Уравнения состояния природных газов

Уравнением состояния называется аналитическая зависимость между термодинамическими параметрами, описывающими поведение вещества. В качестве таких параметров используются: давление , температура и плотность ρ.

Уравнение состояние идеального газа

. (3.19).

Идеальный газ — это газ в котором можно пренебречь объёмом молекул и взаимодействием их между собой

Подходы в описании уравнений состояния реальных газов:

- в уравнение реального газа вводится один коэффициент , который учитывает отклонение данных газов от идеального и называется коэффициентом сверхсжимаемости, а само модифицированное уравнение называют обобщённым газовым законом;

- получают эмпирические уравнения состояния с числом параметров больших двух.

3.3.2. Обобщённое уравнение состояния

. (3.20)

Коэффициент сверхсжимаемости является функцией приведенных значений давления , температуры и для тяжелых углеводородов С₅₊ — ацентрического фактора ω.

Ацентрический фактор — учитывает нецентричность сил притяжения и рассчитывается по формуле Эдмистера:

, (3.21)

где отношение критической температуры к температуре кипения можно определить по формуле Гуревича (до С₇, включительно)

, (3.22)

где 540 ≤ T_кр ≤ 775 К, 372 ≤ T_пр ≤ 625 К, для смесей газов , 0 < ω < 0,4.

Коэффициент сверхсжимаемости определяется графически (рис. 7) или приближенно аналитически.

График действителен для газа, не содержащего значительных количеств неуглеводородных компонентов. Большую часть неуглеводородных компонентов составляет азот. Поэтому коэффициент сжимаемости газа можно рассчитать по правилу аддитивности:

, (3.23)

где у_а – мольная доля азота, z_а – коэффициент сжимаемости азота, z_у - коэффициент сжимаемости углеводородной части газа.

Для определения величин z_а используются специальные графики (рис. 8).

Зная коэффициент сверхсжимаемости (z) и объём, занимаемый газом при нормальных условиях, можно оценить его объём при пластовых условиях по закону Бойля–Мариотта:

. (3.24)

Рис. 7. Зависимость коэффициентов сверхсжимаемости природных газов от приведенного давления

Рис. 8. Зависимость коэффициента сжимаемости азота z_а от давления и температуры

Отношение объёма газа при пластовых условиях (V_пл.) к объёму газа при нормальных условиях (V_o) называется объёмным коэффициентом (b) газа:

. (3.25)

Объёмный коэффициент газа используется при пересчёте объёма, занимаемого газом при нормальных условиях на пластовые условия и наоборот, например, при подсчёте запасов.