Вопрос 3. Физико – химические свойства газа.

Природный газ представляет собой естественную смесь газообразных УВ, в составе которой преобладает метан. Образуется в недрах земли при медленном анаэробном (без доступа воздуха) разложении органических веществ.

Состав пластовой смеси:

1. УВ парафинового ряда

• 

• 

• 

2. Кислые газы

• Азот

• СО, СО₂

• сероводород

3. Инертные газы

• Гелий

• Неон

• аргон

4. Металл (Ртуть)

5. Вода

Ниже рассмотрены основные свойства природных газов, которые необходимо знать как на стадии разведки, так и при разработке месторождений:

Плотность.

-отношения массы газа к единице его объема. Зависит от его состава , давления и температуры.

Плотность газовой смеси при стандартных условиях( Т=293К, р=0,1013МПа) определяется с помощью молекулярной массы смеси и её молярного объема:

Vмол ст=24,04 л/моль

Плотность газа при заданных давлении и температуре определяется по известной плотности в стан условиях по формуле:

z- коэффициент сверхсжимаемости

В расчетах часто пользуются понятием относительной плотности газа:

Вязкость.

(Внутреннее трение) Свойство текучих тел оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Она зависит от состава газа, давления и температуры.

Величина силы трения между двумя движущимися слоями пропорциональна площади соприкосновения этих слоев и изменению скорости движения в направлении, перпендикулярным плоскости соприкосновения слоев.

-Кинематическая

-Динамическая

Вязкость газа в пластовых условиях:

=_атм^* ( при атмосферном давлении, но при пластовой температуре)

^*- приведенная вязкость.

Mi-молекулярная масса i-того компонента

Xi-молярная концентрация

i- коэффициент динамической вязкости при заданной температуре и атмосферном давлении.

Теплоемкость газа.

-это отношение количества теплоты, подведенной к газу, и изменению его температуры. Теплоемкость газов зависит от состава газа, процесса передачи тепла, давления и температуры.

Различают два типа теплоемкости:

При Р=const, Cp

При υ=const, Cv

Отношение теплоемкости к массе называется удельной теплоемкостью.

Удельная теплоемкость УВ компонентов снижается по мере повышения из молекулярной массы.

Отношение теплоемкости при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме называют коэффициентом адиабаты: Ср/Сv.

Теплота сгорания.

-кол-во тепла, выделяющегося при полном сгорании единицы объема (или массы) газа в определенных условиях.

Чем тяжелей компонент, тем выше его объемная теплота сгорания.

Теплопроводность.

-кол-во тепла, проходящего через его массы без перемещения, конвекции и теплообмена. Теплопроводность λ зависит от состава газа, Р и Т и определяется графическим и аналитическим способами.

Коэффициент теплопроводности является коэффициентом пропорциональности между количеством передаваемого тепла и градиентом температуры, площади передачи, продолжительностью процесса теплопередачи и толщиной газового слоя.

Коэфсверхсжимаемости газов.

Коэффициент сверхсжимаемости газа- это отношение Vгаза при заданных термобарических условиях к объему этого же газа определенному при идентичных термобарических условиях по законам идеального газа. Другими словами коэффициент характеризует отклонение объема реального газа от объема идеального газа.

Z=

V=

Коэффициент зависит от состава газа, давления и температуры. Значение коэффициента может быть определено аналитическим и графическим способами.

Графическая зависимость z от Рпр и Тпр испытывают газы, содержащих не более 2% высококипящих УВ , 2% ароматических УВ и 5% полярных и кислых компонентов.

Для смесей с содержанием метана более 96%:

Z=(0,4

Идеальный газ- математическая модель газа , в которой предполагается , что потенциальной энергией молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией, т. е. между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействиями между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.

Уравнение состояния идеального газа:

Vид=

N-кол-ва вещества газа, R-универсальная газовая постоянная

Реальный газ- газ, который не описывается уравнением состояния идеального газа Менделеева - Клапейрона. Зависимости между его параметрами показывают, что молекулы реальных газов имеют конечные размер и форму, оказывают значительное взаимное влияние и занимают определенный объем. Поэтому для их характеристики нужно учесть параметры, которые связаны с молекулярным взаимодействием.

Для более точных расчетов коэффициент сверхсжимаемости природных газов должен быть определен по кубичсеким уравнениям состояния газов.

Критические параметры газа.

Критическим называют такое состояние вещ , при котором плотность вещ и его насыщенного пара равны.

Давление паров при критической температуре называется критическим давлением.

Максимальная температура, при которой жидкость и паровая фазы ещё могут существовать в равновесии, называется критической температурой . При более высокой темп жидкая фаза не может существовать.

Для природных газов, представляющих смесь отдельных компонентов, критические параметры определяются как псевдокритические по составу газа и по известной относительной плотности газа .

Если природный газ содержит мене 10 % высококипящих углеводородных фракций , то псевдокритические параметры определяются:

Рпкр=хi*Pkpi и Тпкр=xi*Tkpi Для газов, содержащих более 10% углеводородных и неуглеводородных компонентов, псевдокритические параметры определяются:

Рпкр=К² /J² и Тпкр= К ² /J

При наличии в газе Н2S,N2, СО2 необходимо на величины Рпкр и Тпкр внести поправки. Эти поправки определяются графически или расчетным путем.

Приведенные параметры.

Если приведенные параметры природных газов одинаковы, то они находятся в соответственных состояниях, при которых их физические свойства z,, одинаковы.

Рпр=Р/Ркр и Тпр=Т/Ткр

Уравнение состояния газа.

Для любого газа уравнение состояния идеального газа:

PV=GRT

G- количество газа, R- работа расширения 1 моля газа на 1 градус С , в условиях Р=const

При больших давлениях объемы молекул становятся сравнимыми с объемом газа и требуют учета при составлении уравнение состояния реального газа.

PV=zRT

z-коэффициент пропорциональности .

Уравнение Ван-Дер-Ваальса:

(р+а/у² )(V-в)=RT

y-удельный объем газа

а/у- постоянная, связанная межмолекулярными силами.

В- поправка на объем самих молекул.

Состав газовой смеси.

Массовая концентрация:

gi=(Gi/Gcмеси )*100%

Gi-масса i-того компонента

Молярная концентрация:

Xi=(Ni/Nсмеси)*100%

N-кол-во вещества i-того компонента

Объемная концентрация по закону Авагадро:

Vi=Vi/Vcмеси=Ni/Nсмеси=Хi

Для характеристики газовой смеси необходимо знать её среднюю молярную массу, среднюю плотность и плотность относительно по воздуху.

Если известен молярный состав смеси (%) , то её молекулярная масса:

n-кол-во компонентов, составляющих газовую смесь, Хi-мольные концентрация компонентов(%), Мi- молярные массы компонентов.

Если задан массовый состав смеси (%), то средняя молярная масса:

gi-массовые концентрации компонентов.

Переход от мольного состава к массовому и обратно:

gi=

Влагосодержание газа.

См. ниже- 4 вопрос.