كثافة الغازات

تتميز الغازات ، على عكس السوائل ، بكثافة منخفضة. الكثافة الطبيعية للغاز هي كتلة لتر واحد من الغاز عند 0 درجة مئوية وضغط 1 كجم ق / سم 2. تتناسب كتلة جزيء أي غاز مع كثافته.

تتغير كثافة الغاز ، ج ، بما يتناسب مع الضغط وتقاس بنسبة كتلة الغاز م إلى الحجم الخامس الذي يشغله:

لأغراض عملية ، من الملائم توصيف الغازات المختلفة من خلال كثافتها بالنسبة للهواء تحت نفس ظروف الضغط ودرجة الحرارة. نظرًا لأن جزيئات الغازات المختلفة لها كتل مختلفة ، فإن كثافتها عند نفس الضغط تتناسب مع كتلتها المولية.

كثافة الغازات ونسبة كثافتها إلى كثافة الهواء:

قوانين الغاز الأساسية

من خصائص الغازات أنها لا تمتلك حجمًا وشكلًا خاصًا بها ، ولكنها تأخذ الشكل وتحتل حجم الوعاء الذي توضع فيه. تملأ الغازات حجم الوعاء بشكل موحد ، في محاولة للتوسع واحتلال أكبر حجم ممكن. جميع الغازات شديدة الانضغاط. جزيئات الغازات الحقيقية لها حجم ولها قوى جذب متبادلة ، على الرغم من أن هذه الكميات صغيرة جدًا. عادةً ما تستخدم حسابات الغازات الحقيقية قوانين الغاز للغازات المثالية. الغازات المثالية هي غازات شرطية ليس لجزيئاتها حجم ولا تتفاعل مع بعضها بسبب عدم وجود قوى جذابة ، وفي حالة الاصطدام بينها لا تعمل أي قوى أخرى ، باستثناء قوى التأثير المرن. هذه الغازات تتبع بصرامة قوانين بويل - ماريوت ، جاي لوساك ، إلخ.

كلما ارتفعت درجة الحرارة وانخفض الضغط ، كلما اقترب سلوك الغازات الحقيقية من الغازات المثالية. عند الضغط المنخفض ، يمكن اعتبار جميع الغازات مثالية. عند ضغوط تبلغ حوالي 100 كجم / سم 2 ، لا تتجاوز انحرافات الغازات الحقيقية عن قوانين الغازات المثالية 5٪. نظرًا لأن انحرافات الغازات الحقيقية عن القوانين المشتقة من الغازات المثالية عادةً ما تكون ضئيلة ، يمكن استخدام قوانين الغازات المثالية بحرية لحل العديد من المشكلات العملية.

قانون بويل - ماريوت

أظهرت قياسات حجم الغاز تحت تأثير الضغط الخارجي أن هناك علاقة بسيطة بين الحجم V والضغط P ، معبرًا عنه بقانون Boyle-Mariotte: ضغط كتلة (أو كمية) معينة من الغاز عند درجة حرارة ثابتة يتناسب عكسيا مع حجم الغاز:

P1: P2 = V1: V2 ،

حيث Р1 - ضغط الغاز عند الحجم V1 ؛ Р2 - ضغط الغاز عند الحجم V2.

من هذا يتبع ما يلي:

P1 * V1 \ u003d P2 * V2 أو P * V \ u003d const (في t \ u003d const).

تتم صياغة هذا الافتراض على النحو التالي: يكون ناتج ضغط كتلة معينة من الغاز وحجمه ثابتًا إذا لم تتغير درجة الحرارة (أي أثناء عملية متساوية الحرارة).

على سبيل المثال ، إذا أخذنا 8 لترات من الغاز تحت ضغط P = 0.5 كجم / سم 2 وقمنا بتغيير الضغط عند درجة حرارة ثابتة ، فسيتم الحصول على البيانات التالية: عند 1 كجم / سم 2 ، سيشغل الغاز حجمًا من 4 لترات ، عند 2 كجم / سم 2 - 2 لتر ، عند 4 كجم / سم 2 - 1 لتر ؛ عند 8 كجم / سم 2 - 0.5 لتر.

وهكذا ، عند درجة حرارة ثابتة ، تؤدي أي زيادة في الضغط إلى انخفاض في حجم الغاز ، وانخفاض حجم الغاز - إلى زيادة الضغط.

تُستخدم العلاقة بين حجم الغاز والضغط عند درجة حرارة ثابتة على نطاق واسع لإجراء حسابات مختلفة في ممارسة الغوص.

قوانين جاي لوساك وتشارلز

يعبر قانون جاي-لوساك عن اعتماد حجم الغاز وضغطه على درجة الحرارة: عند الضغط المستمر ، يتناسب حجم كتلة معينة من الغاز طرديًا مع درجة حرارته المطلقة:

حيث T1 و T2 هي درجة الحرارة في كلفن (K) ، والتي تساوي درجة الحرارة في ° C + 273.15 ؛ أولئك. 0 درجة مئوية؟ 273 ك 100 درجة مئوية - -373 كلفن ، و 0 درجة مئوية = -273.15 درجة مئوية.

