Материал: Физика пласта. учебное пособие. Булыгин Ю.А
Рис. 8.2. Сферические силы [8]
Если же молекулы не сферические (пропан, бутан), то возникает асимметрия действующих сил, для учета которых был введен ацентрический фактор ω.
Рис. 8.3. Асимметрия действующих сил [8]
zсм z0 pпр ,Тпр z1 pпр,Тпр см,
где z0 – коэффициент сжимаемости простого газа;
75
z1 – поправка к коэффициенту сжимаемости непростого газа;
ωсм – ацентрический фактор всей смеси:
n
см ri i .
i 1
На практике компоненты природного газа определяются не полностью, а до бутана или гексана, а остальные объединяют в единый псевдокомпонент С5+, С7+.
8.2. Вязкость газов и углеводородных конденсатов
Вязкость газа – это свойство оказывать сопротивление перемещению одной части газа относительно другой.
Различают динамическую вязкость μ и кинематическую вязкость ν.
Рис. 8.4. Схема вязкости [8]
dw
dy ,
76
, Па с , |
|
w |
, |
|
|||
|
3 |
|
|
где w – средняя скорость движения молекул; λ – длина свободного пробега.
Повышение давления от 1 до 10 атм. не влияет на вязкость газа, т.к. хотя и плотность возрастает, но λ снижается, следствием чего является возрастание вероятности соударения, средняя скорость движения при этом постоянна. С ростом температуры вязкость возрастает, т.к. увеличивается средняя скорость движения молекул, а плотность и длина свободного пробега практически не меняются.
Если возрастает молекулярная масса газа, то вязкость увеличивается соответственно.
Учет наличия не углеводородных газов и их влияния на вязкость проводится следующим образом:
0 (1 ) у ,
где μ0 – вязкость не углеводородного газа; μу – вязкость углеводородного газа.
Вязкость углеводородного газа при нормальных условиях невелика и не превышает 0,01 сантипуаза. Не углеводородные компоненты природного газа: гелий, азот, углекислый газ, сероводород, воздух имеют более высокие значения – от 0,01 до 0,025 спз.
При давлениях более 3 МПа газ приближается к области критического давления и переходит в жидкое состояние. Вязкость жидких систем описывается законом Ньютона и для нее характерны свои закономерности.
77
8.3. Растворимость газов в нефти и воде
Способность газа растворяться в нефти и воде имеет большое значение на всех этапах разработки месторождений – от добычи нефти до процессов подготовки и транспортировки.
Процесс растворения идеального газа при небольших давлениях и температурах описывается законом Генри:
V р V |
или |
Vг |
К р |
, |
|
|
|||||
г |
ж |
Vж |
|||
|
|
|
|
||
где Vг – объем растворенного газа;
α – коэффициент растворимости газа; р – давление газа над поверхностью жидкости; Vж – объем жидкости-растворителя;
К – константа Генри (К = f(α)).
Коэффициент растворимости газа α показывает, какое количество газа Vг растворяется в единице объема жидкости Vж при заданном давлении:
|
|
Vг |
|
|
|
|
|||
V |
|
р . |
||
|
ж |
|
|
|
Растворимость углеводородов в нефти подчиняется закону Генри. С повышением давления растворимость углеводородного газа растет, а с повышением температуры – падает. Разные компоненты нефтяного газа обладают разной способностью растворяться в жидкостях, причем с увеличением молекулярной массы газового компонента растет α, но не зависит от молекулярной массы растворителя.
Растворимость углеводородов в воде не подчиняется закону Генри. Здесь α изменяется в широких пределах и
78
|
|
м3 |
|
|
достигает 4 – 5·10-5 |
|
|
|
, зависит от минерализации воды |
м |
3 |
|
||
|
|
Па |
||
и с ее увеличением уменьшается. С увеличением температуры α в воде вначале уменьшается, а затем возрастает, пройдя через минимум. Причем температура минимальной растворимости различных газов возрастает с увеличением размера молекулы газа.
Количество выделившегося из нефти газа зависит не только от содержания газа в нефти, но и от способа дегазирования. Различают контактное разгазирование, когда выделившийся газ неподвижен и находится в контакте с нефтью, встречается в начальные периоды снижения давления от давления насыщения, и дифференциальное разгазирование, когда выделившийся из нефти газ непрерывно отводится из системы и быстро движется к забою скважины.
Коэффициент разгазирования определяется как количество газа, выделившегося из единицы объема нефти при снижении давления на единицу.
При движении газа по пласту наблюдается дроссельный эффект – уменьшение давления газового потока при его движении через сужения в каналах.
Интенсивность изменения температуры при изменении давления характеризуется коэффициентом Джоуля – Томсона:
Т р ,
где α – коэффициент Джоуля – Томсона.
Понижение температуры при движении газа в пласте даже при больших перепадах давления сравнительно невелико, поскольку соблюдаются изотермические условия. Ближе к забою, особенно в забойных штуцерах, дросселирование газа может привести к значительному снижению температуры, что
79