Физические свойства нефтяного газа

Плотность газа. Чем больше в газе доля компонентов с высокой молекулярной массой, тем больше моле­кулярная масса газа, которая линейно связана с плотностью газа:

р,.„=М,,^2,41 (2.5)

Обычно р находится в пределах 0,73 - 1 кг/м³. плотность индивидуальных компонентов углеводородных газов (и сероводорода), за исключением метана, больше 1.

Для характеристики плотности газа используют также ее отношение к плотности воздуха в тех же услови­ях (плотность воздуха при нормальных условиях составляет 1,293 кг/м³).

p.,=Pc.Jp. (2-⁶)

где р - относительная плотность газа; рем, рв - плотность газа и воздуха соответственно. Плотность инди­видуальных компонентов углеводородных газов (и сероводорода), за исключением метана, больше 1.

Связь между плотностью газа и его молекулярной массой, давлением и температурой определяется зако­ном состояния газов, который можно представить в виде:

^^м^ (2.7) z-R-P,

где р - плотность газа.

Из закона состояния следует, что большую плотность при прочих равных условиях имеют газы с высокой молекулярной массой. С повышением давления плотность газа растет и уменьшается с увеличением температуры.

В лабораторной практике плотность газов обычно определяют путем взвешивания калиброванного и за­полненного газом пикнометра или методом истечения. Этот метод основан на измерении времени истечения за-

данного объема газа через небольшое отверстие. Так как время истечения одного и того же объема газа прямо про­порционально корню квадратному из его плотности, то при сравнении времени истечения в одинаковых условиях воздуха и исследуемого газа находят относительную плотность газа.

Вязкость газов. Вязкость газа зависит от его состава, давления и температуры. Вязкость газов обусловлена обменом количеством движения между слоями газа, движущимися с разными относительно друг друга скоростя­ми. Этот обмен происходит за счет перехода молекул из одного слоя в другой при их хаотическом движении. Так как крупные молекулы обладают меньшей длиной свободного пробега (вероятность их столкновения между собой относительно велика), то количество движения, переносимое ими из слоя в слой, меньше чем небольшими по раз­мерам молекулами. Поэтому вязкость газов с увеличением их молекулярной массы как правило уменьшается.

С повышением температуры увеличивается скорость движения молекул и соответственно количество движения, переносимое ими из слоя в слой, поэтому при невысоких давлениях вязкость газа с повышением темпе­ратуры возрастает. При высоких давлениях, когда расстояния между молекулами невелики, несколько меняется передача количества движения из слоя в слой. Она происходит главным образом как и у жидкостей за счет вре­менного объединения молекул на границе слоев, движущихся с разными скоростями. Вероятность такого объединения с ростом температуры уменьшается. Поэтому при высоких давлениях с ростом температуры вязкость газов снижается.

Рис. 2.1. Зависимость вязкости природного газа от температуры.

С увеличением давления вязкость газов возрастает: при низких давлениях незначительно и более интенсивно в области высоких давлений.

Вязкость газа определяют экспериментально, измеряя скорость течения его в капиллярах, скорость падения шарика в газе, затухание вращательных колебаний диска и другими методами. Изменение вязкости при различных давлениях и температурах можно определять расчетным путем и по графикам в зависимости от приведенных давления и температуры.

Дросселирование газов. При добыче газа часто приходится иметь дело с процессом дросселирования, т. е. с изменением давления без совершения внешней работы. Температура идеального газа при этом не должна изме­няться. Температура же реального газа изменяется, что очень важно учитывать, так как это явление связано с вы­падением из него влаги и углеводородного конденсата. Снижение давления газа в области относительно низких давлений (до 40 МПа) приводит к охлаждению газа, в области высоких - к нагреванию.

Изменение температуры газа при снижении давления на 0,1 МПа называется коэффициентом Джоуля-Томсона. Эта величина составляет 0,25-0,35 "С на 0,1 МПа.

Растворимость газов в жидкости. При больших давлениях растворимость газов в жидкости, в том числе и нефти подчиняется закону Генри. Согласно этому закону количество газа Vr, растворяющегося при данной тем­пературе в объеме жидкости V^, прямо пропорционально давлению газа/? над поверхностью жидкости:

Vr = a-p-V (2.8)

где a— коэффициент растворимости газа 1/Па.

Коэффициент растворимости показывает какое количество газа растворяется в единице объема нефти при увеличении давления на единицу. Коэффициент растворимости газа в нефти — величина непостоянная. В зависи­мости от состава нефти и газа, температуры и других факторов он изменяется от 0,4-10' до 5-10' 1/Па.

В наибольшей степени на растворимость газа в нефти влияет состав самого газа. Легкие газы (азот, метан) хуже растворимы в нефтях, чем газы с относительно большей молекулярной массой (этан, пропан, углекислый газ). В нефтях, содержащих большее количество легких углеводородов, растворимость газов выше по сравнению с тяжелыми нефтями. С ростом температуры растворимость газов в нефти уменьшается.

Из закона Генри следует, что чем больше коэффициент растворимости, тем при меньшем давлении в дан­ном объеме нефти растворяется один и тот же объем газа. Поэтому у нефтей с большим содержанием метана, на­ходящихся при высоких пластовых температурах, обычно высокие давления насыщения, а у тяжелых нефтей с ма­лым содержанием метана при низких пластовых температурах — низкие. С количеством растворенного газа связа­но различие физических свойств нефти в пластовых условиях и на поверхности.