لذلك ، تؤدي أي زيادة في درجة الحرارة إلى زيادة الحجم ، أو بمعنى آخر ، أن التغيير في حجم كتلة معينة من الغاز V يتناسب طرديًا مع التغير في درجة الحرارة t للغاز عند ضغط ثابت (أي في عملية متساوية الضغط). يتم التعبير عن هذا الموقف من خلال الصيغة:

حيث V1 هو حجم الغاز عند درجة حرارة معينة ؛ V0 - الحجم الأولي للغاز عند 0 درجة مئوية ؛ ب - معامل التمدد الحجمي للغاز.

عندما يتم تسخين غازات مختلفة بنفس العدد من الدرجات ، فإن الزيادة النسبية في الحجم هي نفسها لجميع الغازات. المعامل b ثابت لجميع الغازات ، قيمة زيادة الحجم تساوي 1/273 أو 0.00367 درجة مئوية -1. يُظهر معامل التمدد الحجمي للغازات من خلال أي جزء من الحجم مشغول عند 0 درجة مئوية ، يزداد حجم الغاز إذا تم تسخينه بمقدار 1 درجة مئوية عند ضغط ثابت.

تخضع العلاقة بين الضغط ودرجة الحرارة للنمط نفسه ، أي: التغير في ضغط كتلة معينة من الغاز يتناسب طرديًا مع درجة الحرارة عند حجم ثابت (أي في عملية متساوية الصدور: من الكلمات اليونانية "isos" - يساوي و "Horema" - السعة) ، والتي يتم التعبير عنها بالصيغة:

Рt = Р0 (1 + بت) ،

حيث Pt هو ضغط الغاز عند درجة حرارة معينة ؛ P0 - ضغط الغاز الأولي عند 0 درجة مئوية ؛ ب - معامل التمدد الحجمي للغاز.

تم إنشاء هذه العلاقة من قبل ج. تشارلز قبل 25 عامًا من نشر جيه إل جاي لوساك وغالبًا ما يطلق عليها قانون تشارلز. أسس تشارلز أيضًا اعتماد الحجم على درجة الحرارة عند ضغط ثابت.

عندما تنخفض درجة حرارة الغاز ، ينخفض ​​ضغطه ، وعند درجة حرارة -273.15 درجة مئوية ، يكون ضغط أي غاز صفراً. تسمى درجة الحرارة هذه درجة حرارة الصفر المطلق. في هذه الحالة ، تتوقف الحركة الحرارية الفوضوية للجزيئات وتصبح كمية الطاقة الحرارية مساوية للصفر. تسمح التبعيات المذكورة أعلاه ، التي تعبر عن قوانين تشارلز وجاي-لوساك ، بحل المشكلات العملية المهمة في إعداد وتخطيط الغوص تحت الماء ، مثل تحديد ضغط الهواء في الأسطوانات مع تغيرات درجة الحرارة ، والتغير المقابل في احتياطيات الهواء والوقت الذي يقضيه على عمق معين ، وما إلى ذلك. P.

معادلة الغاز المثالية للدولة

إذا كانت العلاقة بين الحجم والضغط ودرجة الحرارة مرتبطة ببعضها البعض وتم التعبير عنها في معادلة واحدة ، فسيتم الحصول على معادلة الغاز المثالية للحالة ، والتي تجمع بين قوانين Boyle - Mariotte و Gay-Lussac. تم اشتقاق هذه المعادلة لأول مرة بواسطة BP Klaiperon عن طريق تحويل المعادلات التي اقترحها أسلافه. معادلة كلابيرون هي أن ناتج ضغط غاز لكتلة وحجم معينين ، مقسومًا على درجة الحرارة المطلقة ، هو قيمة ثابتة ، بغض النظر عن الحالة التي يوجد فيها الغاز. طريقة واحدة لكتابة هذه المعادلة هي:

في هذه الحالة ، يعتمد ثابت الغاز r على طبيعة الغاز. إذا كانت كتلة الغاز عبارة عن مول (جزيء جرام) ، فإن ثابت الغاز R يكون عالميًا ولا يعتمد على طبيعة الغاز. بالنسبة لكتلة غاز تساوي 1 مول ، ستأخذ المعادلة الشكل التالي:

القيمة الدقيقة لـ R هي 8.314510 J mol -1 K-1

إذا لم نأخذ مولًا واحدًا ، ولكن أي كمية من الغاز لها كتلة m ، فيمكن التعبير عن حالة الغاز المثالي بواسطة معادلة Mendeleev-Claiperon ، الملائمة للحسابات ، بالشكل الذي كتبه لأول مرة بواسطة D.I Mendeleev في عام 1874:

أين م هي كتلة الغاز ، ز ؛ M هي الكتلة المولية.

يمكن استخدام معادلة الغاز المثالية للحالة في ممارسة الغوص.

مثال. حدد الحجم المشغول بمقدار 2.3 كجم من الهيدروجين عند درجة حرارة + 10 درجة مئوية وضغط 125 كجم / سم 2

حيث 2300 كتلة الغاز ، ز ؛ 0.082 - ثابت الغاز ؛ 283 - درجة الحرارة T (273 + 10) ؛ 2 - الكتلة المولية للهيدروجين M. ويترتب على المعادلة أن الضغط الذي يمارسه الغاز على جدران الوعاء يساوي:

يختفي هذا الضغط إما عند m> 0 (عندما يختفي الغاز تقريبًا) ، أو عند V>؟ (عندما يتمدد الغاز إلى أجل غير مسمى) ، أو عند T> 0 (عندما لا تتحرك جزيئات الغاز).

معادلة فان دير فال

حتى M. V Lomonosov أشار إلى أن قانون Boyle-Mariotte لا يمكن أن يكون صحيحًا عند الضغوط العالية جدًا ، عندما تكون المسافات بين الجزيئات قابلة للمقارنة مع أحجامها. بعد ذلك ، تم التأكيد تمامًا على أن الانحرافات عن سلوك الغازات المثالية ستكون كبيرة عند ضغوط عالية جدًا ودرجات حرارة منخفضة جدًا. في هذه الحالة ، ستعطي معادلة الغاز المثالية نتائج غير صحيحة دون مراعاة قوى تفاعل جزيئات الغاز والحجم الذي تشغله. لذلك ، في عام 1873 ، اقترح Jan Diederik van der Waals تصحيحين لهذه المعادلة: للضغط والحجم.

قانون أفوجادرو

طرح Avogadro فرضية وفقًا لظروف درجة الحرارة والضغط نفسها ، تحتوي جميع الغازات المثالية ، بغض النظر عن طبيعتها الكيميائية ، على عدد متساوٍ من الجزيئات لكل وحدة حجم. ويترتب على ذلك أن كتلة الأحجام المتساوية من الغاز تتناسب مع وزنها الجزيئي.

بناءً على قانون أفوجادرو ، بمعرفة أحجام الغازات المدروسة ، يمكن للمرء تحديد كتلتها ، والعكس بالعكس ، معرفة حجمها من كتلة الغاز.

قوانين ديناميات الغاز

قانون دالتون. ضغط خليط الغازات يساوي مجموع الضغوط الجزئية (الجزئية) للغازات الفردية التي يتكون منها الخليط ، أي الضغوط التي سينتجها كل غاز بشكل منفصل إذا تم أخذه بنفس درجة الحرارة في الحجم من الخليط.

يتناسب ضغط الغاز الجزئي Pr مع النسبة المئوية C للغاز المعطى والضغط المطلق Rabs لخليط الغاز وتحدده الصيغة:

العلاقات العامة \ u003d Pa6s C / 100 ،

حيث Pr هو الضغط الجزئي للغاز في الخليط ، كجم / سم 2 ؛ C هو محتوى حجم الغاز في الخليط ،٪.

يمكن توضيح هذا القانون من خلال مقارنة مزيج من الغازات في حجم مغلق بمجموعة من الأوزان ذات الأوزان المختلفة الموضوعة على ميزان. من الواضح أن كل من الأوزان ستضغط على الميزان بغض النظر عن وجود أوزان أخرى عليها.

تأثير درجة الحرارة والضغط على كثافة الغاز ، على عكس إسقاط السوائل ، تتميز الغازات بانضغاط كبير وقيم عالية لمعامل التمدد الحراري. يتم تحديد اعتماد كثافة الغاز على الضغط ودرجة الحرارة من خلال معادلة الحالة. يمتلك الغاز المخلخل أبسط الخصائص لدرجة أنه يمكن تجاهل التفاعل بين جزيئاته. هذا غاز مثالي (مثالي) ، حيث تكون معادلة مندليف-كلابيرون صالحة:

تأثير درجة الحرارة والضغط على كثافة الغاز р - الضغط المطلق ؛ R - ثابت الغاز النوعي ، يختلف باختلاف الغازات ، ولكنه مستقل عن درجة الحرارة والضغط (للهواء R = 287 J / (kg K) ؛ T - درجة الحرارة المطلقة. يختلف سلوك الغازات الحقيقية في الظروف البعيدة عن التميع قليلاً فقط في سلوك الغازات المثالية ، وبالنسبة لهم في نطاق واسع ، من الممكن استخدام معادلات حالة الغازات المثالية.

تأثير درجة الحرارة والضغط على كثافة الغاز في الحسابات التقنية ، عادة ما يتم إرجاع كثافة الغاز إلى الظروف الفيزيائية العادية: T = 20 درجة مئوية ؛ ع = 101325 باسكال. بالنسبة للهواء في ظل هذه الظروف ، ρ = 1.2 كجم / م 3. يتم تحديد كثافة الهواء في ظل الظروف الأخرى بالصيغة التالية:

تأثير درجة الحرارة والضغط على كثافة الغاز وفقًا لهذه الصيغة لعملية متساوية الحرارة (T = const): العملية الثابتة الحرارة هي عملية تستمر دون انتقال حرارة خارجي. لعملية ثابت الحرارة ، k = cp / cv هو ثابت ثابت الحرارة للغاز ؛ cp - السعة الحرارية ، الغاز عند ضغط ثابت ؛ السيرة الذاتية - نفس الشيء ، بحجم ثابت.

