Законы фазовых равновесий (Дальтона, Рауля). Константы равновесия.

Разработка газовых месторождений

Влажность газа и образование гидратов.

Влагосодержание природного газа является важнейшим параметром, который определяет в значительной мере технологические режимы эксплуатации скважин и газопромысловых сооружений. Содержание во­дяных паров в газе характеризуется: абсолютной влажностью - W, относительной влажностью - W.

Абсолютная влажность W показывает массу водяных паров в еди­нице объема газовой смеси, приведенной к нормальным условиям (+20°С и 760мм.рт.ст.) и измеряется в r/м³ или кг/1000м³.

Относительная влажность W - это отношение фактического со­держания паров воды в единице объема газа при данных Р и Т к его влагоемкости, т.е. к количеству водяных паров в том же объеме и при тех же Р и Т при полном насыщении.

Относительная влажность измеряется в долях единицы или в про­центах. Полное насыщение оценивается как 100%.

Влагосодержание природного газа зависит от давления; температу­ры; состава газа; минерализации воды. В процессе эксплуатации место­рождений значения температур и давлений во всей цепочке технологи­ческого оборудования изменяются.

Снижение температуры вызывает уменьшение водяных паров в га­зовой фазе. В самом пласте происходит увеличение влагосодержания газа, так как пластовое давление Р_пл(t) падает. Следовательно, объем добываемой конденсатной влаги по мере разработки и эксплуатации за­лежи возрастает.

Влажность газа опр-ся по ф-ле:

W =А/Р+ B

где А - коэффициент, равный влагосодержанию идеального газа;

Р-заданное давление, кгс/см²;

В-коэффициент, зависящий от состава газа. Коэффициенты А, В находят в специальной литературе.

Кристаллогидраты природных газов

Большинство компонентов природного газа (метан, этан, пропан, углекислый газ, сероводород, азот) в соединении (в контакте) с водой образуют кристаллогидраты, существующие при определенных давлени­ях и температурах.

Кристаллогидраты - это физическое соединение молекул газа и во­ды. Вода образует объемную кристаллическую решетку - каркас, внутри которой располагаются молекулы газа. Внешне похожи на рыхлый жел­товатый лед. В одном объеме (1м³) гидратов содержится до 0,8 м³ воды и до 180 м³ природного газа, приведенного к стандартным условиям. Про­цесс гидратообразования определяется давлением, температурой, соста­вом газа, составом воды.

 

Дросселирование газа, коэффициент Джоуля-Томсона

При движении газа по технологическому оборудованию происходит снижение (иногда резкое) давления и расширение газового потока. Такое явление отмечается на штуцерах, клапанах, кранах, задвижках, при входе в сепараторы, а также при резкой смене диаметра трубопропровода. Расширение газа обычно сопровождается изменением температуры.

Изменение температуры газа при его адиабатическом расширении (дросселировании) получило название эффекта Джоуля-Томсона. Адиа­батическое расширение - расширение, происходящее в энергетически изолированной системе, т.е. без обмена теплотой или работой.

Изменение температуры газа при снижении давления на 0.1 МПа называется коэффициентом Джоуля-Томсона Ei. Значение коэффици­ента изменяется в широких пределах и может быть положительным или отрицательным. Коэффициент Ei зависит от диапазонов изменения дав­лений и температур, при которых происходит дрессирование, и от тепло­емкости самого газа.

Для природных газов Ei можно определить из выражения

Еі = Tкр f (Еі)/РкрСр

где Ср - изобарная теплоемкость, ккал/кг.моль°С,

f (Еi) - функция определяется по специальному графику.

Для оценки изменения температуры газа при его дрессировании можно пользоваться специальными графиками. Коэффициент Джоуля-Томсона рассчитывается и по данным непосредственных замеров темпе­ратур и давлений до и после дросселирования.

 

 

Уравнение состояния реального газа. Определение коэф-та сверхсжимаемости газа.

Если газ реальный, то пользуются уравнением Клайперона, вводя в формулу для идеального газа поправку на сжатие и расширение газов при помощи коэф-та сжимаемости:z: Р/рg=z*RT. g –ускорение свободного падения, R=8,32*10³ Дж/град*кмоль- газовая постоянная, Т- абсолютная температура. Коэф-т сжимаемости z зависит от состава газа. Определяется по приведенному давлению и приведенной температуре. Р_прив=Р/Р_крит и Т_прив=Т/Т_крит. Р_крит и Т_крит определяется для каждого месторождения в лабораториях. Получив эти значения z определяют по графику приведенного в инструкции по исследованию скважин.

 

 

Законы фазовых равновесий (Дальтона, Рауля). Константы равновесия.

Константа равновесия характеризуется отношением мольной доли компонента в газовой фале у к мольной доле х этого же компонента в жидкости, находящейся и равновесном состоянии с газовой фазой, т. е.

y/x=K= f (p,T)

Для определения равно поеного состояния газожидкостных смесей обычно используются законы Рауля и Дальтона.

Согласно закону Дальтона, каждый из компонентов, входящих в газовую смесь, имеет свою упругость (давление), которая назы­вается парциальным давлением.Поэтому закон Дальтона можно сформулировать еще так: общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений компонентов, входящих в эту смесь, т. е. P=Sp_i, а мольная доля i-ro компонента в газовой фазе равна парциальному давлению этого компонента, деленному на общее давление газовой фазы: y_i=p_i/P

Согласно закону Рауля, парциальное давление i-гo компонента в нефти p_iравно давлению насыщенного пара (р_н.п.)_i - этого компонента, умноженному на его мольную долю в нефти x _iт. е. p_i=(p_н.п.)_ix_i.

Если газовая и нефтяная фазы находятся в равновесном состоя­нии, то на основании уравнений можно записать: y_iP=(p_н.п.)ixi, где К_i - константа равновесия i-гo компонента при известных температуре и давлении смеси.

 

 

123Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: