Углеводородных компонент природного газа

 

Параметры	Метан	Этан	Пропан	Изобутан	Нормаль-ный бутан	Нормаль-ный пентан	Гексан
Формула	СН4	С2 Н6	С3 Н8	i – С4 Н10	n- С4 Н10	n- С5 Н12	С6 Н14
Молекулярная масса, М	16,04	30,07	44,1	58,12	58,12	72,15	86,18
Газовая постоянная R, Дж/кг К
Температура кипения при 0,1МПа, К	111,7	188,4	230,8	262,9	272,5	309,2	342,0
Критическая температура, К	190,5		369,6			470,2	507,8
Критическое давление, МПа	4,7	4,9	4,3	3,7	3,8	3,4	3,9
Критическая плотность, кг/м^3	162,0	210,0	225,5	232,5	225,2	232,0	--
Коэффициент динамич. вязкости, мкПа с(станд. условия)	10,3	8,3	7,5	6,9	6,9	6,2	5,9
Критический коэффициент сжимаемости zкр	0,29	0,285	0,277	0,283	0,274	0,269	0,264
Ацентрический фактор w	0,013	0,105	0,152	0,192	0,201	0,252	0,29

 

Физико-термодинамические свойства

Неуглеводородных компонент природного газа

 

Параметры	Углекислый газ	Сероводород	Азот	Водяной пар
Формула	СО2	Н2 S	N2	H2 O
Молекулярная масса, М	44,011	34,082	28,016	18/016
Газовая постоянная R, Дж/кг К
Температура кипения при 0,1МПа, К	194,5	212,0	77,2	373,0
Критическая температура, К	304,0	373,4	125,9	647,15
Критическое давление, МПа	7,54	9,18	3,46	22,54
Коэффициент динамич. вязкости, мкПа с(станд. условия)	13,8	11,7	16,6	12,8
Критический коэффициент сжимаемости zкр	0,274	0,268	0,291	0,23
Ацентрический фактор w	0,42	0,1	0,04	0,348

 

Единицы измерения

 

Параметры	Единицы измерения
	СИ	СГС	Смешанная
Газовая постоянная R	Дж/кг К	эрг/г К=10^-4 Дж/кг К	м/^оС=9,81 Дж/кг К
Температура	К=273 +^оС	К	^оС
Сила	ньютон(н)= кг*м/с^2= 10^5дн=0,1013кгс	дина(дн)=г*м/с^2= 10^5н	кгс=9,81н
Давление	паскаль(Па)=н/м^2 = 10дин(1МПа=10^6Па)	дин/см^2=0,1Па	ата=кгс/см^2= 9,81*10^4Па» 0,1МПа
Энергия	Дж=кг м^2/с^2	эрг=г см^2/с^2= 10^-7Дж	кал=4,1868Дж

 

 

Пример расчета

 

По данному массовому составу газа, величине пластового давления p_пл определить:

* -содержание в нем пропана, бутана и газового бензина;

* - параметры смеси;

* - критические и парциальные параметры;

* -вид залежи.

 

 

Месторождение	массовая концентрация, %
	СН4	С2Н6	С3Н8	i C4Н10	n C4Н10	С5Н12 +выс.	N2+ инерт	СО2	Тпл К	р Мпа
1 пример	19,5	11,8	37,95	3,25	12,05	8,15	7,3	--		23,0

Решение

 

1. Определяем среднюю молекулярную массу газа по (1.8)

 

2. Находим плотность газа при нормальных условиях по (1.3)

r_см=32,15/22,41=1,43 кг/м³

 

3. Находим содержание тяжёлых углеводородов в газе по (1.10) в г/м³

* пропана..............................10 ^. 37,95^.1,43=542,0;

* i - бутана.............................10 ^. 3,25^.1,43= 46,5;

* n -бутана.............................10 ^. 12,05^.1,43=172,0;

* пентана и высших...............10 ^. 8,15^.1,43=117,0;

__________________________________________________________

Всего..............................................................877,5 г/м³

 

Т.о., газового бензина (пентан целиком) и n-бутана (по величине, равной половине пентана) в составе газа будет

117+117/2=175,5 г/м³;

 

* пропана.............................. 542,0 г/м³;

* i - бутана............................. 46,5 г/м³;

* n -бутана............................. 172-58,5=113,5 г/м³.

 

 

Всего тяжелых углеводородов 877,5 г/м³.

 

5. Находим относительную плотность газа по (1.4.2)

D₀=1,43/1,293=1,106.

 

6. Определяем объёмные концентрации y_i компонент по (1.5), парциальные давления p_i по(1.6):

 

Компоненты	СН4	С2Н6	С3Н8	i C4Н10	n C4Н10	С5Н12 +выс.	N2+ инерт	Пласт. давл. Р, МПа	Мол. масса смеси,М
Массов. конц.%, gi	19,5	11,8	37,95	3,25	12,05	8,15	7,3	23,0	32,15
Молек. масса, Мi	16,04	39,07	44,1	58,12	58,12	72,15	28,02	--
Объёмные конц.% yi=gi M/ Mi	39,09	9,71	29,12	1,8	6,67	3,63	8,38	--
Парциал. давл. Рi=yip/100, МПа	8,99	2,23	6,7	0,41	1,53	0,83	1,93	--

 

7. Определим тип залежи:

а) Имеем - D=1,106; метана-39,09%; жидкого газа (пропан-бутановая фракция) -»31%, газ. Бензина» 8%. Т.о. по разделу (3.1) месторождение можно считать газонефтяным.

в) по Коратаеву - g=0,27. Газ можно отнести к газонефтяному.

 

8. Найдем объём паров после испарения 702 кг пропан -бутановой фракции, в которой содержится: пропана - 542 кг, бутана - 160кг.

 

Находим процентное содержание пропана и бутана в данной фракции:

пропан - g = 542^.100 / 702=77,2%;

бутан - g= 100-77,2= 22,8%.

 

Определим среднюю молекулярную массу смеси

 

Объём паров (11)

V_п= 22,41^.702 / 46,72=336,7 м³.

 

9. Найдём критические и приведенные параметры смеси:

Компоненты	СН4	С2Н6	С3Н8	i C4Н10	n C4Н10	С5Н12 +выс.	N2+ инерт	Отн. плотн. D, кг/м^3	Мол. масса смеси, М
Молек. масса, Мi	16,04	39,07	44,1	58,12	58,12	72,15	28,02	1,106	32,15
Объём. конц. yi	0,391	0,0971	0,2912	0,018	0,0667	0,0363	0,0838	--
Крит. темп., К	190,5		369,6			470,2	125,9	--
Крит. давл., МПа	4,7	4,9	4,3	3,7	3,8	3,4	3,46	--

 

Т.к. объёмное содержание высококипящих и неуглеводородных компонент больше 10%, то для расчета критических параметров используем зависимости (1.12.1)

К= 128.46; К²= 16502,85; J=106,79; J²=11404,1041;

р_кр=1,45 МПа; Т_кр=154,5 К.

Рассчитаем критические параметры по (12):

р_кр=4,3 МПа; Т_кр=266,5 К.

Рассчитаем критические параметры по (14.1):

р_кр=4,44 МПа; Т_кр=262,3 К.

 

 

1.8. Проверочные задания

По данному составу газа, величине пластового давления p_плопределить:

* -содержание в нем пропана, бутана и газового бензина;

* - параметры смеси;

* - критические и парциальные параметры;

* -вид залежи.

Состав газа взять из таблицы раздела (1.4).

 

 

Уравнения состояния природных газов

 

Уравнение состояния совершенного газа Клайперона-Менделеева

р= r R T, (2.1)

где R - газовая постоянная (Дж/(кг К)).

 

Обобщённое уравнение состояния

р=z r R T. (2.2)

Коэффициент сверхсжимаемости z является функцией приведенных значений давления р_пр, температуры Т_пр и для тяжелых углеводородов С₅₊ - ацентрического фактора w, учитывающего нецентричность сил притяжения. Т.о. z=z(p_пр,T_пр, w). Для смесей газов w= å (y_i w_i), а w_i изменяется в пределах от 0 до 0,4 и значение его можно определить из таблиц (часть1).

Значение zнаходят или по соответствующим таблицам, или графически, или по эмпирическим зависимостям, или на основе многопараметрических уравнений состояния. При этом необходимо вводить поправку на содержание азота N ₂ z=y_N z_N+(1-y_N) z_у. Здесь z_y - коэффициент сверхсжимаемости углеводородной части.