Физические свойства природных газов

Физические свойства природных газов

Существенное отличие физических свойств газа от физических свойств нефти, выражается, главным образом, в его незначительной плотности, высокой упругости, значительно меньшей вязкости, определяет специфику разработки газовых и газоконденсатных месторождений, заключающуюся в том, что газ добывают, в основном, фонтанным способом. При этом сложная и протяженная система газоснабжения от залежи до потребления полностью герметична и представляет собой единое целое.

Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива. Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования.
Состав природного газа
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
Природный газ бесцветен и не имеет запаха (в том случае, если не имеет в своём составе сероводорода), он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):

Плотность:от 0,68 до 0,85 кг/м³ относительно воздуха (сухой газообразный);400 кг/м³ (жидкий). Температура самовозгорания: 650 °C; Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 % объёмных; Удельная теплота сгорания: 28—46 МДж/м³ (6,7—11,0 Мкал/м³); Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130. Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх

 

Приведенные давления и температура

Для объективной оценки забойных давлений и возможности их сравнения вводится понятие приведенного давления. Измеренные или вычисленные забойные давления приводятся (пересчитываются) к условной горизонтальной плоскости, которой может быть принята любая плоскость в пределах залежи, абсолютная отметка которой известна.

Обычно за плоскость приведения принимают плоскость, проходящую через первоначальный водонефтяной контакт, абсолютная отметка которого определяется при разведке месторождения. Если забои скважин сообщаются через проницаемый пласт, то в них устанавливаются одинаковые приведенные статические давления.

P1 = P +pg ^ h

Приведенная температура - отношение термодинамической температуры вещества к его критической температуре

1) критическая - предельная температура равновесного сосуществования двух фаз (жидкости и её пара), выше которой эти фазы неразличимы

 

Физические свойства жидкостей в пластовых условиях

Сжимаемость воды – это обратимое изменение объема воды в пластовых условиях под действием давления. Величина коэффициента сжимаемости колеблется в пределах (3-5)-104. Сжимаемость воды уменьшается с увеличением концентрации солей и увеличивается с уве­личением содержания растворенного газа.

Объемный коэффициент пластовой воды Ьв зависит от минерализации, химического состава, газосодержания, пластового давления и температуры. Для пластовых вод нефтя­ных и газовых месторождений Ьв = 0,8-1,2.

Плотность воды в пластовых условиях зависит главным образом от ее минерализации, давления и температуры. В большинстве случаев из-за температуры плотность воды в пла­стовых условиях на 20% меньше, чем в поверхностных.

Вязкость пластовой воды зависит в первую очередь от температуры, минерализации и химического состава. В большинстве случаев вязкость пластовых вод нефтяных и газовых месторождений составляет 0,2-1,5 мПа-сек.

Понятия: нефтяное месторождение, пласт, залежь, объект разработки

Нефтяные и нефтегазовые месторождения — это скопления углеводородов в земной коре, приуроченные к одной или нескольким локализованным геологическим структурам, т.е. структурам, находящимся вблизи одного и того же географического пункта.

Залежью называется естественное локальное единичное скопление нефти в одном или нескольких сообщающихся между собой пластах-коллекторах, т.е. в горных породах, способных вмещать в себе и отдавать при разработке нефть.

Объект разработки — это искусственно выделенное в пределах разрабатываемого месторождения геологическое образование (пласт, массив, структура, совокупность пластов), содержащее промышленные запасы углеводородов, извлечение которых из недр осуществляется при помощи определенной группы скважин или других горнотехнических сооружений.

В объект разработки может быть включен один, несколько или все пласты месторождения.

Основные особенности объекта разработки — наличие в нем промышленных запасов нефти и определенная, присущая данному объекту группа скважин, при помощи которых он разрабатывается.

 

Рациональная система разработки нефтяных месторождений

Рациональной называют систему разработки, которая обеспечивает наиболее полное извлечение из пластов флюидов при наименьших затратах. Она предусматривает соблюде­ние правил охраны недр и окружающей среды, учитывает природные, производственные и экономические особенности района.

 

Особенности системы разработки многопластовых месторождений

Существуют три системы разработки многопластового нефтяного месторождения:

 

- система разработки «снизу вверх», при которой нефтяные пласты (залежи) вводятся в разработку последовательно: каждый вышележащий после разработки нижележащего, причем тот пласт, с которого начинают разработку, носит название базисного, или опорного горизонта (пласта). Базисный горизонт выбирается по признаку высокой его продуктивности и сортности нефти, причем пласт должен быть хорошо изучен на значительной площади и залегать в условиях, благоприятных для его быстрого разбуривания

 

- система разработки «сверху вниз», при которой пласты вводятся в разработку: каждый нижележащий после разработки вышележащего. Эта система широко применялась в период, когда преобладал ударный способ бурения. В настоящее время система разработки «сверху вниз» допускается как исключение при разработке неглубоко залегающих нефтяных пластов, разбуриваемых легкими передвижными станками, при условии, что верхние пласты являются слабо проницаемыми и при прохождении их последующими скважинами на нижележащие пласты исключается поглощение глинистого раствора и сама пачка верхних пластов разрабатывается по системе «снизу вверх».

