книги / Сборник задач по технологии и технике нефтедобычи

СБОРНИК ЗАДАЧ

ПО ТЕХНОЛОГИИ И ТЕХНИКЕ НЕФТЕДОБЫЧИ

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Технология и комплексная механизация разработки нефтяных и газовых месторождений»

МОСКВА „НЕДРА” 1984

1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГАЗА, НЕФТИ И ВОДЫ, А ТАКЖЕ МНОГОФАЗНЫХ СИСТЕМ (НЕФТЬ—ВОДА—ГАЗ) ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

ОСНОВНЫЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА

Физическое состояние вещества определяется тремя парамет­

лютного нуля. Если оно больше барометрического (атмосферного)

р0, т. е. р>Ро,

где ря — избыточное давление; если р < р 0,

где рв — показания вакуумметра, измеряющего разрежение. В рас­ четах всегда следует пользоваться абсолютным давлением. Однако в технике измеряют избыточное давление, так как измерительные приборы, если они не изолированы от атмосферы, показывают только это давление.

Т е м п е р а т у р а характеризует тепловое состояние ве­ щества, т. е. энергию, с которой движутся его молекулы.

Единица температуры в СИ: [ 7 ] — кельвин (К).

Она измеряется как по термодинамической шкале Кельвина, так и по международной стоградусной шкале в градусах Цельсия (°С). Если 7 - температура, измеряемая по шкале Кельвина (К), или абсолютная температура, t — температура, измеряемая в гра­

3

стандартный объем — объем при стандартных условиях: дав­ лении р = рст = 0,101325 МПа и температуре Т = Тст= = 293,15 К = 20 °С*.

РАСЧЕТ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРИРОДНОГО И НЕФТЯНОГО ГАЗОВ

Состав газа и его использование для нахождения физических характеристик

Результатом исследования пластовых проб газа и нефти яв­ ляется в первую очередь их компонентный количественный состав, зная который можно рассчитать практически все физико-химиче­ ские свойства нефти и газа, используемые в расчетах.

Количество вещества п характеризует число структурных эле­

Согласно закону Авогадро, 1 кмоль любого газа занимает при нормальных условиях объем 22,4 м3, называемый нормальным молярным объемом. Соответственно стандартный молярный объем равен 24,05 м3.

К о м п о н е н т н ы й с о с т а в н е ф т я н о г о г а з а мо­ жет быть выражен в молярных, массовых долях или в процентах. Молярная доля компонента в смеси газов при нормальных усло­ виях практически совпадает с объемной этого компонента.

Объемный молярный состав газа можно пересчитать в массовый

[201

в смеси; //,■— объемная (молярная) доля компонента в смеси; М, — молекулярная масса г-го компонента; k — число компонентов.

При этом, если объемный (молярный) состав задан в процентах, то его принимают за 100 моль. Тогда доля каждого компонента в процентах будет выражать число его молей. И наоборот, если со­

* В ряде зарубежных стран стандартной температурой является 15,6 °С.

4

нента необходимо массу (численно равную процентному содержа­ нию в смеси) разделить на его молекулярную массу. Часто при рас­ четах необходимо знать средние молекулярную массу и плотность и относительную плотность (по воздуху) попутного газа.

если объемная доля y t задана в долях единицы. Средняя молеку­ лярная масса газа по данным его массового состава

если массовая доля G; задана в процентах,

компонентов природных газов, часто используемые при техниче­ ских расчетах.

З а д а ч а 1.1. Пересчитать объемный состав нефтяного газа, выделенного при однократном разгазировании в условиях / = 20 °С и р0 = 0,1013 МПа, в массовый и определить его характеристики.

5

Т а б л и ц а 1.2 Состав и характеристика попутного газа

при нормальных условиях

рго = Мг/22,414 = 32,43/22,414 = 1,447кг/м3,

при стандартных условиях

ргст = Ж г/24,05 = 32,43/24,05=1,348 кг/м3.

Относительная плотность газа по воздуху

Рг = Ж г/28,98 = 32,43/28,98 = 1,119.

Уравнения состояния и их использование для расчета физических свойств газов

Для ориентировочной оценки некоторых физических парамет­ ров газов часто используют уравнения состояния идеального газа

Общая зависимость между объемом, давлением и температурой газа

дартных) условиях.

Обобщенное уравнение состояния идеального газа Клапей­

8

где zy и zz — коэффициенты сверхсжимаемости углеводородной части газа (графики Брауна и Катца) и азота [3]; уу — объемная (молярная) доля углеводородной части газа.

При технологических расчетах, особенно с применением ЭВМ, удобно использовать выражения [24], аппроксимирующие гра­ фики [3].

Для углеводородной составляющей газа в области давлений и температур, наиболее часто встречающихся в практике эксплуа­

Расчетные зависимости для плотности газа и его объема при термо­ динамических условиях (р, Г), отличных от нормальных или стан­

где К0 (Кст), Pro (Ргст) — объем и плотность газа при нормальных или стандартных условиях (р0, Т 0 (Тст)).

З а д а ч а 1.2. Рассчитать коэффициент сверхсжимаемости, плоГность и объем нефтяного газа при абсолютном давлении р —

— 3 МПа и температуре Т = 308 К. Объем газа, добываемого с каж­ дым кубическим метром нефти при нормальных условиях состав­ ляет К0 = 60 м3/м3. Компонентный молярный состав газа приве­

водородной части газа zy, для чего исключаем из состава газа азот t/a = 0,069 и пересчитываем концентрацию углеводородных ком­ понентов y'i (табл. 1.3), используя следующее выражение:

z / i= V 0 —Уа)-

Приведенные параметры по данным компонентного состава рас­ считываем по (1.16) рпр = 3,0/4,5 = 0,666; Тпр = 308/294,7 = = 1,05; относительную плотность углеводородной составляющей газа — по (1.18)

ргу_ (1,119 — 0,970 0,069)/(1 — 0,069) = 1,129.

10