Хімічний склад свердловинної продукції

Природні гази, які видобувають із газових, газоконденсатних і нафтогазоконденсатних родовищ складаються, в основному, із вуглеводнів гомологічного ряду метану ().

Метан СН , етан С₂ Н при стандартних умовах (Р _АТ = 0,1013 МПа і Т _СТ = 293 К) - гази.

Пропан С Н , нормальний бутан nС₄ Н і ізобутан iС Н при Р _АТ = 0,1013 МПа і Т _СТ = 293 К - гази, а при Р > переходять у рідини.

Нормальний пентан nС₅ Н₁₂, ізопентан іС Н і вищі вуглеводні до С₁₇ Н₃₆ при нормальних атмосферних умовах - рідини.

Вони входять в склад бензинової фракції.

Вуглеводні починаючи з С Н і до вище знаходяться у твердому стані.

В багатьох випадках склад природних вуглеводневих газів визначають не повністю, а до пентану (nС₅ Н₁₂) або гексану С₆ Н₁₄ включно, а решта компонентів об’єднують в залишок (або псевдокомпонент) С_5+В або С_6+В. Молекулярну масу залишку можна визначити за компонентним складом, якщо він відомий, або кріоскопічним методом.

Фізико-хімічні властивості вуглеводневих компонентів природних газів наведені у таблиці 1.2.

Деякі фізико-хімічні властивості невуглеводневих компонентів природних, які входять в склад природних газів, наведені в таблиці 1.3.

 

Таблиця 1.2 – Фізико-хімічні властивості вуглеводневих

компонентів природних газів

Показники	Метан	Етан	Пропан	Бутан	Пентан
Хімічна формула
Молекулярна маса	16,04	30,07	44,09	58,124	72,151
Густина при 0.1013 МПа і 273 К, кг/	0,717	1,344	1,967	2,598	3,220
Критичні параметри: температура, тиск, МПа густина, кг/	190.7 4.7	306.2 4.9	369.8 4.3 225.5	425.2 3.8 225.2	470.4 3.4
Газова постійна, Дж / (кг · К)
Питома теплоємність газу при 0.1013 МПа і 273 К: Дж / (кг К) При постійн. тиску , При постійн. об’ємі C V
Теплота випаровування рідини при 0.1013 МПа, кДж /кг
Об’єм газу після випаровування рідини, приведений до273 К і 0.1013 МПа, м^3/м^3	442.1	311.1	272.9	229.4	237.5
Коефіцієнт динамічної в’язкості при 0,1013 МПа і 273 К, мкПа с	10,3	8,3	7,5	6,9	6,9
продовження табл. 1.2
Показники	Метан	Етан	Пропан	Бутан	Пентан
Теплота згорання при 288 К і 0,1013 МПа, МДж/кг: вища нижча	55,7 50,2	47,4	49,9 46,4	49,5 45,7	49,5 45,7
Кількість повітря для спалювання газу, кг/кг	9,54 17,22	16,67 16,10	23,82 15,56	23,82 15,56	30,97 15,43
Температура самозагорання у повітрі,
Границі самозагорання, % об.: нижній верхній	5,3	2,9	2,1 9,5	1,9 9,1	1,9 9,1
Октанове число
Критичний коефіцієнт стисливості	0,290	0,285	0,277	0,283	0,274
Температура кипіння при 0,1013 МПа,	- 161,3	-88,6	-42,2	-10,1	-0,5

Таблиця 1.3 – Фізико - хімічні властивості

невуглеводневих газів

Показники
Молекулярна маса	44,011	34,082	28,016
Густина при 0,1013 МПа і 273 К,	1,977	1,539	1,251
Критичні параметри: температура, ; тиск, МПа молярний об’єм, /мол	7,54 94,0	100,4 9,18 95,0	147,1 3,46 90,1
Газова постійна, Дж / (кг)
Питома теплоємність газу при 0,1013 МПа і 273 К: При постійному тиску, CP, Дж / (кг-К) При постійному об’ємі СV, Дж / (кг-К)
Теплота випаровування рідини при 0,1013 Па, кДж/кг	83,12	132,1	47,4
Коефіцієнт динамічної в’язкості при 0,1013 МПа і 273К, мкПа с	13,8	11,7	16,6
Теплопровідність при 273 К, Вт / (м К)	0,01372	0,0120	0,0239
Густина в рідкому стані при температурі кипіння і 1013 МПа, кг/	924,8	950,0	634,1
Критичний коефіцієнт стисливості	0,274	0,268	0,291

Спосіб вираження складу фаз

Продукція газоконденсатних родовищ складається із газу і конденсату, а газових родовищ з нафтовими облямівками - із газу і нафти.

