Горючие газы нефтяных и газовых месторождений по своей химической природе сходны с нефтью. Они так же, как и нефть, являются смесью различных углеводородов.
Природные газы, добываемые из чисто газовых, нефтяных и газоконденсатных месторождений, состоят из углеводородов гомологического ряда метана с общей формулой СnН2n+2, а также неуглеводородных компонентов: азота (N2), углекислого газа (СО2), сероводорода (Н2S), меркаптанов (RSН), редкоземельных (инертных) газов (гелия, аргона, криптона, ксенона) (R), ртути. Число углеродных атомов в молекуле углеводородов может достигать 18 и более.
Метан (СН4), этан (С2Нб) и этилен (С2Н4) при обычных условиях давления (р=0,1 МПа) и температуры (Т==288-303 К) являются газами.
Пропан (СзН8), пропилен (СзН6), изобутан (i-С4Н10), нормальный бутан (n=С4Н10), бутилены (С4Н8) при атмосферных условиях находятся в парообразном (газообразном) Состоянии, при повышенных давлениях - в жидком состоянии. Они входят в состав жидких углеводородных газов.
Углеводороды, начиная с изопентана (i-С5Н12) и более тяжелые (17≤n≤5), при атмосферных условиях находятся в жидком состоянии. Они входит в состав бензиновой фракций.
Углеводороды, в молекулу которых входит 18 атомов углерода (от С18Н38) и более расположенных в одну цепочку, при атмосферных условиях находятся в твердом состоянии.
В табл. 2 приведены составы сухого газа, жидких газов и газового бензина.
Таблица 2
Составы сухого газа, жидких газов и газового бензина
|
Компоненты |
Название смеси |
|
Метан, этилен, этан Пропан, пропилен, изобутан, нормальный бутан, бутилен Изопентан, нормальный пентан, амилены, гексан и др. |
Сухой газ Внимание!
Если вам нужна помощь в написании работы, то рекомендуем обратиться к
профессионалам. Более 70 000 авторов готовы помочь вам прямо сейчас. Бесплатные
корректировки и доработки. Узнайте стоимость своей работы.
Жидкий газ
Бензин |
Природные газы подразделяются на три следующие группы.
1. Газы, добываемые из чисто тазовых месторождений и представляющие собой сухой газ, свободный от тяжелых углеводородов.
2. Газы, добываемые вместе с нефтью. Это физические смеси сухого газа, пропан-
бутановой фракции (жидкого газа) и газового бензина.
3. Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений, - смесь сухогогаза и жидкого углеводородного конденсата. Углеводородный конденсат состоит из большого числа тяжелых углеводородов, из которых можно выделить бензиновые, лигроиновые, керосиновые, а иногда и более тяжелые масляные фракции.
В табл. 3, 4, 5 приведены составы природных газов некоторых чисто газовых, нефтяных и газоконденсатных месторождений.
Таблица 3
Объемный состав природных газов, добываемых из чисто
газовых месторождений (в %)
|
Месторождение |
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
С5Н12+ |
N2+R |
СО2 |
Н2S |
Относительная плотность |
|
Медвежье Заполярное Уренгойское Ширяевское |
98,78 98,6 97,8 58,86 |
0,1 0,07 0,40 1,88 |
0,02 0,02 0,03 0,60 |
0,002 0,013 0,02 0,23 |
- 0,01 0,01 0,12 |
1,0 1,1 1,7 0,81 |
0,1 0,18 0,3 11,0 |
- - - 26,5 |
0,56 0,56 0,56 0,855 |
Таблица 4
Объемный состав природных газов, добываемых из газоконденсатных
месторождений (в %)
|
Месторождение |
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
С5Н12+ |
N2+R |
СО2 |
Н2S |
Относитель-ная плотность |
|
Вуктыльское Оренбургское Уренгойское: БУ-8 БУ-14 |
74,8 87,0
88,28 82,27 |
8,7 5,0
5,29 6,56 |
3,9 1,6
2,42 3,24 |
1,80 0,7
1,0 1,49 |
6,40 1,8
2,52 5,62 |
4,3 3,5-4,9 0,48 0,32 |
0,1 0,5-1,7 0,01 0,50 |
- 1,3-5
- - |
0,882 0,68-0,70
0,707 0,813 |
Таблица 5
Объемный состав природных газов, добываемых
вместе с нефтью (в %)
|
Месторождение |
СН4 |
С2Н6 |
С3Н8 |
С4Н10 |
С5Н12+ |
N2+R |
СО2 |
Н2S |
Относитель-ная плотность |
|
Бавлинское Мухановское Ишимбайское Ромашкинское |
35,0 30,1 42,4 38,8 |
20,7 20,2 12,0 19,1 |
19,9 23,6 20,5 17,8 |
9,8 10,6 7,2 8,0 |
5,8 4,8 3,1 6,8 |
8,4 6,8 11,0 8,0 |
0,4 1,5 1,0 1,5 |
- 2,4 2,8 - |
1,181 1,186 1,046 1,125 |
Основные физико-химические свойства алканов (предельных парафиновых углеводородов приведены в табл. 6.
Таблица 6
Физико-химические свойства алканов
|
Показатели |
Метан |
Этан |
Пропан |
Изобутан |
н-Бутан |
Изопентан |
н-пентан |
Гексан |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Химическая формула Молекулярная масса Массовая доля углерода, % Газовая постоянная, Дж/(кг∙К) Температура плавления при нормальном давлении, 0С Температура кипения при нормальном давлении, 0С Критические параметры: температура, К давление абсолютное, МПа плотность, кг/м3 удельный объем, м3/кг Плотность газа при нормальном давлении и 00С, м3/кг Относительная плотность газа (по воздуху) Удельный объем газа при нормальном давлении и 00С, м3/кг Предел взрываемости, об. %: низший высший Объем газа после испарения жидкости, приведенный к нормальному давлению и к 00С, м3/м3 Коэффициент динамической вязкости при 00С и нормальном давлении, 10-7 Па∙с |
СН4 16,043 74,87 521
-182,5
-161,3
190,7 4,58 162 0,00617
0,717
0,5545
1,4
5,35 14,9
442,1
103 |
С2Н6 30,070 79,96 278
-172,5
-88,6
306,2 4,86 210 0,0047
1,344
1,038
0,745
3,2 12,5
311,1
83 |
С2Н8 44,097 81,80 189
-187,5
-42,2
369,8 4,34 225,2 0,00443
1,967
1,523
0,510
2,3 9,5
272,9
75 |
i-С4Н10 58,124 82,66 143
-145,0
-10,1
407,2 3,72 232,5 0,0043
2,598
2,007
0,385
1,8 8,4
229,4
69 |
n-С4Н10 58,124 83,66 143
-135,0
-0,5
425,2 3,57 225,2 0,0044
2,598
2,007
0,385
1,9 8,5
237,5
69 |
i- С5Н12 72,151 83,23 115
-160,6
+28,0
461,0 3,28 - -
3,220
2,488
0,321
1,32 -
204,6
62 |
n-С5Н12 72,151 83,23 115
-129,7
+36,2
470,4 3,30 232 0,0043
3,220
2,488
0,321
1,40 7,80
206,6
62 |
С6Н14 88,178 83,62 96
-95,5
+69,0
508,0 2,96 - -
3,880
2,972
0,258
1,25 6,9
182
59 |
Продолжение таблицы 6
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
|
Критический коэффициент сжимаемости zкр Критический мольный объем Vкр, см3/моль Ацентрический фактор ω Плотность в жидком состоянии при температуре кипения в нормальном давлении, кг/м3 Удельная теплоемкость (при 00С), кДж/(кг∙К): газа сρ при постоянном давлении газа сυ при постоянном объеме Отношение теплоемкости газа сρ/ сυ при 00С Теплота испарения при нормальном давлении, кДж/кг Теплота плавления при нормальном давлении, кДж/кг Теплопроводность, кДж/(м∙ ч∙ 0С) |
0,290
99,5 0,013
416
2,220 1,690
1,31
570
60,7 0,1082 |
0,285
148 0,105
546
1,729 1,430
1,198
490
95,1 0,0650 |
0,277
200 0,152
585
1,560 1,350
1,161
427
80,0 0,0532 |
0,283
263 0,192
582 при 00С
1,490 1,315
1,144
352
77,6 0,0486 |
0,274
255 0,201
600 при 00С
1,490 1,315
1,144
394
75,5 0,0486 |
0,268
308 0,208
625
1,450 1,290
1,121
357
70,8 0,0461 |
0,269
311 0,252
637
1,450 1,290
1,121
341
116,2 0,0462 |
0,264
368 0,290
664
1,410 1,273
1,113
341
151,5 - |
Самый легкий из всех углеводородов — метан; в газах, получаемых из нефтяных и газовых месторождений, его содержится от 40 до 95% и больше по отношению ко всему количеству газа. Отдельные углеводороды, входящие в состав нефтяных газов, отличаются друг от друга своими физическими свойствами. Это, естественно, отражается и на физических свойствах самого нефтяного газа.
Чем больше в нефтяном газе легких углеводородов — метана и этана, тем легче этот газ и меньше его теплота сгорания.
При нормальных условиях (т. е. при давлении 0,1 МПа и температуре 0°С) метан и этан всегда находятся в газообразном состоянии. Пропан и бутан хотя и относятся к газам, но очень легко переходят в жидкость даже при очень малых давлениях.
Вообще давление, необходимое для перевода того или иного углеводорода в жидкость, т.е. упругость паров данного углеводорода, повышается с ростом температуры и при данной температуре тем больше, чем ниже плотность углеводорода.
Наибольшей упругостью паров обладает метан, который при нормальных условиях нельзя превратить в жидкость, так как его критическая температура равна минус 82,1°С. Так же трудно переводится в жидкость этан.
В зависимости от преобладания в нефтяных газах легких или тяжелых (от пропана и выше) углеводородов газы разделяются на две группы: сухие газы и жирные.
Под названием сухой газ подразумевается естественный газ, который не содержит тяжелых углеводородов или содержит их в незначительных количествах. Название жирный газ относится к газу, который содержит тяжелые углеводороды в таких количествах, что из этого газа с выгодой можно получать сжиженные газы, или газовые бензины.
На практике принято считать сухим газом такой, который в 1 м3 содержит меньше 60 г газового бензина, а жирным — газ, содержащий в 1 м3 более 60—70 г бензина.
Жирные газы добываются в основном с легкими нефтями. С тяжелыми нефтями, наоборот, добывают по преимуществу сухой газ, состоящий главным образом из метана.
Первичная характеристика газа определяется по его плотности. Плотностью газа называется его масса, заключенная в 1 м3 при 0°С и атмосферном давлении.
Под плотностью или объемной массой тела понимают отношение массы тела в состоянии покоя к его объему. Плотность газов измеряют специальными газовыми пикнометрами или же эффузионным методом, который основан на измерении скорости истечения газов из отверстий.
Плотности многих углеводородных газов и сероводорода больше плотности воздуха. Поэтому они могут накапливаться в пониженных местах, в помещениях насосных, в колодцах и т. п., где возможны пропуски газа в арматуре оборудования. Это необходимо учитывать при проведении работ на промысле и принимать меры к устранению вредного влияния газов на здоровье работающих.
Состояние газа характеризуется давлением р, температурой T и объемом V. Соотношение между этими параметрами определяется законами газового состояния.
Однако состояние реальных газов значительно отличается от состояния идеальных газов при тех же условиях.
Плотность газа в нормальных физических условиях может быть определена по его молекулярной массе
(6.1)
Если плотность газа задана при нормальном давлении, то пересчет ее на другое давление р (при той же температуре)г для идеального газа проводится по формуле
(6.2)
Часто для характеристики газа применяют относительную плотность его по воздуху при нормальных условиях ∆0=ρ0:1,293.
Коммерческие расчеты в газовой промышленности производятся при стандартных физических условиях: давлении 0,1013 МПа и температуре 20 °С.
Для характеристики степени отклонения сжимаемости реальных газов от идеальных пользуются коэффициентом сжимаемости z, который показывает отношение объема реального газа к объему идеального газа при одних и тех же условиях. Тогда уравнение состояния газа Клапейрона принимает вид:
где р — давление, Па; V — объем газа, м3; m — масса газа, кг; R — газовая постоянная, Дж (кг-град); T — абсолютная температура, 0K; z — коэффициент сжимаемости. Коэффициент сжимаемости газов z обычно определяют по экспериментальным графикам;
Растворимость газов в нефти. По закону Генри растворимость газа в жидкости пропорциональна давлению:
где Vr — объем растворенного газа, приведенный к атмосферному давлению, м3; Vж — объем жидкости, в которой растворяется газ, м3; а — коэффициент растворимости, 1/Па; P — абсолютное давление газа, Па; 1Па = 1 Н/м2.
Коэффициент растворимости показывает, сколько газа растворяется в единице объема жидкости при увеличении давления на 1 единицу:
Коэффициент растворимости измеряется в (Н/м2)-1 = 1/Па.
При Vж = 1 имеем а — Vr/p, т. е. коэффициент растворимости численно равен объему газа, растворяющегося в единице объема жидкости при повышении давления на единицу.
Коэффициент растворимости для различных газов и нефтей в зависимости от условий растворения изменяется от 0,4-10-5 до 1 x Ю-5 1/Па.
При растворении углеводородных газов в нефти наблюдаются значительные отклонения от закона Генри. Коэффициент растворимости а при низких давлениях значительно больше, чем при высоких. Коэффициент растворимости газовых смесей зависит от соотношения объемов нефти и газа, находящихся в контакте. С повышением температуры растворимость газа уменьшается. Различные компоненты нефтяного газа обладают различной растворимостью, причем: С увеличением молекулярной массы газов растворимость их возрастает.
Давлением насыщения пластовой нефти называют то давление, при котором из нефти начинают выделяться первые пузырьки растворенного газа. Давление насыщения зависит от состава нефти и газа, от соотношения их объемов и от температуры. Когда в пласте имеется свободный газ (например, при наличии газовой шапки), давление насыщения нефти газом равно пластовому давлению или близко к нему. Пластовое давление может быть и больше давления насыщения, тогда нефть в залежи недонасыщена газом. Количество газа (в м3), приходящееся на 1 т нефти, называют газовым фактором. Иногда газовый фактор измеряют в кубических метрах на 1 м3 добытой нефти или жидкости.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему