Расчёт физических и теплофизических свойств газов и конденсатов. Домашнее задание №3

1.

Технология эксплуатации газовых скважин
Домашнее задание №3
“Расчёт физических и теплофизических
свойств газов и конденсатов”

2.

ПЛОТНОСТЬ ГАЗА
Плотность это отношение массы газа к единице
его объема. Единица измерения плотности кг/м3.
Абсолютная плотность газа ρ определяется по
следующей формуле:
M
при Р=0,1013 МПа и Т=273 К
22,41
ρст=М/24,04 при Р=0,1013 МПа и Т=293 К

3.

Относительная плотность газа
M см
M см
возд 1,205 M возд 28,96
возд =1,205 кг/м3 при Р=0,1013 МПа и Т=293 К
возд =1,293 кг/м3 при Р=0,1013 МПа и Т=273 К

4.

Абсолютная плотность газа при давлении Р и
температуре Т:
ст Р Z0 Tст
Р,T
ZР 0T
где Z и Z0 – коэффициенты сверхсжимаемости, соответственно, при текущем
давлении Р и текущей температуре Т и при давлении Р0=0,1013 МПа и
температуре Тст=293 К
Z0 1

5.

Плотность конденсата стабильного
(формула Крэга):
1030 M C5 В
кг
C5 В
, 3
44,29 M C5 В м
С5+

6.

Плотность нестабильного (насыщенного)
конденсата при стандартных условиях:
K
x M
кг
0
, 3
x i Mi м
i
i 1
i 1
K
i
i
Принимаем, что Н.К. – пропан, бутан, стабильный конденсат.
i – плотность в жидком состоянии при Ткип, кг/м3 для пропана и
бутана табличные значения,
для ст.конд-та - С5+ – определяется по формуле Крэга

7.

Плотность нестабильного конденсата при
любых значениях Р и Т :
кг
к Р,T 0 p T , 3
м
0 – плотность нестабильного конденсата;
P – поправка на давление;
Т – поправка на температуру
Поправки на давление и температуру определяются по
графикам Катца и Стендинга или по аппроксимации этих
графиков, которая проведена Г.С. Степановой.

8.

Поправка на давление определяется :
кг
p b exp 2,3a 0 , 3
м
в которой коэффициенты а и b :
a 10 3 1,91 0,02492Р 0,0016858Р 2 0,25478 10 4 Р3
b 10 31,2Р 0,5266Р2

9.

Поправка на температуру
1. Если температура Т больше 333 К:
103
T /
a p b /
p 0 p
a/
1
0,144T 33,65
- поправка на давление (предыдущий слайд)
0 – плотность нестабильного конденсата при ст.у.
b 41,37 0,0486T
/

10.

Если температура лежит в пределах
от 333 до 288 К
3
10
T /
a p b /
a / 1,418 0,0755 T 273 1,4215 103 T 273 0,8957 10 5 T 273
2
3
b / 560,17 33,328 T 273 0,6839 T 273 0,004618 T 273
2
p 0 p
- поправка на давление (предыдущий слайд)
0 – плотность нестабильного конденсата при ст.у.
3

11.

При температуре меньше 288 К
T 288 T 1,836 0,00509 p 0,0054 103 p2
Значение поправки на температуру в этом случае
прибавляется, а не вычитается в формуле плотности Н.К.
(7 слайд)
p 0 p
- поправка на давление (предыдущий слайд)
0 – плотность нестабильного конденсата при ст.у.

12.

Критическая и приведенная
плотность
N
кр X i кр .i ;
i 1
Р ;Т
пр
кр
(Р, Т) – абсолютная плотность газа при давлении Р и
температуре Т

13.

Вязкость газа
Вязкость – физическое свойство вещества, которое
проявляется при движении и характеризует
сопротивляемость скольжению или сдвигу одной
части относительно другой.
По закону Ньютона, сила внутреннего трения,
проявляющаяся при перемещении одного слоя газа
(жидкости)
относительно
другого,
прямо
пропорциональна
градиенту
относительной
скорости перемещения и площади соприкосновения
этих слоев.
F=µS dw/dX

14.

F=µS dw/dX
Коэффициент пропорциональности между
силой внутреннего трения и произведением
площади на изменение скорости движения
называется коэффициентом динамической
вязкости.
Размерность коэффициента динамической
вязкости: сила·время/(длина)2, т.е. H·с/м2 или
Па·с.

15.

Коэффициент
динамической
вязкости,
отнесенный к плотности вещества при тех
же условиях, называется кинематическим
коэффициентом вязкости и имеет
размерность м2/с.
Коэффициент вязкости газа зависит
давления, температуры и состава газа.
от

16.

Вязкость газа при давлении Р0=0,1013 МПа и
любой температуре Т определяется по формуле:
при Тпр 1,5
атм
0,00034Т
8
9
пр
0,001668 0,1338Т пр 0,0932
5/9
при Тпр 1,5
атм
1
6
кр
T
M 0,5 10,2 Р кр
2
3

17.

Вязкость газа при пластовых условиях
при любом давлении и температуре
при пр 0,3
при пр 0,3
Р,T
пр
кр
Р;Т атм
Р;Т атм
1,858 пр
0,00011 е
1
1,439 пр
0,000108 е
е
1
6
кр
T
M
0,5
10,2 Р кр
2
3
1,111 1,858
пр

18.

Вязкость газа при низких давлениях и любой
температуре может быть рассчитана по формуле,
предложенной Дином и Стилом:
3,40 Т8/9
пр
ат
5/9
16,68 0,1338 Т пр 0,0932
Т пр 1,5
Т пр 1,5
где μат – коэффициент вязкости смеси при атмосферном
давлении и любой температуре Т в [мПа∙с].
Т1/6
кр
Р
2/3
кр
1/2
xi Mi
1
n

19.

Вязкость газа при любых давлениях Р и
температурах по Дину и Стилу равна
1,11 1,858
1,439 пр
пр
1,08
e
e
ат

20.

Коэффициент изобарной
теплоёмкости газа
Теплоемкость газа – это отношение количества теплоты Q,
подведенной к газу в заданном термодинамическом
процессе, к соответствующему изменению его температуры.
Физическая величина, численно равная количеству теплоты,
передаваемое телу массой 1 кг для того, чтобы температура
изменилась на 1 0С – удельная теплоемкость вещества.
В зависимости от вида процесса различают
- изобарную теплоемкость Ср, когда процесс происходит при
постоянном давлении Р=const,
- изохорную Сv, когда процесс происходит при постоянном
объеме V=const.
Единица измерения теплоемкости Дж/(кг∙К) или Дж/(моль·К)

21.

Обычно в расчетах используют удельные –
массовые или молярные – теплоемкости, т.е.
теплоемкости, отнесенные к единице массы
или к одному молю газа.
Теплоемкость, отнесенная к одному молю,
называется моляpной теплоемкостью.
Теплоемкость, отнесенная к единице массы,
называется удельной теплоемкостью.
Для газов в зависимости от термодинамического
процесса различают изобарную Ср и
изохорную Сv удельные теплоемкости:

22.

Q
СР
Т Р
Q
СV
Т
V

23.

Теплоемкость природных газов зависит от
давления, температуры и состава газа, а также
от процесса передачи тепла.
Теплоемкость газа при заданном давлении Р и
температуре Т определяется как сумма
теплоемкостей, состоящих из теплоемкости
при заданной температуре и атмосферном
давлении C0р
и приращения теплоемкости за счет влияния
давления ΔСр :
Ср (Р,Т) Ср0 (Рат ,Т) Ср (Р,Т)

24.

Изобарная молярная теплоёмкость газа для смесей
газов рассчитывается по следующим зависимостям:
1. При атмосферном давлении Р0=0,1013 МПа
и температуре Т0=273 К:
K
СР0 4,3723 x i M
i 1
0,75
i
кДж
,
кмоль К

25.

