3.4.3. Теплоёмкость

Теплоемкостью С называют количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы или объема вещества на 1 °С.

Удельная теплоемкость - отношение теплоёмкости к единице количества газа.

Для газов обычно различают теплоемкости при постоянном объеме С_v и постоянном давлении C_p. С_v связана с процессом, характеризующимся тем, что при неизменности объема вся энергия, сообщаемая газу в форме теплоты, затрачивается на увеличение внутренней энергии газа. C_p связана с процессом, характеризующимся тем, что, нагревая тело, предоставляют ему возможность расширяться при неизменном давлении. Таким образом, часть сообщенной телу теплоты идет на производство работы расширения. Поэтому .

Для идеальных газов между C_p и С_v существует следующее соотношение:

, где — газовая постоянная.

В области давлений, где газы считаются идеальными, значения теплоемкостей постоянны. Однако для реальных газов значения теплоемкости изменяются в зависимости от давления и температуры.

Для смеси газов теплоемкость определяется по сумме теплоемкости входящих компонентов по формуле:

, (3.28)

где C_i - теплоемкости отдельных компонентов смеси; y_i — объемное (молярное) содержание компонентов в долях единицы; – число компонент.

Связь молярной теплоемкости углеводородных и неуглеводородных компонент. При изобарическом процессе молярная теплоёмкость неуглеводородных компонентов природных газов (азота, углекислого газа, сероводорода) равна примерно половине теплоёмкости углеводорода с одинаковой молекулярной массой при одной и той же температуре.

Связь молярной теплоемкости с массовой. Массовая теплоёмкость равна отношению молярной теплоёмкости к молекулярной массе газа M_i, т.е. массе киломоля -го компонента, кг/моль.

3.4.4. Дросселирование газа. Коэффициент Джоуля-Томсона

Дросселирование — расширение газа при прохождении через дроссель - местное сопротивление (вентиль, кран и т.д.), сопровождающее изменением температуры.

Отношение изменения температуры газа в результате его изоэнтальпийного расширения (дросселирования) к изменению давления называется дроссельным эффектом, или эффектом Джоуля-Томсона.

При охлаждении газа эффект считается положительным, при нагревании его — отрицательным.

Изменение температуры при снижении давления на 1атм (0.1Мпа) называется коэффициентом Джоуля-Томсона. Этот коэффициент изменяется в широких пределах и может иметь положительный или отрицательный знак.

Изменение температуры газа в процессе изоэнтальпийного расширения при значительном перепаде давления на дросселе называется интегральным дроссель-эффектом. Это изменение можно определить по соотношению:

. (3.29)

Интегральный коэффициент Джоуля-Томсона для природного газа изменяется от 2 до 4 К/МПа в зависимости от состава газа, падения давления и начальной температуры газа. Для приближенных расчетов среднее значение коэффициента Джоуля-Томсона можно принять равным 3 К/МПа.

3.4.5. Влажность природных газов

Природный газ в пластовых условиях всегда насыщен парами воды, так в газоносных породах всегда содержится связанная, подошвенная или краевая вода.

Влажность газа характеризуется концентрацией воды в паровой фазе системы газ — вода. Обычно она выражается массой паров воды, приходящейся на единицу массы сухого газа (массовая влажность) или числом молей паров воды, приходящейся на моль сухого газа (молярная влажность).

Абсолютная влажность W характеризуется количеством водяного пара в единице объема газовой смеси, приведенной к нормальным условиям (T⁰ К, p = 0,1 МПа), измеряется в г/м³ или кг/1000м³.

Относительная влажность — отношение абсолютной влажности к максимальной, соответствующей полному насыщению парами воды, при данной температуре и давлении (в %). Полное насыщение оценивается в 100 %.

Факторы, определяющие влагосодержание природных газов: давление, температура, состав газа, количество солей, растворенных в воде, контактирующей с данным газом.

Методы определения влагосодержания: экспериментально, по аналитическим уравнениям или номограммам, составленным при обработке экспериментальных или расчетных данных.

Влияние неуглеводородных компонент (углекислого газа и сероводорода) - увеличивает их влагосодержание. Наличие азота приводит к уменьшению влагосодержанияю, так как он способствует уменьшению отклонения газовой смеси от идеального газа и менее растворим в воде. С увеличение плотности (или молекулярной массы газа), за счет роста количества тяжелых углеводородов, влажность газа уменьшается из-за взаимодействия молекул тяжелых углеводородов с молекулами воды. Наличие в пластовой воде растворенных солей уменьшает влагосодержание газа, так как при растворении солей в воде снижается парциальное давление паров воды.

При уменьшении температуры происходит уменьшение влагосодержания, а при падении давления его увеличение.