Суміш вуглеводневих компонентів в газоподібному і рідкому станах на­зивають системою. Стан і властивості системи визначається впливом різних параметрів, які впливають на зміну системи. До таких параметрів відносять: тиск, температуру, об'єм, концентрацію компонентів або густину. Система знаходиться у рівновазі, коли всі її параметри залишаються не­змінними. При такому стані в системі не відбувається явно видних якісних і кількісних змін.

Систему називають гомогенною, якщо вона має однакові фізичні і хімічні властивості за об'ємом, наприклад, якщо окремо взяти газ, нафту, вуглеводне­вий конденсат, пластову воду.

Систему називають гетерогенною, якщо вона має не однакові фізичні і хімічні властивості, тобто складається з речовин, які знаходяться в різних агрегатних станах. Говорять, що двохфазні газоконденсатні і газонафтові системи - гетерогенні.

Під фазою розуміють відповідну гомогенну частину гетерогенної систе­ми, яка має границю розділу з другими фазами. Таким чином, вуглеводневі сис­теми можуть бути одно-, двох-, трьох- і багатофазними („газ - пластова вода", „газ - пластова вода - вуглеводневий конденсат", „газ – нафта – вода - солі” і другі домішки).

Газові суміші (природні гази) характеризують двома складами масовими і молярними (об'ємними) концентраціями вуглеводневих компонентів, вираже­них в частках одиниць або у відсотках. Об'ємні концентрації приблизно співпа­дають з молярними так як, згідно закону Авогадро, об’єм 1 кмоля ідеальних газів при однакових фізичних умовах (Р_ат = 0,1013 МПа і Т_ст = 293 К) складає 22,41 м³.

Концентрацію вуглеводневих компонентів газової (парової) фази будемо позначати через y_i, а рідкої фази x_i, де і = 1, 2, 3.... є номер вуглеводне­вого компоненту.

Наприклад, якщо склад газової фази заданий масовими концентрація компонентів, тоді

Відповідно позначаються молярні (об'ємні) концентрації компонентів

Рідкі суміші вуглеводнів характеризуються трьома складами: масовими, молярними і об'ємними, наприклад,

Молекулярна маса вуглеводневого компоненту дорівнює сумі мас атомів, які утворюють молекулу. Наприклад, молекулярна маса пентану дорівнює М₅ = 12,01115·5 + +1,00797·12 = 72,151 де С = 12,01115 - атомна маса вуглецю, Н = 1,00797 - атомна маса водню.

При відомому молярному складі газу середню молекулярну масу газу визначають за формулою

(1.1)

де: - молярні долі компонентів, %;

- мо­лекулярні маси компонентів.

Якщо заданий масовий склад газу в %, то середню молекулярну масу ви­значають за формулою

, (1.2)

де: - масові долі компонентів, %.

За відомою відносною густиною газу і невідомому складі газу середню молекулярну масу визначають за формулою

(1. 3)

де: 28,98 - молекулярна маса повітря, безрозмірна величина; - відносна гус­тина газу до повітря.

Використовуючи властивість адитивності, молекулярну масу вуглевод­невої суміші можна визначити як суму добутків відповідних молекулярних мас компонентів M_i на їх мольні концентрації

(1.4)

При відомій молекулярній масі густину газу вираховують за формулами:

а) при нормальних умовах (Р_ат = 0,1013 МПа, Т_н = 273 К)

(1.5)

б) при стандартних умовах (Р_ат = 0,113 МПа, Т_ст = 293 К)

(1.6)

де: 22,41- об'єм 1 кмоля газу при нормальних умовах, м³; 24,05 - об'єм 1 кмоля газу при стандартних умовах, м³; М _г - молекулярна маса газу, кг/кмоль.

 

в) при тиску і температурі відмінний від стандартних умов

(1.7)

де: Р і Р_АТ - відповідно тиск, при якому визначають густину газу і атмосферний тиск, МПа; Т і Т _ст - відповідно температура, при якій визначають густину газу і стандартна температура, К; Z (Р, Т) - коефіцієнт - стисливості газу при Р і Т.

Перерахунок масових концентрацій компонентів газової суміші в об'ємні (молярні) і навпаки здійснюють за наступними формулами

(1.8) (1.9)

де: , - відповідно молярні і масові концентрації компонентів газової суміші; , - відповідно молекулярні маси компонентів і середня молеку­лярна маса газової суміші.

Перерахунок масових концентрацій компонентів рідкої вуглеводневої суміші в молярні і навпаки здійснюють аналогічно, як для газових сумішей:

(1.10)

(1.11)

Перерахунок масових концентрацій компонентів рідкої вуглеводневої суміші об'ємні де і навпаки відрізняються від попередніх тим, що замість молекулярних мас компонентів використовують відносні густини рідких компонентів ρ і середню густину суміші до води

 

(1.12)

 

(1.13)