Фазовые состояния газонефтяных смесей. Химические и физические свойства природных газов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат:

Фазовые состояния газонефтяных смесей. Химические и физические свойства природных газов

Содержание

Ведение

Химические свойства природного газа

Физические свойства газов

Фазовые переходы в нефти, воде и газе

Введение

углеводород газ нефть химический

Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений, преимущественно углеводородов и их производных. Вследствие изменчивости химического состава, физико-химические свойства нефтей различных месторождений и даже различных пластов одного месторождения отличаются большим разнообразием.

По консистенции нефти различаются от легко подвижных до высоковязких (почти не текучих) или застывающих при нормальных условиях. Цвет нефтей меняется от зеленовато-бурого до чёрного.

НЕФТЕГАЗОВЫЕ СМЕСИ -- углеводородные многокомпонентные системы; состоят в основном из парафиновых, нафтеновых и ароматических углеводородов, а также могут содержать азот, двуокись углерода, сероводород, меркаптаны, гелий, серу, кислород, ртуть, пары воды. Информацию о фазовом состоянии нефтегазовой смеси дают фазовые диаграммы, имеющие петлеобразный вид.

Для пластовых смесей газовых месторождений, которые содержат свыше 98% (молярных) газообразных углеводородов (метан, этан), критическая температура смеси близка к критической температуре метана и, как правило, значительно ниже температуры в пласте Тпл1 и в промысловых сооружениях на поверхности Тп1. В этом случае при любых изменениях давления (области 1=Тпл 1, 1=Тп 1) нефтегазовая смесь находится в однофазном газообразном состоянии (переход таких смесей в парожидкостное состояние возможен лишь при криогенных температурах).

В процессе разработки месторождений в пластах непрерывно изменяются давление, температура, количественное соотношение нефти и газа. Это сопровождается непрерывным изменением состава газовой и жидкой фаз и переходом различных углеводородов из одной фазы в другую. Особенно быстро такие превращения происходят при движении нефти по стволу скважины от забоя к устью.

Дальнейшее движение нефти и газа к потребителю также сопровождается непрерывными фазовыми превращениями. Закономерности фазовых переходов и фазовое состояние газонефтяных смесей при различных условиях необходимо знать для решения многих задач.

Интенсивность выделения газовой фазы из нефти зависит от многих факторов, основными из которых являются:

- темп снижения давления и температуры при движении нефтяного потока;

- наличие в составе нефти лёгких углеводородов (С2-С6);

- молекулярная масса нефти;

- вязкость нефти.

Химические свойства природного газа

Поскольку природный газ представляет собой смесь газов, то невозможно указать, какие химические свойства для него характерны, т.к. для каждого вещества, входящего в его состав характерны свои, особые химические свойства. Однако, можно сказать, что для природного газа характерно горение, причем из всех веществ, входящих в состав природного газа на воздухе сгорают только углеводороды (метан, этан и т.д.) и монооксид углерода. Продукты реакции горения природного газа:

CH4 + 2O2 = CO2 +2H2O;

2C2H6 + 7O2 = 4CO2 + 6H2O;

2C3Н8 + 10O2 = 6CO2 + 8H2O;

2CO + O2 = 2CO2.

До 98% природного газа составляет метан, также в его состав входят гомологи метана - этан, пропан и бутан. Иногда могут присутствовать углекислый газ, сероводород и гелий. Таков состав природного газа.

Физические свойства газов

Газом называют агрегатное состояние вещества, в котором все его частицы (атомы, молекулы) слабо взаимодействуют между собой и, двигаясь, заполняют весь предоставляемый ему объем. Основным свойством газа является его способность полностью заполнить сосуд, в котором он находится.

Плотность газа:

p=(d/dv)m, [кг/м3]

Килограмм на кубический метр [кг/м3] равен плотности однородного газообразного вещества, масса которого при объёме 1 м3 равна 1 кг. Где

dm - масса элемента газа, объёмом dV.

dV - объём элемента газа.

Динамическая вязкость газа:

µ=(F/?S)*(dl/dv) , [Па с]

F - сила внутреннего трения газа.

S - площадь поверхности слоя газа, на которую рассчитывается сила внутреннего трения. dl/dv- величина, обратная градиенту скорости газа.

Паскаль-секунда [Па с] равна динамической вязкости газа, касательное напряжение в которой при ламинарном течении на расстоянии 1 м по нормали к направлению скорости, равно 1 Па.

Кинематическая вязкость газа:

v=µ/p, [м2/с]

Где µ - динамическая вязкость газа.

p - плотность газа.

Квадратный метр на секунду [м2/с] равен кинематической вязкости газа с динамической вязкостью 1 Па с и плотностью 1 кг/м3.

Теплоемкость газа:

C=dQ/dT, [Дж/К]

где dQ - количество теплоты, необходимое для нагревания газа.

dT - разность температуры.

Джоуль на кельвин [Дж/К] равен теплоемкости газа, температура которого повышается на 1 К при подведении к нему количества теплоты 1 Дж.

Температуропроводность газа:

a=?/Cp*p , [м2/с]

Где ? - теплопроводность газа.

Cp - удельная теплоемкость газа.

p- плотность газа.

Квадратный метр на секунду [м2/с] равен температуропроводности газа с коэффициентом теплопроводности 1 Вт/(м К), удельной теплоемкостью при постоянном давлении 1 [Дж/(кг К) и плотностью 1 кг/м3.

Фазовые переходы в нефти, воде и газе

Фазовые переходы подчиняются определённым закономерностям, в основе которых лежит понятие равновесия фаз. Равновесие фаз характеризуется константой равновесия, которая зависит от температуры и давления.

Константа фазового равновесия i-го компонента характеризуется отношением мольной доли компонента в газовой фазе (уi или Nyi) к мольной доле этого компонента в жидкой фазе (хi или Nxi), находящейся в равновесном состоянии с газовой фазой:

. (4.1)

Для определения равновесного состояния газожидкостных смесей используются законы Дальтона и Рауля.

Согласно закону Дальтона каждый компонент, входящий в газовую фазу имеет своё парциальное давление Pi, а общее давление в газовой системе равно сумме парциальных давлений:

(4.2)

Согласно закону Рауля, парциальное давление компонента над жидкостью (нефтью) равно давлению насыщенного пара (Рнас. пара) или упругости пара (Qi) и этого компонента, умноженному на его мольную долю в нефти:

или (4.3)

где Qi - упругость паров компонента;

Nxi - мольная доля компонента

piнас. пара - давление насыщенного пара i-го компонента.

В момент равновесия парциальное давление i-го компонента в газовой фазе равно парциальному давлению компонента над жидкостью. Отсюда следует закон Дальтона-Рауля для равновесного состояния газовой и нефтяной фазы:

; (4.4)

, (4.5)

где Кi - константа равновесия i-го компонента при данной температуре и давлении смеси.

Уравнение материального баланса для одного моля нефтегазовой смеси:

, (4.6)

где L - мольная доля жидкой фазы;

V - мольная доля паровой фазы

Nzi - мольные доли компонентов в нефтегазовой смеси.

По условию сумма мольной доли жидкой и паровой фаз равна единице. Отсюда:

V=1-L. (4.7)

Используя уравнения (4.6) и (4.7) получим выражение для мольной доли компонента жидкой фазы:

, (4.8)

или , (4.9)

и для мольной доли компонента газовой фазы:

. (4.10)

Размещено на Allbest.ru