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) /  (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 /  (NiPiкр) = 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 = zV_o(273, 15 + t°) P_o / (273, 15P_пл),

V_пл = 0, 811000323, 151 / (273, 15100) = 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, 15P_пл),

b = 9, 58 / 1000 = 0, 81323, 151 / (273, 15100) = 0, 00958.