Физическое состояние нефти и газа при различных условиях в залежи. Нефть в газообразном состоянии


Природный газ. Его свойства, добыча и химический состав :: SYL.ru

Природный газ является смесью из определенных разновидностей газа, которые образуются глубоко в земле после разложения осадочных органических пород. Это полезное ископаемое, которое должно добываться вместе с нефтью или в качестве самостоятельного вещества.

Свойства природного газа

В естественном состоянии газ представлен в виде отдельных скоплений. Их принято называть газовыми залежами, которые скапливаются в земных недрах, как газовые шапки. Природный газ в некоторых случаях может находиться в глубоких слоях земли в состоянии полного растворения – это нефть или вода. Стандартные условия для образования газа – это наличие температурного режима в двадцать градусов и давление около 0,101325 Паскаля. Стоит отметить, что представленное полезное ископаемое из природного месторождения добывается только в газообразном состоянии – газогидраты.

Главные свойства природного газа – это отсутствие всякого запаха и цвета. Чтобы определить утечку, можно добавить такие вещества, как одоранты, которые имеют сильно выраженный и характерно неприятный запах. В большинстве случаев одорант заменяют на этил-меркаптан. Природный газ достаточно широко используют в качестве топлива на электрических станциях, в черной и цветной металлургии, цементных и стекольных промышленных предприятиях. Он может пригодиться во время производства строительных материалов, для коммунальных и бытовых нужд, а также в качестве уникального сырья для получения органических соединений при синтезе. природный газ

В каком состоянии транспортируется газ?

Чтобы значительно упростить задачу транспортировки и дальнейшего хранения газа, его необходимо сжижать. Дополнительное условие – это охлаждение природного газа, если есть постоянное повышенное давление. Свойства природного газа предоставляют возможности для перевозки его в обычных баллонах.

Для транспортировки газа в баллоне его необходимо разделить, после чего он будет состоять в большей части из пропана, а также включать в себя более тяжелые углеводороды. Это происходит потому, что метан и этан не могут находиться в жидких состояниях, особенно если воздух достаточно теплый (18-20 градусов). При транспортировке природного газа необходимо соблюдать все требования и установленные нормы. В противном случае можно столкнуться с взрывоопасными ситуациями. добыча природного газа

Что собой представляет сжиженный природный газ?

Сжиженный газ является определенным состоянием природного газа, который охладили при помощи давления. Сжиженный природный газ приводится в такое состояние для того, чтобы его было легче хранить, и он не занимал много места при транспортировке. Таким образом, его можно доставить до конечного потребителя. Плотность газа в два раза меньше плотности бензина. В зависимости от состава его температура кипения может достигать до 160 градусов. Коэффициент сжижения или экономический режим составляет до 95 процентов.

Газ, который находится в скважинах, необходимо тщательным образом подготовить для дальнейшей транспортировки, чтобы привезти его на предприятия. Это могут быть химические заводы, котельные, а также городские газовые сети. Важность правильной подготовки заключается в том, что в природном газе находятся разнообразные примеси, которые вызывают определенные затруднения во время его транспортировки и применения. сжиженный природный газ

Как добывается газ на территории России

Природный газ образуется в процессе смешивания разнообразных видов газа, которые находятся в земной коре. Глубина может достигать почти 2-3 километра. Газ может появиться в результате высокого температурного режима, а также давления. Но доступ кислорода к месту добычи должен полностью отсутствовать.

Добыча природного газа на территории Российской Федерации осуществляется сегодня в самой глубокой скважине. Она располагается возле города Новый Уренгой, где скважина уходит вглубь почти на шесть километров. Газ в этих недрах находится под сильным и высоким давлением. Правильная добыча природного вещества – это бурение скважин. В местах, где есть газ, ставят несколько скважин. Специалисты стараются выполнить бурение равномерно, чтобы пластовые давления имели одинаковое распределение. свойства природного газа

Химический состав природного газа

Газ, который добывают из природных месторождений, состоит из углеводородных и не углеводородных компонентов. Природный газ – это метан, который включает в себя более тяжелые гомологи – этан, пропан и бутан. В некоторых случаях можно встретить природное вещество, в котором есть пары пентана и гексана. Углеводород, который содержится в залежах, принято считать тяжелым. Он может образовываться исключительно в процессе образования нефти, а также при преобразовании рассеянных органических веществ.

