Критические давления, температуры и коэффициенты сверхсжимаемости компонентов нефтяных газов

Существуют графики (рис. 2.1), эмпирические формулы и зависимости для оценки коэффициента сверхсжимаемости от приведенных давлений и приведенных температур.

Рис. 2.1 Коэффициенты сжимаемости z углеводородных газов, в зависимости от приведённых параметров

При содержании неуглеводородных компонентов в составе нефтяных газов (N₂, СО₂, Н₂S) следует вводить поправки в рассчитанное значение коэффициента сверхсжимаемости по правилу аддитивности:

z = N_N2· z _N2 + (1- N_N2) · z_ув, (2.31)

где N_N2 – молярная доля азота в смеси газов;

z_N2, z_ув – коэффициенты сверхсжимаемости азота и углеводородной части смеси газов.

Для определения величин z_N2 используются специальные графики (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Зависимость коэффициента сжимаемости азота от давления и температуры

Зная коэффициент сверхсжимаемости (z) и объём, занимаемый газом при нормальных условиях, можно оценить его объём при пластовых условиях по закону Бойля–Мариотта:

. (2.32)

Отношение объёма газа при пластовых условиях (V_пл.) к объёму газа при нормальных условиях (V_o) называется объёмным коэффициентом(b) газа:

. (2.33)

Объёмный коэффициент газа используется при пересчёте объёма, занимаемого газом при нормальных условиях на пластовые условия и наоборот, например, при подсчёте запасов.

Рассмотрим пример. Дан мольный состав (N_i) газа:

Дано: Ni, доли Pкр, атм Ткр, К Ni • Piкр, атм Ni • Tiкр, К

СН₄ 0,8319 47,32 191 39,2 158,0

С₂H₆ 0,0846 49,78 305 4,2 25,8

C₃H₈ 0,0437 43,38 370 1,9 16,2

-C₄H₁₀ 0,0076 38,25 407 0,3 3,1

n-C₄H₁₀ 0,0168 38,74 425 0,6 7,1

i-C₅H₁₂ 0,0057 33,89 461 0,2 2,6

n-C₅H₁₂ 0,0032 34,10 470 0,1 1,5

C₆H₁₂ 0,0063 30,52 508 0,2 3,2

Определить какой объём будет занимать 1000 м³ газа (при н. у.) для пластовых условий: Р = 100 атм, Т = 50°С?

Решение. Используя данные таблицы, мы можем найти коэффициенты сжимаемости (z) и объёмный коэффициент газа (b) для пластовых условий.

Рассчитаем приведенное температуру (2.27) и давление (2.28) для нашего состава и пластовых условий:

T_пр = (50 + 273,15) / S (Ni •Tiкр) = 323,15 / (0,8319 · 91 + 0,0846 · 305 + 0,0437 · 370 + 0,0076 · 407 + 0,0168 · 425 + 0,0057 · 461 + 0,0032 · 470 + 0,0032 · 470) = 323,15 / (158 + 25,8 + 16,2 + 3,1 + 7,1 + 2,6 + 1,5 + 3,2) = 323,15 / 217,5 = 1,48.

Р_пр = 100 / S(Ni•Piкр) = 100 / (0,8319 · 47,32 + 0,0846 · 49,78 + 0,0437 · 43,38 + 0,0076 · 38,25 + 0,0168 ·38,74 + 0,0057 · 33,8 + 0,0032 · 34,1 + 0,0063 · 30,52) = 100 / (39,2 + 4,2 + 1,9 + 0,3 + 0,6 + 0,2 + 0,1 + 0,2) = 100 / 46,7 = 2,14.

По графикам (рис. 2.1) находим значение z, как функцию z = f(Т_пр. =1,48) и f(P_прив=2.14) при определяем z. Для нашего случая величина z = 0,81.

Объём газа в пластовых условиях определяем, используя закон Бойля–Мариотта:

V_пл = z•V_o•(273,15 + t°) • P_o / (273,15•P_пл),

V_пл = 0,81•1000•323,15•1 / (273,15•100) = 9,58.

Объёмный коэффициент газа оценивается отношением объёмов газа в пластовых условиях к объёму газа при н.у.:

b = V_пл/V_o = z•(273,15 + t°)•Po / (273,15•P_пл),

b = 9,58 / 1000 = 0,81•323,15•1 / (273,15•100) = 0,00958.