 

- система одновременной разработки двух и более пластов (залежей) предусматривает, что каждый из пластов разбуривается одновременно отдельной сеткой скважин. Эта система применяется при условии, что нефтяные пласты являются высокопродуктивными с хорошо выраженным напорным режимом, разбуриваются быстрыми темпами и эксплуатируются при поддержании пластового давления.

 

Система разработки эксплуатационных объектов

Система разработки месторождения предусматривает решение и осуществление следующих мероприятий:

1.Выделение эксплуатационных объектов (на многоплановом месторождении) и определение порядка ввода их в разработку. Эксплуатационный объект —это продуктивный пласт или группа пластсв, разрабатываемые самостоятельной сеткой скважин при обеспечении контроля и регулирования процесса их эксплуатации.

2.Определение числа скважин, размещение их на эксплуата­ционном объекте и порядок ввода скважин в работу.

3.Установление режима работы эксплуатационных (иногда и нагнетательных) скважин (определение их дебитор или расхо­до, забойных давлений и изменения этих показателей во времени).

4.Регулирование баланса пластовой энергии в залежах нефти или газа "путем воздействия на пласты в целом.

Системы разработки месторождений можно классифицировать по характеру или порядку осуществления указанных мероприятий следующим образом.

 

Теория укрупненной скважины

Теория укрупненной скважины наиболее актуальна для газовых и для газоконденсатных месторождений, так как газовые месторождения разрабатываются в режиме истощения пластовой энергии, а большинство газоконденсатных месторождений также разрабатывается без поддержания пластового давления и рано или поздно они переходят на режим истощения пластовой энергии. В случае нефтяных месторождений, как правило, производится поддержание пластового давления. Поэтому поступление законтурной воды имеет подчиненное значение. Разработка нефтяных месторождений при естественном водонапорном режиме имеет место обычно В случае небольших начальных запасов нефти и хороших кол-лекторских свойств пласта.

 

Основные понятия фазового состояния многокомпонентных систем

одержат более трёх компонентов, которыми могут быть простые вещества и (или) химические соединения. Многокомпонентные системы в природе — руды, морская вода, минералы, рассолы соляных озёр, нефти, углеводородные газы и др.; в технологии — сплавы металлов, солевые смеси, водные растворы солей, смеси органических соединений и т.д.

В нефтепромысловой практике встречаются различные виды фазовых пере­ходов вещества — испарение, конденсация, плавление и др. Наиболее же часто промысловому инженеру приходится иметь дело с фазовыми превращениями растворов. В системе, находящейся в условиях какого-либо фазового перехода, могут сосуществовать в термодинамическом равновесии одновременно две или несколько различных фаз. Условиями равновесия фаз являются равенство температур и давлений во всех частях системы. Кроме того, при постоянных температуре и давлении должны быть равными химические потенциалы сопри­касающихся фаз. В многокомпонентных системах условия равповесия фаз насту­пают, когда химические потенциалы данного компонента во всех фазах системы, находящейся в равновесий, становятся равными между собой.

Все фазовые переходы подразделяются на два вида — первого и второго рода.

Простейшими примерами фазовых переходов первого рода являются испа­рение, плавление. При фазовых превращениях такого рода изменяется объем системы и поглощается (или выделяется) количество теплоты, которое называется скрытой теплотой перехода. Существование теплоты перехода указывает на изменение энтропии системы. В процессе испарения вещество поглощает теплоту. Его энтропия в газообразном состоянии при данных давлении и температуре больше, чем в жидком. Следовательно, при фазовом переходе первого рода изме­няются объем Ii энтропия вещества. Характеристику фазового перехода первого рода (эквивалентную описанной выше) можно дать с помощью функции Гиббса

 

Вопрос 33

 

Физические свойства природных газов

Существенное отличие физических свойств газа от физических свойств нефти, выражается, главным образом, в его незначительной плотности, высокой упругости, значительно меньшей вязкости, определяет специфику разработки газовых и газоконденсатных месторождений, заключающуюся в том, что газ добывают, в основном, фонтанным способом. При этом сложная и протяженная система газоснабжения от залежи до потребления полностью герметична и представляет собой единое целое.

Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно используется в очень широких пределах в качестве топлива. Но сам природный газ как таковой не используется как топливо, из него выделяют его составляющие для отдельного использования.
Состав природного газа
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
Природный газ бесцветен и не имеет запаха (в том случае, если не имеет в своём составе сероводорода), он легче воздуха. Горюч и взрывоопасен.
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):

Плотность:от 0,68 до 0,85 кг/м³ относительно воздуха (сухой газообразный);400 кг/м³ (жидкий). Температура самовозгорания: 650 °C; Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 % объёмных; Удельная теплота сгорания: 28—46 МДж/м³ (6,7—11,0 Мкал/м³); Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130. Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх