, чем меньше плотность газов. С ростом молекулярного веса упругость насыщенных паров уменьшается

Примеры:

1. бутан С₄Н₁₀- 0,22МПа 2. пропан С₃Н₈- 0,82МПа

3. этан С₂Н₈- 4,0 МПа 4. метан СН₄- 27,0МПа

Плотность газа – это масса газа в единицу объема, измеряется в кг/м³, но часто пользуются относительной плотностью газа. За относительную плотность газа принимается число, показывающие во сколько раз масса рассматриваемого газа> или< массы сухого воздуха, заключ. В один и тот же объём при н.у. (0 ⁰С; 0,1 МПа.)

_г  _в

Чем > молекулярная масса газа, тем > его плотность.

Значение относительных плотностей  для некоторях газов.

N₂, СО₂ - 0,97 СО₂ - 0,518 Н₂S - 1,191

СН₄ - 0,55 С₃Н₈ - 1,52С₄Н₁₀ - 2,007 Воздух - 1

Плотность газов измеряют специальными газовыми пикнометрами или эффузивным способом, основанным на измерении скорости истечения газов из калиброванных отверстий , при этом отмечается следующее равенство

П лотность газов зависит от t-ры и давления. С увеличением t-ры плотность газов уменьшится, с ростом Р и молекулярной массы плотность увеличивается.

Сведения о плотности газов использ. для опред-ия массы газа по объему и наоборот.

Вязкость УВ газов

- характеризует силу внутреннего трения. Различают динамическую и кинематическую вязкость, кот. связаны м/у собой следующим отношением:

 - [м^2/с]-кинематическая вязкость 

-[Па*с]- динамическая вязкость

Вязкость газа зависит от t, P и природы самого газа.

Закономерности изменения в. газов от указанных параметров можно объяснить исходя из некот. положений кинетич. теории газов. Так известно, что вязкость

-плотность газа

V - ср. скорость движения молекул газа

ср. скорость длина свободного пробела молекул

-динамич. вязкость

Согласно ф-ле (2) с повышением Р плотность газа увеличивается, но при этом уменьшается средняя длина свободного пробега молекул, а средняя их скорость не изменяется , поэтому с увеличением Р динамич. вязкость газа в начале практически остается постоянной.

При высоких давлениях это нарушается, т.к. газ по своим св-ам приближается к жидкостям. Из формулы (2) видно, что с увеличением t-ры вязкость газа должна возрастать, т.к. ср. скорость движения молекул увелич-ся, а плотность и ср.длина пробега остаются постоянными, при неизменном объеме газа . С повышением t-ры увеличивается скорость и количество движения передаваемого из слоя в слой в ед. времени и следует, что больше будет вязкость.

О днако с повышением Р эти закономерности нарушается. При высоких Р с увеличением t вязкость газов изменяется аналогично изменению вязкости ж-ти, т.е. вязкость снижается.

В сжатом газе перелет молекул в движущиеся др. относительно др. слои затруднен и передача кол-ва движения из слоя в слой происходит в основном как у ж-тей, за счет временного объединения молекул на границе слоев. При увеличении t ухудшаются усл-ия для объед-я молекул. В следствии увеличения скоростей их движ-и и поэтому вязкость сильно сжатых газов уменьшается с ростом t-ры.

С увеличением молекулярной массы газа вязкость его возрастает.

Для определения вязкости газов используются следующие методы:

1. капиллярный

2. м-д измерения ск-ти падения шарика в исследован.газе.

3. м-ды, основан. на измерении ск-ти вращения цил-ров и затухания вращ-ых колебаний дисков

4. рассчетные м-ды

Молекулярная масса смеси рассчитывается по принципу аддитивности:

М _i – молекулярный вес i-го компонента;

g_i – весовая доля;

N_i – мольная доля.

М олярный объём — объём одного моля вещества, величина, получающаяся от деления молярной массы на плотность. Характеризует плотность упаковки молекул. Согласно закону Авогадро, для любого газа при нормальных условиях эта величина имеет универсальное значение 22,4 л/моль.

При повышенном давлении газ сжимается. За счёт направленности связи С-Н происходит перераспределение электронной плотности, и молекулы газов начинают притягиваться друг к другу (физическое взаимодействие).

Для учёта этого взаимодействия в уравнение (2.18) вводится коэффициент сверхсжимаемости z, предложенный голландским физиком Ван-дер-Ваальсом, учитывающий отклонения поведения реального газа от идеального состояния:

PV = zQRT Q – количество вещества, моль; z – коэффициент сверхсжимаемости.

Физический смысл коэффициента сверхсжимаемости заключается в расширении граничных условий уравнения Менделеева - Клайперона для высоких давлений.

Коэффициент z зависит от давления и температуры (приведенных, критических давлений и температуры), природы газа.

Критическое давление – давление, при котором газообразный углеводород переходит в жидкое состояние.

Критическая температура – температура, при которой жидкий углеводород переходит в газообразное состояние.

38.Поверхностное натяжение и его зависимость от Т, Р и состава нефти. Методы его определения. σ на границе с различными технологическими жидкостями и практическое использование этих зависимостей.

Поверхностные натяжения на границе раздела фаз

Нефтяные и газовые пласты представл. огромное скопление капиллярных каналов и трещин с громадной удельной поверхностью. В следствии этого поверхностные натяжения в залежах играют огромную роль в процессах взаимного вытеснения нефти, воды и газа. В частности нефтеотдача пластов, фазовые прониц-ти во многом обусловлены поверхностными явлениями на границе ж-п , ж-ж, ж-г.

