Посмотрите также другие разделы нашего сайта!!!

Литература
много книг по нефти и газу

Программы нефтегазового комплекса

Медиафайлы про нефть

Анекдоты про нефтяников

Знакомства для буровиков

Всё про нефть и газ / Литература(каталог книг)

ВНИМАНИЕ

В текстах книг представленных на сайте в интернет формате очень много ошибок, не читаются рисунки, графики разбиты, это связанно с некачественной перекодировкой конвекторов из PDF формата и HTML.

Если Вам необходимы качественный текст с рисунками и графиками - то скачиваите книги с нашего сайта в формате PDF.

ссылка для скачивания книги или главы в формате PDF находится внизу страницы.

анекдоты

программы

истории

1

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗА

Природные газы газовых, газоконденсатных и нефтегазовых месторождений представляют собой смесь предельных углеводородов, химическая формула которых имеет вид СЛН2л+2. В природных газах основным компонентом является метан СН4, содержание которого достигает 98 % объема. Кроме этого, в природные газы входят более тяжелые углеводороды: этан С2Н6, пропан С3Н8, изобутан С4Н4, пентаны С5Н12 и др. Природные газы газоконденсатных месторождений, а также нефтяные газы более богаты тяжелыми углеводородами. Кроме того, в состав природных газов часто входят азот N2, углекислый газ С02, сероводород H2S и другие редкие газы.

Основные параметры газа

Основными параметрами газа, определяющими состояние его при движении по пласту, скважине и газопроводу, являются давление, температура и вязкость (зависящая от первых Двух).

Давление - это сила, действующая на единицу поверхности, оно передается во все стороны одинаково. Давление измеряют манометрами, и оно выражается в МПа.

Плотностью газа называется вес единицы его объема. Если V — объем некоторого количества газа весом д, то плотность будет

р = g/v.

Плотность выражается в кг/м3.

Температурой газа называют степень его нагретости. Температура t природного газа на практике измеряется градусами Цельсия (°С). В расчетах удобнее пользоваться абсолютной температурой и обозначают ее Г. Абсолютная температура на 273,15° больше температуры по Цельсию, т.е. Г = = 273,15 + t

4

Таблица 1.1

Определение критических давлений и температуры

Состав газа
Содержание, % об.
Критические параметры компонентов
Среднекритичес-кие параметры

Давление ряЛг, МПа
Температура Г, К
Ркр>
МПа
гкр, к

1
2
3
4
5
6

Метан СН4 Этан С2Н6 Пропан С3Н8 Изобутан С4Н10 Н-бутан С4Н10 Изо-пентан С5Н12 Н-пентан С5Н12 Гексан С6Н14 Азот N2
Сероводород H2S Углекислота С02
74,1 4,48 3,37 0,76 1,68 0,57 0,32 0,63 6,09
2
3
4,58 4,86 4,34 3,82 3,57 3,28 3,3 2,96 3,46 8,89 7,5
191 305 370 407 425 461 470 508 124,9 373,4 304,1
3,4 0,364 0,146 0,029 0,06 0,019 0,011 0,019 0,21 0,178 0,225
141,5 22,8 12,45 3,09 7,14 2,63 1,53 3,20 7,6 7,47 9,12

100
-
-
Г) ZZ
=1р661
=Р2Р18,53

Приведенное давление — это отношение давления газа к его критическому значению ркр:

Рпр = Р/Ркр-

Приведенная температура - это отношение абсолютной температуры газа Г к его критической температуре Гкр:

Гкр = 7УГкр.

Законы газового состояния

К середине 19 века были установлены основные опытные закономерности, которым подчиняются газы. К ним относятся:

1. Закон Бойля-Мариотта - для данной массы газа при постоянной температуре t объем его V обратно пропорционален давлению р:

pV = const.

2. Закон Гей-Люссака - давление данной массы газа при постоянном объеме меняется линейно с температурой:

pt = р0(1 + ар?);

7

объем данной массы газа при постоянном давлении меняется линейно с температурой:

Vt = У0(1 + avt).