تأثير درجة الحرارة والضغط على كثافة الغاز من الخصائص المهمة التي تحدد اعتماد التغير في الكثافة مع تغير الضغط في تيار متحرك سرعة انتشار الصوت أ. في وسط متجانس ، يتم تحديد سرعة انتشار الصوت من التعبير: للهواء أ = 330 م / ث ؛ لثاني أكسيد الكربون 261 م / ث.

تأثير درجة الحرارة والضغط على كثافة الغاز نظرًا لأن حجم الغاز يعتمد إلى حد كبير على درجة الحرارة والضغط ، فإن الاستنتاجات التي تم الحصول عليها في دراسة إسقاط السوائل يمكن أن تمتد إلى الغازات فقط إذا كانت تغيرات الضغط ودرجة الحرارة غير مهمة ضمن الظاهرة الواقعة تحت الاعتبار. 3 يمكن أن تحدث اختلافات كبيرة في الضغط ، تسبب تغيرًا كبيرًا في كثافة الغازات ، عندما تتحرك بسرعات عالية. تجعل النسبة بين سرعة الحركة وسرعة الصوت فيها من الممكن الحكم على الحاجة إلى مراعاة الانضغاطية في كل حالة محددة.

تأثير درجة الحرارة والضغط على كثافة الغاز إذا كان السائل أو الغاز يتحرك ، ثم لتقييم الانضغاطية ، فإنهم لا يستخدمون القيمة المطلقة لسرعة الصوت ، ولكن رقم الماخ ، الذي يساوي نسبة سرعة التدفق إلى السرعة من الصوت. М = ν / а إذا كان رقم Mach أقل بكثير من الوحدة ، فيمكن اعتبار السائل أو الغاز المتساقط غير قابل للضغط عمليًا

توازن الغاز عند ارتفاع صغير لعمود الغاز ، يمكن اعتبار كثافته متماثلة على طول ارتفاع العمود: ثم يتم تحديد الضغط الناتج عن هذا العمود بواسطة المعادلة الأساسية للهيدروستاتيكا. عندما يكون عمود الهواء مرتفعًا ، لم تعد كثافته عند نقاط مختلفة كما هي ، لذلك لا تنطبق المعادلة الهيدروستاتيكية في هذه الحالة.

توازن الغاز بالنظر إلى معادلة الضغط التفاضلي في حالة السكون المطلق واستبدال قيمة الكثافة فيه ، فلدينا من أجل دمج هذه المعادلة ، من الضروري معرفة قانون التغير في درجة حرارة الهواء فيما يتعلق بارتفاع الهواء عمودي. لا يمكن التعبير عن التغير في درجة الحرارة بدالة بسيطة للارتفاع أو الضغط ، لذا فإن حل المعادلة يمكن أن يكون تقريبيًا فقط.

توازن الغاز بالنسبة للطبقات الفردية من الغلاف الجوي ، يمكن الافتراض بدقة كافية أن التغير في درجة الحرارة اعتمادًا على الارتفاع (وبالنسبة للمنجم - على العمق) يحدث وفقًا لقانون خطي: ​​T = T 0 + αz ، حيث T و T 0 هي درجة حرارة الهواء المطلقة ، على التوالي ، عند الارتفاع (العمق) z وعلى سطح الأرض تدرج درجة حرارة α يميز التغير في درجة حرارة الهواء مع زيادة الارتفاع (-α) أو العمق (+ α) بمقدار 1 م ، ك / م.

توازن الغاز تختلف قيم المعامل α في مناطق مختلفة على طول الارتفاع في الغلاف الجوي أو على طول العمق في المنجم. بالإضافة إلى ذلك ، فإنها تعتمد أيضًا على ظروف الأرصاد الجوية والوقت من العام وعوامل أخرى. عند تحديد درجة الحرارة داخل طبقة التروبوسفير (أي ما يصل إلى 11000 م) ، عادةً ما يأخذون α = 0.0065 كلفن / م ؛ بالنسبة للمناجم العميقة ، يتم أخذ متوسط ​​قيمة α يساوي 0.004 0.006 كلفن / م رطب - 0.01.

توازن الغاز باستبدال صيغة تغير درجة الحرارة في المعادلة التفاضلية للضغط ودمجها ، نحصل على حل المعادلة بالنسبة لـ H ، واستبدال اللوغاريتمات الطبيعية بأخرى عشرية ، α - قيمتها من المعادلة من خلال درجة الحرارة ، R - قيمة هواء ، يساوي 287 جول / (كجم · ك) ؛ والبديل g = 9.81 م / ث 2.