Помимо углеводородных компонентов, в природном газе имеются примеси диоксида углерода, азота, сероводорода, гелия и аргона. В газонефтяных месторождениях в некоторых случаях присутствуют жидкие пары.

www.syl.ru

1.5. Состав и физическое состояние нефти и газа в условиях продуктивного пласта

Нефть и природный газ состоит из смеси различных углеводородов. В них также присутствует часто азот, углекислота, сероводород, редкие газы и другие компоненты. В зависимости от состава и пластовых условий углеводороды могут находится в залежи в различных физических состояниях - газообразном, жидком, в виде газожидкостной смеси, либо твердом. В чисто газовой залежи содержатся в основном метан (до 98 %по объему), этан и пропан. На долю пентана и более тяжелых углеводородов приходится не более 0,2 %. Жидкие углеводороды присутствует в виде паров.

При высоком пластовом давлении плотность газа приближается к плотности легких углеводородных жидкостей. При этом часть жидких углеводородов растворяется в сжатом газе. Залежи, содержащие подобные смеси углеводородов в газообразном состоянии называется газоконденсатными.

Если в залежи содержится не только большое количество газа, но и достаточно большое количество нефти, то ее называют нефтегазовой. При большом давлении часть нефти может быть растворена в сжатом газе. Если содержание газа по сравнению с объемом нефти небольшое, а давление сравнительно высокое, газ может быть полностью растворен в нефти и газонефтяная смесь в пласте находится в однофазном (жидком) состоянии. Такую залежь называют нефтяной.

1.6. Некоторые свойства газов и нефтей

Природные газы не подчиняются строго уравнениям состояния идеальных газов. Обычно для расчета состояния природные газов пользуется уравнением Клапейрона, в которое введена поправка, учитывающая отклонение реальных газов от законов сжатия и расширения идеальных газов.

где: Р - давление, V - объем газа, - поправка, называемая., коэффициентом сжатия, М - масса газа, R - газовая постоянная, Т - температура.

Одной из важных характеристик газа является коэффициент сжатия и относительная плотность газа.

Коэффициент сжатия при нормальных условиях, когда число молекул в единице объема и занимаемый ими объем невелики, приближается к единице. С увеличением давления молекул газа сближается, а силы притяжения будут способствовать их сближению . Если газ будет сжат настолько, что плотность его приближается к плотности жидкости, межмолекулярные расстояния сокращаются столь значительно, что начинают действовать силы отталкивания, будет расти.

Коэффициент сжимаемости обычно определяют по эмпирическим зависимостям.

Относительная плотность есть отношение массы газа, заключенной в единице объема при данном давлении итемпературе, к мессе сухого воздуха в том же объеме при тех жeусловиях.

Плотность газа зависит от состава, температуры и давления. Один киломоль любого газа при нормальных условиях занимаем объем в 22,4 м3. Еслисостав газа известен, плотность его принормальных условиях можно найти по формуле:

где: Mr -средняя молекулярная масса газа.

Углеводородные и другие газы растворится в нефти. От количества растворенного в пластовой нефти газа зависят ее важнейшие свойства, в том числе сжимаемость, вязкость, плотность. Чем выше молекулярная масса газа, тем выше его растворимость в нефти. С ростом давления растворимость газов увеличивается, а при давлении 10 МПа количество растворенного газа стабилизируется и в некоторых случаях даже уменьшается. С повышением температуры растворимость углеводородных газов уменьшается.

Упругость нефтей характеризуется коэффициентом сжимаемости, под которым понимают относительное изменение ее объема при увеличении давления на 1Па:

(не содержащих растворенного газа) равно 4  10-10  7  10-10 Па

(содержащих растворенный газ) равно 140  10-10 Па-1, растет с повышением температуры.

Если отобрать пробу нефти при пластовых условиях и снижать давление, из нефти начнет выделяться растворенный газ. То давление, при котором начинается выделение газа называемся давлением насыщения. Давление насыщения зависит от состава нефтей, температуры и состава растворенных газов. Чем выше температура или больше содержание азота иметана, тем больше давление насыщения.

С повышением давления плотность нефти, насыщенной углеводородными газами уменьшается, а азотом или углекислым газом - несколько возрастает. С ростом температуры плотность нефти уменьшается.

Вязкость нефти снижается по мере увеличения температуры, растворенных в ней углеводородных газов и несколько возрастает при повышении давления выше давления насыщения. При растворении азота в нефти вязкость возрастает. Вязкость меняется в широких пределах от многих сотен до десятых долей мПа с.

studfiles.net

Физическое состояние нефти и газа при различных условиях в залежи.

 

Возьмём простое вещество и рассмотрим диаграмму состояния:

Р

С

Ж

Г

 

Т

 

Точка С является критической точкой, в которой различие между свойствами исчезает.

Давление (Р) и температура (Т), которые характеризуют пласт, могут измеряться в очень широком диапазоне: от десятых МПа до десятков МПа и от 20-40° до более, чем 150°С. В зависимости от этого наши залежи, в которых находятся углеводороды, могут быть разделены на газовые, нефтяные и т. д.