Первый из этих законов был экспериментально установлен французским физиком Ж. Шарлем в 1787 г. и иногда называется законом Шарля. Коэффициент ар называется термическим коэффициентом давления, av — термическим коэффициентом объемного расширения. Для всех газов приближенно ар = av = = 1/273 град-1. Поэтому закон Гей-Люссака (например, для объема) можно записать в форме

f+ 273

273

или, вводя абсолютную температуру Т = t + 273, выраженную в градусах Кельвина,

V = VJ/273.

По закону Авогадро при Г = 273 К, или О °С, и р = 0,1 МПа 1 моль любого газа занимает объем, равный 22,41 л. Число молекул в таком объеме равно числу Авогадро N = = 6,02-1023. Газы, строго подчиняющиеся законам Бойля — Мариотта и Гей-Люссака, называются идеальными. Практически все газы ведут себя как идеальные при не слишком высоких давлениях и не слишком низких температурах.

3. Для 1 моля идеального газа правая часть уравнения Бойля — Мариотта равна RT, если температура выражена в градусах Кельвина. Уравнение pV = RT называют уравнением состояния идеального газа. Оно было получено в 1834 г. французским физиком и инженером Б. Клапейроном и обобщено в 1874 г. Д.И. Менделеевым для любой массы газа. Входящая в это уравнение постоянная R называется газовой постоянной:

R = 8,31445 Дж-моль-'-К"1.

Состояние прорвавшегося в скважину при бурении или ремонте газа определяется законами Бойля — Мариотта и характеризуется следующим уравнением:

P\V\ _ P2V2 Т1К1 Т2К2

Для реального газа суммарное влияние изменения температуры газа и коэффициента сжатия газа не является столь существенным по сравнению с влиянием давления и объема.

8

Таким образом, в упрощенном виде уравнение закона газового состояния определится как

ptVt = p2V2.

Сверхсжимаемость природных газов. Определение пластового давления

Поведение природных газов в условиях высоких давлений не подчиняется уравнению газового состояния для идеальных газов. Для реальных газов уравнение состояния имеет вид

pV = zRT,

где z - коэффициент сверхсжимаемости газа, являющийся функцией давления, температуры и состава газа.

Коэффициент сверхсжимаемости газа находят по известным рпр и Гпр по графикам на рис. 1.3 и 1.4. Для природных газов с относительной плотностью р = 0,6+0,8 и содержанием метана меньше 90 % коэффициент сверхсжимемости z определяют по приведенному графику на рис. 1.3 и для р = = 0,56+0,65 по таблицам приложения. Для природных газов, содержащих более 90 % метана, коэффициент сверхсжимаемости определяют по рис. 1.4. Если необходимая точность при определении z не превышает 2 %, то z можно найти по тем же таблицам для всех углеводородных газов независимо от содержания СН4. Зная все эти параметры, можно приступить к определению пластового давления, так как, зная его, рассчитывают плотность требуемого раствора для глушения скважины.

Пластовое давление, т.е. давление на забое закрытой скважины, определяют не только глубинными манометрами, но и вычисляют по статическому давлению на устье. Если перед измерением скважина работала или “продувалась" в атмосферу, то в качестве пластового и статического берут величину, полученную при полной стабилизации давления после закрытия скважины.

Все методы расчета пластового давления основаны на общем уравнении, которое в данном случае имеет вид

Рз L

Г-----dp = fpgdx, (1.1)

Ру 0

где Рз и ру — давление на забое и на устье соответственно; z и R в общем случае функции р, Т, х и состава газа.

9

Рис. 1.3. Зависимость коэффициента сверхсжимаемости для природного газа от приведенного давления и температуры

Для решения этого уравнения нужно знать состав газа в скважине, ее глубину, давление на устье и температуру в стволе. Зная состав газа, можно определить его псевдокритические (среднекритические) свойства, а затем и коэффициент сверхсжимаемости. Коэффициент сверхсжимаемости z не является величиной постоянной. Он зависит от состава газа, температуры и давления. Если состав газа не известен, псев-

ю

Рис. 1.4. Зависимость коэффициента сверхсжимаемости для метана от приведенных давления и температуры

до критические параметры определяются по его плотности. Для газовых скважин R = const при постоянном составе газа. Выражая зависимость температуры от глубины скважины уравнением прямой, получим следующее значение средней температуры в стволе скважины:

11

Г =__S,

СР ьД' ту

где Г3 и Ту — температура на забое и на устье соответственно.

