3.4. Физико-химические и теплофизические свойства природных газов

3.4.1. Вязкость

Вязкость — свойство жидкостей и газов, характеризующих сопротивляемость скольжению или сдвигу одной их части относительно другой.

Коэффициент динамической вязкости характеризует силы взаимодействия между молекулами газа, которые преодолеваются при его движении. Динамическая вязкость газа связана с его плотностью _т, средней длиной свободного пробега  и средней скоростью молекул  соотношением

(3.26)

Основной единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда (Па*с). В нефтепромысловой практике вязкость измеряют в пуазах (П) или сантипуазах (сП). 1сП = 0.01 П= 0.001 Па*с.

Коэффициент кинематической вязкости. В расчетах наряду с абсолютной вязкостью газа применяют кинематическую вязкость , равную абсолютной вязкости, деленной на плотность газа: .

Единицей кинематической вязкости является квадратный метр на секунду (м²/с) или квадратный миллиметр на секунду (мм²/с). 1 мм²/с = 10^-6 м²/с.

В нефтепромысловой практике кинематическую вязкость измеряют в Стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт). 1 Ст = 10^-4 м²/с; 1 сСт = 10^-6 м²/с = 1 мм²/с.

При пересчетах абсолютной вязкости газа в кинематическую значения плотности или удельного веса берутся при рассматриваемых давлениях и температурах.

Учет влияния на вязкость азота —

(3.27)

Природа вязкости газов и жидкостей. В газах расстояние между молекулами существенно больше радиуса действия молекулярных сил, поэтому вязкость газов – следствие хаотического (теплового) движения молекул, сопровождающее переносом от слоя к слою определённого количества движения, в результате медленные слои ускоряются, а более быстрые замедляются. Работа внешних сил, уравновешивающих вязкое сопротивление и поддерживающее установившееся течение, полностью переходит в теплоту.

В жидкостях, где расстояние между молекулами много меньше, чем в газах, вязкость обусловлена молекулярным взаимодействием, ограничивающим подвижность молекул. В жидкости молекула может проникнуть в соседний слой лишь при образовании в нём полости, достаточной для перескакивания туда молекулы. На образование полости (на «рыхление» жидкости) расходуется так называемая энергия активации вязкого течения.

При больших давлениях (больше 10 – 15 МПА) газы становятся не идеальными, так как средние расстояния между молекулами становятся сравнимыми с радиусом межмолекулярного взаимодействия, и природа вязкости газов становится аналогичной жидкости.

3.4.2. Качественная зависимость вязкости газов и жидкостей от температуры.

В идеальном газе вязкость не зависит от плотности (давления), а определяется величинами средней скорости и длиной свободного пробега молекул. Так как средняя скорость возрастает с повышением температуры (несколько возрастает также и длина свободного пробега), то вязкость газов увеличивается при нагревании (пропорционально корню квадратному от температуры) (рисунок 9). Присутствие неуглеводородных компонентов в газе повышает вязкость природного газа.

В жидкостях энергия активации уменьшается сростом температуры и понижением давления. В этом состоит одна из причин резкого снижения вязкости жидкостей с повышением температуры и роста её при высоких давлениях.

В силу того, что при больших давлениях газы приобретают свойства жидкости, то при давлениях больших 10 – 15 МПа вязкость природных газов падает с ростом температуры (рисунок 9), но само значение вязкости повышается с ростом давления.

Рис. 9. Вязкость природного газа при различных значениях давлениях и температуры