Т.к. на различных глубинах давления меняются от нормальных геостатических до аномально высоких, то углеводородные соединения могут находиться в газообразном, жидком или в виде газожидкостных смесей в залежи.

При высоких давлениях плотность газов приближается к плотности лёгких углеводородных жидкостей. В этих условиях тяжёлые нефтяные фракции могут растворяться в сжатом газе[1]. В результате нефть будет частично растворена в газе. Если количество газа незначительно, то с ростом давления газ растворяется в нефти. Поэтому в зависимости от количества газа и его состояния выделяются залежи:

1. чисто газовые;

2. газоконденсатные;

3. газонефтяные;

4. нефтяные с содержанием растворённого газа.

Граница между газонефтяными и нефтегазовыми залежами условна. Она сложилась исторически, в связи с существованием двух министерств: нефтяной и газовой промышленности.

В США залежи углеводородов делятся по значению газоконденсатного фактора, плотности и цвету жидких углеводородов на:

1) газовые;

2) газоконденсатные;

3) газонефтяные.

Газоконденсатный фактор – это количество газа в кубических метрах, приходящееся на кубометр жидкой продукции.

По американскому стандарту к газоконденсатам относятся залежи, из которых добываются слабоокрашенные или бесцветные углеводородные жидкости с плотностью равной 740-780 кг/м3 и с газоконденсатным фактором 900-1100 м3/м3.

В газовых залежах может содержаться адсорбированная связанная нефть[2], состоящая из тяжёлых углеводородных фракций, составляющая до 30% порового объёма.

Кроме того при определённых давлениях и температурах возможно существование газогидратных залежей, где газ находится в твёрдом состоянии. Наличие таких залежей – большой резерв наращивания добычи газа.

В процессе разработки происходит изменение первоначальных давлений и температур и происходят техногенные преобразования углеводородов в залежи.

Как то из нефти при непрерывной системе разработки может выделится газ, в результате чего у нас произойдёт снижение фазовой проницаемости, увеличение вязкости, в призабойной зоне происходит резкое снижение давления, за которым последует выпадение конденсата, что приведёт к образованию конденсатных пробок.

Кроме того, при транспортировке газа могут происходить фазовые преобразования газа.

 

Лекция №11. (Часть 2)

 

Состав и классификация природных нефтей и газов.

 

Нефти.

 

Компоненты нефти.

 

В основном в нефти встречаются углеводороды трёх классов:

ü метанового (парафинового) типа, или алканы - СnН2n+2;

ü циклоалканы - СnН2n;

ü ароматические углеводороды (арены) - СnН2n-6;

Кроме того, в нефтях присутствуют другие органические соединения:

Þ нафтеновые кислоты;

Þ асфальтены;

Þ смолы и т.д.

Но их наличие незначительно. Эти вещества содержат в своём составе кислород (О2), а также серу (S). Они оказывают существенное влияние на границу раздела фаз.

С ними связаны такие процессы, как:

· образование эмульсий;

· выпадение твёрдых компонентов из нефти.

Кислород в смолистых и кислых веществах содержится от сотых долей до 2%. Такие нефти проявляют аномальные поверхностные свойства.

Кроме углеводородных компонент, в нефти могут присутствовать и не углеводородные компоненты, например сера (до 6%). Она может присутствовать в свободном виде, в виде сероводорода и сернистых соединений: меркаптанов, сульфидов и дисульфидов.

 

Меркаптаны R-SН по строению аналогичны спиртам. И такие соединения, как этил-меркаптан и высшие гомологи при нормальных условиях находятся в жидком состоянии.

Метил-меркаптан СН3-SН – газообразное вещество с температурой кипения Ткип=6,7°С.

При взаимодействии с щелочами и окислами тяжёлых металлов меркаптаны образуют такие соединения, как меркаптиды, которые вызывают сильную коррозию металла.

 

Смолисто-асфальтеновые вещества (САВ), достигающие по содержанию 40%, - это высокомолекулярные соединения, в состав которых входят кислород (О2), водород (Н2), сера (S) и азот (N2). Большая часть САВ – нейтральные смолы, которые в чистом виде представляют собой жидкие или полужидкие вещества. Их цвет колеблется от тёмно-жёлтого до коричневого, а плотность составляет 1000-1070 кг/м3.

Тёмная окраска нефтей связана с присутствием нейтральных смол, которые адсорбируются глинистой фракцией на поверхности. В результате пласт приобретает пятнистый окрас. Они в свою очередь адсорбируют на себе тяжёлые углеводороды. Нейтральные смолы при определённых условиях могут превращаться в асфальтены. Этими условиями являются присутствие кислорода и высокие температуры.