توازن الغاز نتيجة لهذه الإجراءات ، فإن الصيغة البارومترية H \ u003d 29، 3 (T-T 0) (lg p / p 0) / (lg. T 0 / T) ، وكذلك صيغة تحديد الضغط ، حيث n يتم تحديده من خلال الصيغة

حركة الغاز الثابت في الأنابيب قانون حفظ الطاقة في الشكل الميكانيكي لعنصر طوله dx لأنبوب دائري بقطر d ، بشرط أن يكون التغير في الارتفاع الجيوديسي صغيرًا مقارنة بالتغير في الضغط البيزومتري ، له عملية الشكل مع الأس متعدد الاتجاهات الثابت n = const وبافتراض أن λ = const بعد التكامل ، يتم الحصول على قانون توزيع الضغط على طول خط أنابيب الغاز

حركة الغاز الثابت في الأنابيب

حركة الغاز الثابت في الأنابيب M ω عند n = 1 ، تكون الصيغ صالحة لتدفق ثابت للغاز متساوي الحرارة. يمكن حساب معامل المقاومة الهيدروليكية λ للغاز ، اعتمادًا على رقم رينولدز ، من الصيغ المستخدمة في تدفق السوائل.

عند نقل غازات الهيدروكربون الحقيقية لعملية متساوية الحرارة ، يتم استخدام معادلة الحالة حيث يتم تحديد عامل الانضغاط z لغازات الهيدروكربون الطبيعية من المنحنيات التجريبية أو تحليليًا من معادلات الحالة التقريبية.

ω

الخصائص الفيزيائية للغازات

1. كثافة الغاز -كتلة 1 م 3 من الغاز عند درجة حرارة 0 0 وضغط 0.1 ميجا باسكال (760 ملم زئبق). تعتمد كثافة الغاز على الضغط ودرجة الحرارة. تختلف كثافة الغازات في حدود 0.55 - 1 جم / سم 3.

الاكثر استعمالا الكثافة النسبيةعن طريق الهواء (قيمة بلا أبعاد - نسبة كثافة الغاز إلى كثافة الهواء ؛ في ظل الظروف العادية ، تكون كثافة الهواء 1.293 كجم / م 3).

2. لزوجة الغازات -الاحتكاك الداخلي للغازات التي تحدث أثناء حركتها. إن لزوجة الغازات منخفضة جدًا 1. 10-5 باسكال تضمن هذه اللزوجة المنخفضة للغازات قدرتها العالية على الحركة من خلال الشقوق والمسام.

3. ذوبان الغازات -أحد أهم الخصائص. تخضع قابلية الذوبان للغازات في الزيت أو الماء عند ضغط لا يزيد عن 5 ميجا باسكال قانون هنري، بمعنى آخر. كمية الغاز المذاب تتناسب طرديا مع الضغط ومعامل الذوبان.

عند الضغط العالي ، يتم تحديد قابلية الذوبان في الغاز بالفعل من خلال عدد من المؤشرات: درجة الحرارة ، التركيب الكيميائي ، ملوحة المياه الجوفية ، إلخ. قابلية ذوبان الغازات الهيدروكربونية في الزيوت أكبر 10 مرات من الماء. الغاز الرطب قابل للذوبان في الزيت أكثر من الغاز الجاف. يذوب الزيت الأخف غازًا أكثر من الزيت الثقيل.

4. درجة حرارة الغاز الحرجة. لكل غاز درجة حرارة لا يتحول فوقها إلى حالة سائلة ، بغض النظر عن مدى ارتفاع الضغط ، أي حرج ر(لـ CH 4 ركر = -82.1 0 درجة مئوية). يمكن أن تكون متجانسات الميثان في الحالة السائلة (لـ C 2 H 6 ركر \ u003d 32.2 0 ج ، ج 3 س 8 ركر = 97.0 0 ج).

5. الانتشار- هذه هي الحركة التلقائية للغازات على المستوى الجزيئي في اتجاه تناقص التركيزات.

6. معامل حجم غاز التكوينهي نسبة حجم الغاز في ظروف المكمن إلى حجم نفس الغاز في ظل الظروف القياسية

(T = 0 0 و P = 0.1 ميجا باسكال).

V g \ u003d V g pl / V g st

حجم الغاز في الخزان 100 مرة أقل من الظروف القياسية ، لأن الغاز شديد الانضغاط.

مكثفات الغاز

لا يمكن أن يذوب الغاز في الزيت فحسب ، بل يمكن للزيت أيضًا أن يذوب في الغاز. يحدث هذا في ظل ظروف معينة ، وهي:

1) حجم الغاز أكبر من حجم النفط ؛

2) ضغط 20-25 ميجا باسكال ؛

3) درجة الحرارة 90-95 0 درجة مئوية.

في ظل هذه الظروف ، تبدأ الهيدروكربونات السائلة في الذوبان في الغاز. تدريجيًا ، يتحول الخليط تمامًا إلى غاز. هذه الظاهرة تسمى تبخر رجعي.عندما يتغير أحد الظروف ، على سبيل المثال ، عندما ينخفض ​​ضغط الخزان أثناء التطور ، يبدأ المكثف في الانفصال عن هذا الخليط في شكل هيدروكربونات سائلة. تكوينه: C 5 ، H 12 (بنتان) وما فوق. هذه الظاهرة تسمى تكثيف رجعي.

مكثف الغاز هو الجزء السائل من تراكمات مكثفات الغاز. تسمى مكثفات الغاز بالزيوت الخفيفة ، لأنها لا تحتوي على مواد إسفلتية راتينجية. كثافة مكثفات الغاز 0.65-0.71 جم / سم 3. تزداد كثافة مكثفات الغاز مع العمق ، كما أنها تتغير (تزداد عادة) أثناء التطور.

يميز بين المكثفات الخام والمستقرة.

الخام عبارة عن مرحلة سائلة يتم استخلاصها إلى السطح ، حيث يتم إذابة المكونات الغازية. يتم الحصول على مكثفات الخام مباشرة في أجهزة الفصل الحقلية عند ضغوط الفصل ودرجات الحرارة.

يتم الحصول على مكثفات الغاز المستقر من الغاز الخام عن طريق تفريغه ؛ ويتكون من الهيدروكربونات السائلة (البنتان) وأعلى منها.

هيدرات الغاز

تشكل معظم الغازات هيدرات بلورية مع الماء - المواد الصلبة. تسمى هذه المواد هيدرات الغاز وتتكون في درجات حرارة منخفضة وضغوط عالية وفي أعماق ضحلة. تبدو مثل الجليد السائب أو الثلج. تم العثور على رواسب من هذا النوع في مناطق التربة الصقيعية في غرب وشرق سيبيريا وفي مياه البحار الشمالية.

لم يتم بعد تطوير مشكلة استخدام هيدرات الغاز بشكل كافٍ. يتم تقليل جميع قضايا إنتاج هيدرات الغاز إلى خلق ظروف في الخزان تتحلل بموجبها هيدرات الغاز إلى غاز وماء.

لهذا تحتاج:

1) تقليل الضغط في الخزان ؛

2) زيادة درجة الحرارة.

3) إضافة الكواشف الخاصة.

أنماط وتغيرات خصائص النفط والغاز في الرواسب والحقول

لذلك فهو نتيجة للتغيرات الفيزيائية والكيميائية في الزيوت والغازات التي تحدث تحت تأثير تسرب المياه إلى الترسبات والتغيرات في ضغط ودرجة حرارة الخزان. لذلك ، من أجل التنبؤات المعقولة بالتغيرات في خصائص النفط والغاز في عملية التطوير ، من الضروري أن يكون لديك أفكار واضحة: أ) حول أنماط التغيرات في خصائص النفط والغاز من حيث حجم الرواسب قبل بدء التطوير ؛ ب) حول عمليات التفاعل الفيزيائي والكيميائي للزيوت والغازات مع المياه التي تدخل الخزان (خاصة مع المياه المحقونة ذات التركيب المختلف عن مياه التكوين) ؛ ج) حول اتجاهات حركة السوائل في الخزان نتيجة تشغيل البئر ؛ د) التغيرات في ضغط ودرجة حرارة المكمن خلال فترة تطوير الرواسب. أنماط التغيرات في خصائص النفط والغاز حسب حجم الإيداع.يعتبر التوحيد الكامل لخصائص النفط والغاز المذاب فيه داخل نفس الرواسب ظاهرة نادرة إلى حد ما. بالنسبة لرواسب الزيت ، عادة ما تكون التغييرات في الخصائص منتظمة تمامًا وتتجلى بشكل أساسي في زيادة الكثافة ، بما في ذلك الكثافة البصرية ، واللزوجة ، ومحتوى مواد الإسفلت الراتينجية ، والبارافين والكبريت مع زيادة عمق الخزان ، أي من القبة إلى الأجنحة ومن السقف إلى النعل في طبقات سميكة. عادة لا يتجاوز التغيير الفعلي في الكثافة داخل معظم الرواسب 0.05-0.07 جم / سم 3. ومع ذلك ، في كثير من الأحيان تزداد الكثافة في التدرج وتزداد قيمها المطلقة بشكل حاد بالقرب من ملامسة الزيت والماء. في كثير من الأحيان ، تكون كثافة الزيت فوق الطبقة العازلة ثابتة عمليًا. -صخور كير ، تقل كثافة الزيت مع زيادة العمق ، وتصل إلى الحد الأدنى ، ثم تزداد كلما اقتربت من OWC. الأنماط الموصوفة هي الأكثر شيوعًا للرواسب العالية من الرواسب في المناطق المطوية. السبب الرئيسي لتكوينها هو التمايز الثقالي (التقسيم الطبقي) للزيوت حسب الكثافة داخل الرواسب ، على غرار التقسيم الطبقي للغاز والنفط والماء داخل الخزان. يرتبط التغيير الكبير في خصائص الزيوت في منطقة OWC وفي الأجزاء العلوية من رواسب الزيت المفتوحة بعمليات الأكسدة.

