2. Состав и физические свойства газов.

Природные газы делятся на три группы:

• газы, добываемые из чисто газовых месторождений;

• газы, добываемые из газоконденсатных месторождений;

• газы, добываемые вместе с нефтью из нефтяных месторождений.

Природные и нефтяные газы состоят из предельных углеводородов: метана (СН₄) и его гомологов C_nH_2n+2: этана (С₂Н₆₎, пропана (С₃Н₈), бутана (С₄Н₁₀), пентана (С₅Н₁₂) и т. д.

Часто углеводородные газы в своем составе содержат двуокись углерода СО₂, сероводород Н₂S и азот N₂, а также в небольших количествах гелий (Не), аргон (Ar), неон (Ne), пары ртути (Hg) и другие элементы. Содержание сероводорода и углекислого газа может достигать десятки процентов, а остальных примесей - доли процента.

Кроме того, природные газы содержат пары воды, содержание которой зависит от давления и температуры продуктивных пластов.

Газы чисто газовых месторождений наиболее легкие, они на 90 % и более состоят из метана. Газы нефтяных месторождений (их также называют попутным нефтяным газом) наиболее тяжелые, метана в них от 30 до 70 %. Газы газоконденсатных месторождений несколько более тяжелы, чем газы чисто газовых месторождений, но легче чем нефтяной газ (метана в них от 80 до 90 %).

Природный газ бесцветен, а при отсутствии в нем сероводорода - не имеет запаха.

Основные параметры и свойства, характеризующие природный газ:

1) Молекулярная масса газа – это сумма масс атомов, входящих в состав молекулы. Молекулярная масса М_г углеводородных газов определяется по формуле:

М_г =  М_iy_i, (2.3)

где М_i – молекулярная масса i-го компонента;

y_i – доля компонента в смеси по объему.

Поскольку природный газ в основном состоит из метана, молекулярная масса его равна 16-20 кг/кмоль. Молекулярная масса нефтяного газа больше.

В зависимости от преобладания в газах легких (метан, этан) или тяжелых (пропан и выше) углеводородов различают сухие и жирные газы.

Газы, добываемые из чисто газовых месторождений, представляют собой сухой газ, свободный от тяжелых углеводородов. Газ, извлекаемый вместе с нефтью (попутный газ), относится к группе жирных газов.

2) Плотность природных газов измеряют при стандартных или нормальных условиях:

• стандартные условия: Р = 760 мм рт. ст. (0,1 МПа), Т = 20^о С (293 К);

• нормальные условия: Р = 760 мм рт. ст.(0,1 МПа), Т = 0^о С (273 К).

Плотность газа определяется по уравнению вида:

(2.4)

Плотность газа можно определить взвешиванием или вычислить, зная молекулярную массу смеси:

(2.5)

где V_М – объем моля газа при нормальных условиях, м³;

22,4 – газовая постоянная. Объем моля для всех газов постоянен и равен при нормальных условиях 22,4 л, а киломоля – 22,4 м³.

Плотность газов существенно зависит от давления и температуры. При давлении 0,1 МПа и температуре 0 ⁰С плотность газов примерно в 1000 раз меньше плотности жидкости и изменяется для углеводородных газов от 0,7 до 1,5 кг/м³.

На практике пользуются относительной плотностью газа по воздуху, которая показывает, во сколько раз масса данного газа, заключенного в определенном объеме при данных давлении и температуре, больше или меньше массы сухого воздуха, заключенного в том же объеме при тех же условиях:

(2.6)

где _г и _в – соответственно плотности углеводородного газа и сухого воздуха; М_г и М_в – соответственно их молекулярные массы (М_в=28,98 кг/кмоль).

Плотность воздуха: при нормальных условиях _в = 1,293 кг/м³;

при стандартных условиях _в = 1,205 кг/м³.

Для углеводородных газов относительная плотность по воздуху изменяется в пределах 0,6 – 1,1.

3) Вязкость газа – это свойство частиц газа оказывать сопротивление взаимному перемещению одних частиц относительно других. Силы трения, возникающие между двумя смешивающимися слоями газа при его движении, пропорциональны изменению скоростей на единицу длины. Коэффициент пропорциональности называется коэффициентом динамической вязкости μ_г. В системе СИ единица динамической вязкости имеет размерность Пас.

Кинематическая вязкость ν_г (м²/с) представляет собой отношение динамической вязкости газа к его плотности при той же температуре:

. (2.7)

Вязкость газа зависит от давления и температуры.