Асфальтены по химическим свойствам близки к смолам и являются нейтральными веществами. Они представляют собой кислородсодержащие полициклические соединения, содержащие серу и азот. При растворении они набухают с увеличением объёма и в нефтях находятся в коллоидном состоянии, благодаря чему нефти становятся подобными коллоидным растворам.

 

Классификация.

 

Нефти классифицируются по содержанию лёгких, тяжёлых и твёрдых компонентов соответственно:

по содержанию серы S

 

           
 
малосернистые £0,5%
 
сернистые 0,5<S£2%
 
высокосернистые >2%

 

Нефти Волго-Уральской области обладают повышенным содержанием нефти.

 

по содержанию смол и асфальтенов

 

по содержанию парафина

 
 

 

1,5-2% парафина откладывается в скважине, в призабойной зоне, в результате образуются парафиновые пробки, и их наличие – важная проблема с точки зрения эффективности добычи.

На месторождении Узень нефть содержит более 35% парафина и температура насыщения нефти парафином приблизительно равна пластовой. Т.к. эксплуатация велась некорректно (т.е. стали закачивать воду, которая понизила пластовую температуру), пласт парафинизировался. Выход был найден: нагнетание горячей воды в течение долгого времени позволило поднять температуру.

Выпадение парафина связано с давлением и температурой кристаллизации.

 

Существуют различные методики выявления условий:

1. по замеру скорости распространения ультразвука;

2. с помощью фотоэлементов по помутнению проб нефти.

 

Очищенный парафин – бесцветная кристаллическая масса, нерастворимая в воде. Он растворяется в эфире, хлороформе и минеральных маслах. Плотность чистого парафина колеблется от 907-915 кг/м3. Температура плавления зависит от химического состава и равна 40-60°С.

Нефтяной парафин – сложное соединение, представляющее смесь двух групп твёрдых углеводородов с резко различающимися свойствами: парафинов и церезинов.

Парафин представляет из себя группу гомологов С17­-С35 с температурой плавления Тпл=27-71°С (в зависимости от состава).

Церезины являются смесью гомологов С36-С55 с температурой плавления Тпл=65-88°С.

При одних и тех же температуре и давлении церезины имеют более высокую плотность и вязкость по сравнению с чистыми парафинами.

Внешние различия:

парафины – ленточные (плоские) образования с пластинами; церезины – игольчатые образования;

парафины – более прочные, более плотные комбинации; церезины – слабо скреплённые между собой игольчатые образования.

 

 

Газы.

 

Компоненты природного газа.

Поскольку газы могут добываться из чисто газовых, газоконденсатных, чисто нефтяных и газогидратных месторождений, то и составы у них различны. Но в основе любого состава лежат гомологи метана СnН2n+2. Кроме того, в газах могут присутствовать: азот, окись углерода СО2, сероводород Н2S, меркаптаны, а также редкоземельные инертные газы, такие как гелий, криптон, аргон, ксенон.

Добываемые газы могут находиться в газовом состоянии, жидком и в виде твёрдых веществ.

Смесь таких газов, как метан, этан, этилен (С2Н4) при Р=1 атм и нормальных температурах называется сухим газом.

Смесь пропана, пропилена, изобутана (С4Н10), бутилена (С4Н8), которые при повышенных давлениях – жидкости, называется жидким газом.

Смесь следующей группы углеводородов уровня изопентана i-С5Н12, которые находятся в жидком состоянии, называется газовым бензином.

Физическое состояние последней группы углеводородов ряда от С18Н38 при нормальных условиях – твёрдое.

 

Классификация.

 

Природные газы

 

 

Жидкий конденсат представляет из себя смесь большого числа тяжёлых углеводородов, из которых можно выделить бензиновую, лигроиновую, керосиновую фракции (иногда из них можно выделить более тяжёлые масляные фракции).

 

В Астрахани содержание Н2S более 18% при смертельной дозе 2%.

 

Характеристики, определяющие состав газовой смеси:

 

1*. Плотность r=М/22.41 [кг/м3], где М – молекулярная масса.

2*. Состав газовой смеси

может быть охарактеризован массовой или молярной концентрациями.

 

Если задан молярный состав:

Мсм=(у1×М1+…+уn×Мn)/100[%],

где у – молярные доли в %, М – молекулярные массы.

 

Если задан массовый состав:

Мсм=100/(g1/М1+…+gn/Мn),

где g – массовая доля в %, М – молекулярная масса.

 

rсм=Мсм/22.41, где Мсм – молекулярная масса смеси.

 

Состав тяжёлых углеводородных газов можно вычислить по формуле:

Gi=10×gi×rсм=10×уi×ri,

где gi – массовая доля тяжёлого компонента;

rсм– средняя плотность смеси;

уi – молярная доля массового компонента;

ri – плотность тяжёлого компонента.

 

lektsia.com


Смотрите также