СОСТАВ И СВОЙСТВА ПРИРОДНЫХ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ

Газы нефтяных и газовых месторождений – это горючие газы. Они состоят из углеводородов: метана СН4, этана С2Н6, пропана С3Н8, бутана С4Н10, пентана С5Н12 и гептана С7Н16. Это – ближайшие гомологи метана.

Кроме углеводородов встречаются азот N2, углекислый газ СО2, иногда сероводород Н2S. Довольно часто, но в очень небольших количествах в природном газе имеются сопутствующие инертные газы: гелий Не, аргон Ar, ксенон Хе и др.

Газ, состоящий преимущественно из метана и этана и содержащий мало пропана и бутана, называют сухим или бедным.

Газ, в котором кроме метана СН4 и этана С2Н6 имеются пропан С3Н8, бутан С4Н10, пентан С5Н12, гексан С6Н14,, гептан С7Н16 и др., называют жирным или богатым. Точной границы между ними нет.

Для газов нефтяных месторождений характерно преобладание тяжелых углеводородов от 0,4 до 40-50%. Содержание метана обычно 30-90%. Тяжелые углеводороды в газах – это все углеводороды с удельным весом, превышающим удельный вес этана.

Удельный вес газа определяется отношением веса единицы объема газа по отношению к весу одинакового объема сухого атмосферного воздуха, удельный вес которого принимают 1,0 при температуре 0°С и давлении 760 мм рт. ст.

Чем больше удельный вес газа, тем богаче газ тяжелыми углеводородами. Наоборот, небольшой удельный вес указывает на обилие в газе метана.

Плотность – масса вещества в единице объема в кг/м3
или г/см 3.

Плотность газа. 1 грамм-молекула любого газа при нормальных условиях (температура 0°С и давление 0,1 МПа) занимает 22,412 л, т.е. в 1 м3 любого газа содержится 44,6 моля. Обычно пользуются относительной плотностью газа по воздуху.

При температуре 0°С и давлении 0,1 МПа, масса 1 м3 воздуха составляет 1,293 кг.

Относительная плотность метана – 0,555; этана – 1,046; пропана – 1,547; бутана – 2,074; углекислого газа – СО2 – 1,519; сероводорода – 1,176 и т.д.

Для каждого газа существует определенная тепловая граница – наивысшая температура, выше которой газ не переходит в жидкое состояние, как бы велико ни было давление.

Точно так же для каждого газа существует предельное давление, ниже которого, как бы ни была низка температура, газ не переходит в жидкое состояние.

Эти предельные температуры и давления приводятся ниже и называются критическими.

Учитывая, что в условиях месторождений нефть и газ залегают обычно под давлением 20-14 атм. при температуре 30-90°С, можно сделать вывод, что из этих углеводородов только метан будет находиться в газообразном состоянии, остальные углеводороды будут представлены их парами.

Таблица

Газ

Молекулярная масса

Температура кипения при 760 мм рт ст.

Температура критическая, °С

Критиче-ское давление, мПа

Плотность по воздуху

Метан СН4

16,04

-161,5

-82,5

4,58

0,554

Этан С2Н6

30,07

-88,3

32

4,87

1,038

Пропан С3Н8

44,10

-42,2

96

4,24

1,522

Бутан С4Н10

58,12

-0,5

153

3,64

2,00

Пентан С5Н12

72,15

36,1

196

3,36

2,49

Гексан С6Н14

86,17

68,9

234,5

2,73

2,97

Гептан С7Н16

100,2

98,4

266,8

2,64

3,4

Октан С8Н18

114,2

125,6

295,7

2,42

Теплота сгорания – это количество тепла, которое выделяется при сгорании 1 м3 газа.

Наибольшая теплота сгорания свойственна более жирным газам. Так, для метана она равна 8000 кал/м3; этана – 15680; бутана – 29000 кал /м3.

Газы обладают способностью сокращаться на 1/273 часть своего объема при температуре 0°С при каждом понижении температуры на 1°С, если только давление остается постоянным.

Расширение газа будет в таком же соотношении при повышении температуры. Значит, при температуре -273°С газ не имел бы объема. Такая температура называется абсолютным нулем.

Однако, практически все газы превращаются в жидкости или твердые тела, прежде чем эта температура будет достигнута.

Растворимость газов в нефти зависит от температуры, давления и свойств растворителя, состава газа.

Растворимость газа в нефти измеряется количеством газа в кубических метрах на 1 м3 или 1 т товарной нефти при давлении 0,1 МПа и температуре 20°С.

Растворимость увеличивается при росте давления и снижается при повышении температуры и увеличении молекулярной массы и плотности нефти, а также с возрастанием доли нафтеновых и ареновых соединений.

Коэффициентом растворимости называют количество газа, растворяющегося в единице объема или массы нефти при увеличении давления на единицу.

В качестве критерия оценки фазового состояния пластовой системы можно условно принять, что в газовой залежи приходится свыше 1000 объемов газа на 1 объем жидкости, в нефтяной с растворенным газом – менее 1000 объемов.

Отношение объема газа к объему или массе добываемой с ним жидкости называется газовым фактором.

При глубине 2000 м, т.е. давлении 21-22 МПа, растворимость газа будет примерно 200 м33, при глубине 1200 м – около
60 м33. Это усредненное соотношение газа и нефти в пласте.
В реальных залежах оно может существенно отличаться в большую или меньшую сторону.

Нефть может быть предельно насыщена газом, т.е. количество газа в объеме нефти равно его растворимости при данных температурах и давлении, или недонасыщена им. В первом случае пластовое давление равно давлению насыщения нефти газом. При его снижении (например в результате разработки) часть газа выделится в свободную фазу, а в газонефтяном растворе установится равновесие при новом, более низком пластовом давлении (давлении насыщения) и новой более низкой газонасыщенности нефти.

Гидратообразование. Наличие в газе воды обуславливает при определенной температуре и давлении образование кристаллогидратов углеводородных газов. Гидраты газов представляют собой кристаллические соединения. Это твердые растворы, где растворителем является вода.

Гидраты имеют эмпирические формулы: для метана – СН4•7Н2О; этана – С2Н6•8Н2О ; пропана – С3Н8•18 Н2О и др. Для каждого углеводорода характерна максимальная температура (критическая температура гидратообразования), выше которой нельзя вызвать образование гидратов никаким повышением давления. Для метана она равна 21,5°С; этана – 14,5°С; пропана – 5,5°С; бутана – 1,4°С.

Чем тяжелее углеводородный газ, тем легче он образует гидраты, но начиная с пентана углеводороды гидратов не образуют.

Гидратообразование происходит не только в процессе эксплуатации и транспорта газа, но и в пористой среде осадочного чехла с формированием гидратных залежей. Гидратообразование приурочено к районам распространения многолетних мерзлых пород, где глубина промерзания горных пород достигает 500-700 м и более. Внешне газовые гидраты похожи на лёд или снег.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector