11. Определение состава и характеристик газов.

При управлении технологическими процессами бурения и до­бычи газа необходимо измерять параметры, характери­зующие добываемый газ, так и материалы, применяемые в ходе технологического процесса. Для этих целей применяются анализаторы свойств материалов и примесей. К свойствам материалов мы будем относить плотность и вязкость.

Плотность определяется массой m в единице объема V: ρ=m/V

Иногда пользуются понятием относительной плотности, ко­торая для газов обычно определяется по от­ношению к плотности воздуха при нормальных условиях. По принципу действия плотномеры можно разделить на следу­ющие группы: поплавковые, гидростатические, радиоактивные и ультразвуковые.

Вискозиметры предназначены для измерения коэффициентов вязкости (динамической и кинематической), которые характери­зуют сопротивление газов течению.

Коэффициент динамической вязкости определяется формулой Ньютона:

где F - сила сдвига; S - площадь внутреннего сдвига; dυ/dn -градиент скорости по поперечному сечению потока; υ - скорость течения слоя; n - расстояние между параллельными движу­щимися плоскостями.

За единицу динамической вязкости принимают вязкость потока жидкости, в которой линейная скорость под воздействием давления сдвига 1 Па имеет градиент 1 м/с на 1 м расстояния, перпендикулярного к плоскости сдвига. Размерность этой единицы Н∙с/м².

Кинематическая вязкость представляет собой отношение ди­намической вязкости к плотности жидкости. Иногда вязкость определяется условными единицами ºВУ: ºВУ=τ_ж/τ_в, где τ_ж - время истечения определенного объема исследуемой жидкости через калиброванную трубку: τ_в - время истечения того же объема дистиллированной воды через ту же трубку.

Приборы для измерения вязкости основаны на следующих ме­тодах: по перепаду давления при движении жидкости в капил­лярных трубках, по времени падения твердого тела в жидкости, по крутящему моменту и по поглощению ультразвуковых колеба­ний.

При измерении вязкости следует иметь в виду, что на вязкость значительно влияет изменение температуры.

15.2. Свойства газов, влияющие на технологию их транспорта

Основными свойствами газов, влияющими на технологию их транспорта по трубопроводам, являются плотность, вязкость, сжимаемость и способность образовывать газовые гидраты.

Плотность газов зависит от давления и температуры. Так как при движении по газопроводу давление уменьшается, то плотность газа снижается и скорость его движения возрастает. Таким образом, в отличие от нефте- и нефтепродуктопроводов транспортируемая среда в газопроводах движется с ускорением.

Вязкость газов в отличие от вязкости жидкостей изменяется прямо пропорционально изменению температуры. т.е. при увеличении температуры она также возрастает и наоборот. Это свойство используют на практике: охлаждая газы после компримирования добиваются уменьшения потерь давления на преодоление сил трения в газопроводах.

Сжимаемость - это свойство газов уменьшать свой объем при увеличении давления. Благодаря свойству сжимаемости в специальных емкостях - газгольдерах высокого давления - можно хранить количество газа, в десятки раз превышающие геометрический объем емкости.

Если газ содержит пары воды, то при определенных сочетаниях давления и температуры он образует гидраты - белую оталлическую массу, похожую на лед или снег. Гидраты уменьша а порой и полностью перекрывают сечение газопровода, образуя пробку. Чтобы избежать этого газ до закачки в газопровод подвергают осушке.

Охлаждение газа при дросселирования давления называется эффектом Джоуля-Томсона. Интенсивность охлаждения характеризуется одноименным коэффициентом Д_i, величина которого зависит от давления и температуры газа. Например, при давлении 5,15МПа и температуре 0°С величина Д_i =3.8 град/МПа. Если дросселировать давление газа с 5,15МПа до атмосферного, его температура вследствие проявления эффекта Джоуля-Томсона понизится примерно на 20 градусов.