بالنسبة لخزانات مناطق المنصة ذات المستوى المنخفض لتحمل النفط ومنطقة WOC الشاسعة ، يكون التقسيم الطبقي للجاذبية أضعف بكثير ويتم التأثير الرئيسي على التغيير في خصائص الزيت عن طريق العمليات المؤكسدة في المنطقة التي تقع تحت مياه القاع.

بالتزامن مع زيادة كثافة الزيت ، كقاعدة عامة ، تزداد لزوجته ، وينخفض ​​أيضًا محتوى المواد الراتينجية الإسفلتية والبارافين ، كما ينخفض ​​محتوى الغاز وضغط تشبع الغازات المذابة.

على الرغم من نشاط الانتشار العالي للغازات ، فإن تباين تكوينها داخل خزان واحد بعيد كل البعد عن كونه ظاهرة نادرة. يتجلى بشكل أكثر حدة في محتوى المكونات الحمضية - ثاني أكسيد الكربون CO2 وخاصة كبريتيد الهيدروجين H2S. في توزيع كبريتيد الهيدروجين ، عادة ما يتم ملاحظة التقسيم إلى المناطق ، والذي يتم التعبير عنه في تغيير منتظم في تركيزات كبريتيد الهيدروجين فوق المنطقة. عادة لا توجد تغييرات منتظمة واضحة في التركيز على طول ارتفاع الرواسب.

رواسب مكثفات الغاز بدون حافة زيت ذات مستوى منخفض من محتوى الغاز ونسبة منخفضة من مكثفات الغاز ، كقاعدة عامة ، لها تركيبة غاز ثابتة إلى حد ما وتكوينها وإنتاج مكثفاتها. ومع ذلك ، عندما يكون ارتفاع رواسب مكثفات الغاز أكثر من 300 متر ، تبدأ عمليات التقسيم الطبقي الجاذبي في الظهور بشكل ملحوظ ، مما يؤدي إلى زيادة محتوى المكثفات أسفل غمر التكوين ، وخاصة بشكل حاد بالنسبة للترسبات ذات الارتفاع العالي. المستوى الحامل للغاز وحافة الزيت. في هذه الحالة ، يمكن أن يكون محتوى المكثفات في المناطق السفلية من الرواسب أعلى بعدة مرات مما هو عليه في قوس الرواسب. على وجه الخصوص ، تُعرف الأمثلة عندما تكون نسبة الغاز المكثف في آبار الجزء القريب من الماء من الرواسب 180 سم 3 / م 3 ، وبالقرب من ملامسة الغاز والزيت - 780 سم 3 / م 3 ، أي داخل نفس الإيداع ، تغير محتوى المكثف في 4 مرات. تقلبات من 1.5 إلى 2 مرات شائعة في العديد من الحقول ذات المستويات العالية من محتوى الغاز مع مخرج مكثف يزيد عن 100 سم 3 / م 3.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للزيت والمعلمات التي تميزه: الكثافة ، اللزوجة ، الانضغاطية ، المعامل الحجمي. اعتمادهم على درجة الحرارة والضغط

تختلف الخصائص الفيزيائية لزيوت المكمن اختلافًا كبيرًا عن تلك الخاصة بالزيوت السطحية المفرغة من الغاز ، والتي ترجع إلى تأثير درجة الحرارة والضغط والغاز المذاب. يؤخذ التغيير في الخصائص الفيزيائية لزيوت المكمن المصاحب للظروف الديناميكية الحرارية لوجودها في الخزانات في الاعتبار عند حساب احتياطيات النفط والغاز البترولي ، عند تصميم وتطوير وتشغيل حقول النفط.

كثافةيختلف الزيت منزوع الغاز على نطاق واسع - من 600 إلى 1000 كجم / م 3 وأكثر ، ويعتمد بشكل أساسي على تركيبة الهيدروكربون ومحتوى المواد الإسفلتية الراتنجية.

تعتمد كثافة الزيت في ظروف المكمن على كمية الغاز المذاب ودرجة الحرارة والضغط. مع زيادة الضغط ، تزداد الكثافة قليلاً ، ومع زيادة العاملين الآخرين ، فإنها تقل. تأثير العوامل الأخيرة أكثر وضوحا. تزداد كثافة الزيوت المشبعة بالنيتروجين أو ثاني أكسيد الكربون إلى حد ما مع زيادة الضغط.

تأثير كمية الغاز المذاب ودرجة الحرارة أقوى. لذلك ، فإن كثافة الغاز تكون دائمًا أقل من كثافة الزيت المفرغ على السطح. مع زيادة الضغط ، تنخفض كثافة الزيت بشكل كبير ، وهو ما يرتبط بتشبع الزيت بالغاز. تساهم زيادة الضغط فوق ضغط تشبع الزيت بالغاز في بعض الزيادة في كثافة الزيت.