Если —2- < 3, с точностью до 10 % молено принять

Гер

Т -Т

у 3

=--------

2

Вводя в уравнение (1.1) среднюю температуру Гср газа в стволе скважины, получим:

Рпр.з . Рпр.у

7 О/ 7

/ ----фпр = 0,03415— + J ----фпр. (1.2)

0,2 Рпр ^ср 0,2 Рпр

Величину, соответствующую давлению на устье скважины

Рпр.у

/ ^"Фпр,

0,2 Рпр

находят непосредственно по прил. III по известным приведенным температуре и давлению на устье скважины. Затем вычисляют значение 0,03415р1/Гср.

Из суммы обоих членов получают величину

Рпр.з

/ —Фпр,

0,2 Рпр

соответствующую забойному давлению.

Пример. Определить пластовое давление в газовой скважине глубиной 1000 м. Средняя глубина перфорации эксплуатационной колонны 990 м. Относительная плотность газа 0,61 кг/м3, абсолютное давление на устье 8,64 МПа, средняя температура в стволе 25 "С, температура пласта 87 "С.

Решение. Определим рпр и Гпр,

pnD = ^- = — = 1,83 кг с/см2 (0,183 МПа);

РкР 47

ркр находим по табл. 1.1. Для данного газа ркр = 4,7 МПа,

т Гсркр

гпР = ^;

12

rj-t 11л у OTZ Q
ср.кр — —
2
87+ 25

2

ГПР = ^ = 1,66 K;
P 198

+ 273 = 329 K;

Гкр = 198 К находим по графику на рис. 1.2.

По графику (рис. 1.3) находим коэффициент сверхсжимаемости z. В нашем примере он равен 0,887.

Далее находим значение

0,61-990 603,9 „.

2Гср.кр 0,887-329 291,8

По прил. 1 es = 1,0743; Рпл = (Рз - 1)е5 = 87,4-1,0743 = 93,9 кгс/см2 (9,39 МПа).

Г =__S,

СР ьД' ту

где Г3 и Ту — температура на забое и на устье соответственно.

Если —2- < 3, с точностью до 10 % молено принять

Гер

Т -Т

у 3

=--------

2

Вводя в уравнение (1.1) среднюю температуру Гср газа в стволе скважины, получим:

Рпр.з . Рпр.у

7 О/ 7

/ ----фпр = 0,03415— + J ----фпр. (1.2)

0,2 Рпр ^ср 0,2 Рпр

Величину, соответствующую давлению на устье скважины

Рпр.у

/ ^"Фпр,

0,2 Рпр

находят непосредственно по прил. III по известным приведенным температуре и давлению на устье скважины. Затем вычисляют значение 0,03415р1/Гср.

Из суммы обоих членов получают величину

Рпр.з

/ —Фпр,

0,2 Рпр

соответствующую забойному давлению.

Пример. Определить пластовое давление в газовой скважине глубиной 1000 м. Средняя глубина перфорации эксплуатационной колонны 990 м. Относительная плотность газа 0,61 кг/м3, абсолютное давление на устье 8,64 МПа, средняя температура в стволе 25 "С, температура пласта 87 "С.

Решение. Определим рпр и Гпр,

pnD = ^- = — = 1,83 кг с/см2 (0,183 МПа);

РкР 47

ркр находим по табл. 1.1. Для данного газа ркр = 4,7 МПа,

т Гсркр

гпР = ^;

12

rj-t 11л у OTZ Q
ср.кр — —
2
87+ 25

2

ГПР = ^ = 1,66 K;
P 198

+ 273 = 329 K;

Гкр = 198 К находим по графику на рис. 1.2.

По графику (рис. 1.3) находим коэффициент сверхсжимаемости z. В нашем примере он равен 0,887.

Далее находим значение

0,61-990 603,9 „.

2Гср.кр 0,887-329 291,8

По прил. 1 es = 1,0743; Рпл = (Рз - 1)е5 = 87,4-1,0743 = 93,9 кгс/см2 (9,39 МПа).

Скачать эту главу в формате PDF

Всё про нефть и газ / Литература(каталог книг)