Природные газы залежей. Состав и физико-химические свойства

Природные газы - многокомпонентные системы, являющиеся постоянными спутниками нефти, это вещества, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии.

Химический состав газов – природные УВ газы представлены метаном с той или иной примесью его более тяжелых гомологов: этана, пропана, бутана, в очень небольшом количестве присутствует пентан, гексан и пары жидких УВ. В газах помимо УВ в виде примесей содержатся углекислый газ, азот. Соотношение метана и его гомологов и неУВ примесей может сильно меняться в зависимости от геохимических условий генерации газов. Для характеристики УВ состава газа применяют коэффициент сухости - отношение % содержания метана к сумме его гомологов. Природный газ: УВ-ые газы (С₂-С₆) и углекислые газы (СО₂) и азотные.

Физические свойства природных газов:

Плотность газа (ρ,кг/м3)-масса единицы объема газа или отношение молекулярной массы газа - М к объему моля-22,4. Относительная плотность газа(по воздуху)- отношение плотности газа к плотности воздуха(1,293 кг/м³).

Удельный объем газа - величина, обратная плотности.

Удельный вес (γН/м³)-вес единицы объема γ=ρg, g-ускорение свободного падения. Теплота сгорания – количество тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 м³ газа. В среднем при сгорании газ выделяет 35160 кДж/м³.

Вязкость - свойство жидкостей и газов, характеризующих сопротивляемость скольжению или сдвигу одной их части относительно другой. Вязкость газа на два порядка меньше вязкости жидкости (газ очень подвижный), именно по этой причине при разработке газовых месторождений расстояние между скв.1-2 км, а нефтяных - 400-500м.

Коэффициент динамической вязкости m характеризует силы взаимодействия между молекулами газа, которые преодолеваются при его движении.

Основной единицей вязкости в системе СИ является паскаль-секунда (Па*с). В нефтепромысловой практике вязкость измеряют в пуазах (П) или сантипуазах (сП). 1сП = 0,01 П= 0,001 Па*с.

Коэффициент кинематической вязкости. В расчетах наряду с абсолютной вязкостью газа применяют кинематическую вязкость n, равную абсолютной вязкости, деленной на плотность газа: n=m/r.

Единицей кинематической вязкости является квадратный метр на секунду (м²/с) или квадратный миллиметр на секунду (мм²/с) 1 мм²/с = 10^-6 м²/с.

В нефтепромысловой практике кинематическую вязкость измеряют в стоксах (Ст) или сантистоксах (сСт) 1 Ст = 10^-4 м²/с; 1 сСт = 10^-6 м²/с = 1 мм²/с.

При пересчетах абсолютной вязкости газа в кинематическую значения плотности r или удельного веса g берутся при рассматриваемых давлениях и температурах.

Учет влияния на вязкость азота - .

Теплоемкостью С называют количество теплоты, необходимое для нагревания единицы массы или объема вещества на 1° С.

Удельная теплоемкость - отношение теплоёмкости к единице количества газа.

Для газов обычно различают теплоемкости при постоянном объеме С_v и постоянном давлении С_p. С_v связана с процессом, характеризующимся тем, что при неизменности объема вся энергия, сообщаемая газу в форме теплоты, затрачивается на увеличение внутренней энергии газа. С_p связана с процессом, характеризующимся тем, что, нагревая тело, предоставляют ему возможность расширяться при неизменном давлении. Таким образом, часть сообщенной телу теплоты идет на производство работы расширения. Поэтому С_p > С_v.

Для идеальных газов между С_p и С_v существует следующее соотношение

С_p = С_v + R, где R — газовая постоянная.

В области давлений, где газы считаются идеальными, значения теплоемкостей постоянны. Однако для реальных газов значения теплоемкости изменяются в зависимости от давления и температуры.

Гидратообразование. Наличие в газах воды обуславливает при низком Р и Т образование гидратов УВ газов. Это твердые растворы, в которых растворителем является вода, а в полости ее молекулярного каркаса внедряются молекулы газа. Сероводород образует гидрат при t 0-15С и давлении 0,1-0,5 МПа. Природные газы в виде гидратов встречаются в верхних зонах г.п.

Основные законы газового состояния. Различают 2 формы состояния УВ газов – свободное (в залежах) и растворенное (в нефтях и подземных водах). Свободные УВ газы могут находиться в чисто газовых залежах и в газовых шапках над нефтяными залежами. Физические свойства газа обуславливают его способность перемещаться по пористым и трещиноватым г.п., а также диффундировать через плотные породы. Газы часто передвигаются в земной коре в растворенном состоянии в воде. По пути миграции они сорбируются породами и в то же время под действием температуры и давления снова могут стать свободными.

Классификация.

Природные газы встречаются в 4 формах (по Рылькову):

1) Свободное состояние

2) Растворенное состояние:

a. Нефтерастворенные

b. Водорастворенные

3) Газосорбированные

4) Твердые углеводородные газы – газогидраты

По морфологическим признакам Вернадским в 1912г. были выделены следующие группы:

1)газы свободные (в том числе атмосферные),

2)газы, содержащиеся в порах горных пород,

3)газовые струи,

4)газовые испарения,

5)жидкие растворы газов (газы океанов),

6)твердые растворы газов (газы, адсорбированные горными породами).

По хим. составу Вернадский природные газы разделил на:

1)газы земной поверхности,

2)газы, связанные с высокой температурой,

3)газы, проникшие в земную кору.

Белоусов подразделял газы на:

1)газы биохимического происхождения,

2)газы воздушного происхождения,

3)газы, обусловленные природными процессами химических реакций,

4)газы радиоактивного происхождения.

Природные газы подразделяют на три группы:

1. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они представляют собой сухой газ, практически свободный от тяжелых углеводородов.

2. Газы, добываемые вместе с нефтью. Это физическая смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции (сжиженного газа) и газового бензина.

3. Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений. Они состоят из сухого газа и жидкого углеводородного конденсата. Углеводородный конденсат состоит из большого числа тяжелых углеводородов, из которых можно выделить бензиновые, лигроиновые, керосиновые, а иногда и более тяжелые масляные фракции. Кроме того, присутствуют N₂, СО₂, H₂S, Не, Аr и др.

Искусственные газы получают из твердых топлив (горючие сланцы, бурый уголь) в газогенераторах, ретортах, тоннельных и прочих печах при высоких температурах, а иногда и при повышенных или высоких давлениях.