ф -ла Лапласа- коэ-нт поверхн0го натяжения, мн/м

 - угол смачивания, град^-1 R- рад.порового канала, м

С лой, толщина кот. равна радиусу действия сил межмолекулярного взаимодействия наз. поверхностью, т.к.в этом слое сущ-ет молекулярное давление, то перемещения молекул из жидкости, для образования новой поверхности требует затраты определенной работы, переходящей в энергию поверхностного слоя- поверхностную энергию. Работа, отнесенная к единице площади вновь образованной поверхности наз. удельной свободной поверхностной энергией или поверхностным натяжением либо коэффициентом поверхностного натяжения.

 = R/S R – работа, Дж S – площадь, м² - коэф. поверхн. натяжения,Дж/ м²

С др. стороны поверхностное натяжение – это сила на единицу длины, необходимая для образ-я новой поверхности и в этом случае

 = F / l  Н/м F – Н (сила) l – м (длина периметра)

В нефтяном пласте поверхностные явления м.б. на следующих границах раздела: нефть-вода, нефть- газ, вода-газ, нефть порода, вода-порода, газ-порода.

-экспериментально можно определить между жидкостями и на границе жидкость-газ. Примеры поверхностных натяжений некоторых веществ ([мн/м], на границе с воздухом и водой):

1. Вода - 72,75 – х 2. Нефть Ухтинского месторождения - 31,1 - 33,3

3. Нефть Туймазинского месторождения – 2,2 – 30,2 4. Нефть Орланского месторождения – 28,4 – 31,4 5. Ртуть – 465 – 375

Влияние температуры, давления и состава контактирующих фаз на поверхностное натяжение.

Величина σ чистой жидкости на границе с паром в дали от ее критической точки зависит от температуры. Рост температуры вызывает уменьшение коэффициента поверхностного натяжения из-за уменьшения межмолекулярных сил.

_t  _ t

_t и _соответственно поверхностные натяжения при t⁰C и 0⁰С, [мн/м]

температурный коэффициент поверхностного натяжения t-текущая t-ра системы.

С увеличением давления поверхностное натяжение жидкости на границе с газом уменьшается, так как с увеличивается давления возрастает взаимная растворимость газа в жидкости и происходит уменьшение свободной поверхностной энергии.

Для нефти эта зависимость гораздо сложнее и количественно изменение зависит от состава нефти, количества и состава растворенного в нефти газа, природы полярных компонентов нефти и газа и т.д. Чем больше растворимость газов в нефти, тем интенсивнее уменьшение  с возрастанием давления. Графически это выглядит следующим образом:

1-на границе с CH₄ при темп-ре 20⁰

2-на границе с этан - пропановой смесью при темп-ре 20⁰

3-на границе с СН₂ при темп-ре 60⁰

Поверхностное натяжение дегазационной малополярной нефти на границе с водой в пределах давлений, встречается в промысловой практике мало зависят от давлений:

О бъясняется относительно небольшим примерно одинаковым изменением межмолекулярных сил каждой из жидкостей с увеличением давления, так что соотношение их остается постоянным и не приводит к существенным изменениям коэффициента поверхностного натяжения. Межфазное натяжение в системе нефть-вода так же как и на границе с азотом уменьшается при росте температуры и эта зависимость носит следующий характер.С увеличением температуры понижается поверхностное натяжение

Зависимость  от состава нефтей

М акасин занимался этими вопросами. Их вывод:  не зависит от количества содержания в нефти асфальтенов. Но когда изучили состав асфальтенов , то выявили эту зависимость (металлпорфириновые комплексы).

Изучение влияния состава нефти, в частности влияние асфальтенов на  позволило получить следующие выводы.

1. большой и четко выраженной зависимости  на границе нефть-вода не наблюдается (от содержания асфальтенов)

2 .  зависит от определенной группы соединений, входящей в состав асфальтенов, а именно от количества металлпорфириновых комплексов.

Приведем изотермы  на границе нефти в растворе реагентов наиболее часто используемых в промыслах.

Изменение  на границе нефти – раств-ор. щелочи от концентрации щелочи в водном растворе.

а)  уменьшается с ростом концентрации щелочи.

б )  на границе нефть - активные и нейтрализованные растворы кислот (НСL,H₂SO_4,HF)

в)  на границе с растворами ПАВ

М етоды определения коэффициента поверхностного натяжения

1. Метод отрыва кольца или пластинки из жидкости.

При этом сила, необходимая для отрыва кольца или пластинки пропорциональна межфазному натяжению на границе жидкость-газ. F = k* F-сила, [H] н/м к - постоянная прибора

2. Метод измерения высоты подъема жидкости в капилляре (за счет капиллярного давления).

Р

4. Определение с помощью сталогмометра. УФНИИ

V(_b_

к- постоянная прибора

 коэф. поверхн. натяжения

V-объем, вышедший из кап-ра капли

_b, _плотности воды и нефти соотв-но

_кап = gh P_кап = 2cos  r (по ф-ле Лапласа) угол смачивания; r-радиус капилляра.   hgr / 2cos

3. Метод счета капель

Отрыв капли произойдет когда вес капли станет равным силе

поверхностного натяжения , удерживающей её.

Перед отрывом капли образуется шейка, радиус kf

несколько меньше радиуса капиляра.

Вдоль окружности этой шейки и действующая

сила поверхностного натяжения.

P = r

Р- вес капли, [Н];

-[H/м];

r-радиус шейки[м]