2. При любом давлении Р и температуре Т:
кДж
СР Р,T СР0 СР Р,T ,
кмоль К
Р пр
кДж
С Р Р,T 32,6 4 ,
Tпр кмоль К

26.

Показатель адиабаты – отношение
теплоемкости изобарной к
теплоемкости изохорной:
k=Cp/Cv
также можно определить из выражения:
k
СР Р,T
Р 0,25
пр
СР Р,T 14,947
T
пр

27.

Коэффициент изохорной молярной
теплоёмкости СV Р,T
СР Р,T
кДж
СV Р,T
,
k
кмоль К
где k – показатель адиабаты

28.

Коэффициент теплопроводности газа
Теплопроводность газа – это количество
тепла, проходящего через его массы без
перемещения, конвекции и теплообмена.
Р,T
Теплопроводность газа – поток тепла от более нагретой части к
более холодной; или количество тепла, проходящего через его
массу без перемещения, конвекции и теплообмена.
Теплопроводность приводит к выравниванию температур

29.

Количество передаваемого тепла в газовой
среде
пропорционально
градиенту
температуры dT/dL, площади передачи F,
продолжительности процесса теплопередачи
τ, толщины слоя газа dL и выражается
формулой:
Q=λ∙F∙τ∙dT/dL
где dT=t2–t1 – разность температуры по обе
стороны газовой среды толщиной dL; λ –
коэффициент
пропорциональности
между
количеством тепла и параметрами газовой
среды.
Коэффициент
теплопроводности
измеряется в Дж/(м·с·К) или Вт/(м·К).

30.

Коэффициент теплопроводности
природного газа
aт Р,T a b T 273,15 c T 273,15 0,001163
2
Вт/(м∙К)
при давлениях до 0,3 МПа и в интервалах температур
от 273 до 423 К; коэффициенты а, b и c определяются
из таблицы в зависимости от значения величины k,
которое рассчитывается по известному составу газа:
k xik
i 1
K
1
3
i
3
ki– значение эмпирического коэффициента для
i-го компонента газа, определяемое из таблицы

31.

Для определения коэффициента теплопроводности
при повышенных давлениях можно воспользоваться
формулами Стила-Тодоса:
пр 0,5
8
Z
14
10
exp 0,535 пр 1
ат
кр
0,5 пр 2
ат Z5кр 13,1 10 8 exp 0,67 пр 1,069
2 пр 2,8
ат Zкр 2,976 10 8 exp 1,155 пр 2,016
1/ 6
1/ 2
см Т пк
М см
/ Рпк2 / 3
i Т кi1 / 6 М i1 / 2 / Ркi2 / 3

32.

Влагосодержание газа W
- количество паров воды, растворенных в единице объема природного газа при
заданных условиях.
Абсолютная влажность – отношение массы водяных паров количество паров воды,
содержащихся в газе, к объему, приведенному к стандартным условиям этого газа, из
которого удалены пары воды. [кг/1000 м3]
Относительная влажность – отношение фактического содержания паров воды в
единице объема природного газа при заданных давлении и температуре к его
влагоемкости, т.е. к количеству водяных паров в том же объеме и при тех же Р и Т, но
при помощи насыщения газа парами воды.
W ( Р; Т ) W0.6C Cc
A
г
W0,6 B, 3
Р
м
Определяется графически, стр. 65 Гриценко А.И., Алиев З.С. и др.
“Руководство по исследованию скважин”, А – влагосодержание идеального
газа, В – коэффициент, зависящий от состава газа, их находят из табл. стр.67
или аналитическим путем; Р – давление.
Сс 1 0, 225 10 5 К
К – соленость воды, кг/м3
2
С 10 Т 1,1 10 Т 0,079 0,73 10 3 Т 0,156 0,927
7
2
3

33.

Влагосодержание газа W
При отрицательных температурах (подготовка газа), необходимо учесть
температурную поправку Сt – рисунок 22 “Руководство…” Зависимость
поправочного коэффициента Сt от температуры при различных давлениях.