تتأثر كثافة مياه التكوين ، بالإضافة إلى الضغط ودرجة الحرارة والغاز المذاب ، بشدة بملوحة هذه المياه. عندما يكون تركيز الأملاح في ماء التكوين 643 كجم / م 3 تصل كثافتها إلى 1450 كجم / م 3.

معدل الحجم. عندما يذوب الغاز في سائل ، يزداد حجمه. نسبة حجم السائل مع الغاز المذاب فيه في ظروف المكمن إلى حجم نفس السائل الموجود على السطح بعد تفريغه يسمى المعامل الحجمي

ب = V PL / V SOV

حيث V PL هو حجم النفط في ظروف الخزان ؛ V POV - حجم الزيت نفسه عند الضغط الجوي و t = 20 درجة مئوية بعد التفريغ.

نظرًا لأنه يمكن إذابة كمية كبيرة جدًا من غاز الهيدروكربون في الزيت (حتى 1000 م 3 في 1 م 3 من الزيت) ، اعتمادًا على الظروف الديناميكية الحرارية ، يمكن أن يصل المعامل الحجمي للزيت إلى 3.5 أو أكثر. المعاملات الحجمية لمياه التكوين هي 0.99-1.06.

يُطلق على الانخفاض في حجم النفط المستخرج مقارنة بحجم النفط في المكمن ، معبرًا عنه كنسبة مئوية ، اسم "انكماش"

ش = (ب -1) / ب * 100٪

عندما ينخفض ​​الضغط من الخزان الأولي ص 0 إلى ضغط التشبع ، يتغير المعامل الحجمي قليلاً ، لأن يتصرف الزيت مع الغاز المذاب فيه في هذه المنطقة كسائل عادي قابل للانضغاط بشكل ضعيف ، ويتوسع قليلاً مع انخفاض الضغط. مع انخفاض الضغط ، يتم إطلاق الغاز تدريجيًا من الزيت ويقل عامل الحجم. تؤدي زيادة درجة حرارة الزيت إلى تفاقم قابلية ذوبان الغازات ، مما يؤدي إلى انخفاض المعامل الحجمي

اللزوجة.تعتبر اللزوجة من أهم خصائص الزيت. تؤخذ لزوجة الزيت في الاعتبار في جميع الحسابات الهيدروديناميكية تقريبًا المرتبطة بسائل الرفع من خلال الأنابيب ، وغسل الآبار ، ونقل منتجات الآبار من خلال أنابيب الحفر ، ومعالجة مناطق تكوين قاع البئر بطرق مختلفة ، وكذلك في الحسابات المتعلقة بحركة النفط في الخزان.

تختلف لزوجة زيت المكمن اختلافًا كبيرًا عن لزوجة الزيت السطحي ، حيث أنه يحتوي على غاز مذاب في تركيبته ويخضع لظروف ضغوط ودرجات حرارة مرتفعة. مع زيادة كمية الغاز المذاب ودرجة الحرارة ، تقل لزوجة الزيوت.

تؤدي زيادة الضغط تحت ضغط التشبع إلى زيادة GOR ونتيجة لذلك ، إلى انخفاض اللزوجة. تؤدي زيادة الضغط فوق ضغط التشبع لزيت المكمن إلى زيادة اللزوجة

مع زيادة الوزن الجزيئي للزيت ، تزداد لزوجته. أيضًا ، تتأثر لزوجة الزيت بشكل كبير بمحتوى البارافينات والمواد الإسفلتية الراتينجية فيه ، كقاعدة عامة ، في اتجاه زيادتها.

انضغاط الزيت. يتمتع النفط بمرونة ، أي القدرة على تغيير حجمه تحت تأثير الضغط الخارجي. تُقاس مرونة السائل بمعامل الانضغاط ، والذي يُعرَّف بأنه نسبة التغير في حجم السائل إلى حجمه الأصلي مع تغير في الضغط:

β P = ΔV / (VΔP) أين

ΔV هو التغير في حجم الزيت ؛ V هو الحجم الأولي للنفط ؛ ΔP - تغيير الضغط

يعتمد معامل انضغاط زيت المكمن على التركيب ومحتوى الغاز المذاب فيه ودرجة الحرارة والضغط المطلق.

للزيوت منزوعة الغاز معامل انضغاط منخفض نسبيًا ، من (4-7) * 10-10 1 / باسكال ، والزيوت الخفيفة التي تحتوي على كمية كبيرة من الغاز المذاب في تركيبها - حتى 140 * 10-10 1 / باسكال . كلما ارتفعت درجة الحرارة ، زاد عامل الانضغاط.

كثافة.

تُفهم الكثافة عادةً على أنها كتلة مادة موجودة في وحدة حجم. وفقًا لذلك ، يبلغ حجم هذه الكمية كجم / م 3 أو جم / سم 3.

ρ = م / ف

تنخفض كثافة الزيت في ظروف المكمن بسبب الغاز المذاب فيه وارتفاع درجة الحرارة. ومع ذلك ، عندما ينخفض ​​الضغط إلى ما دون ضغط التشبع ، فإن الاعتماد على كثافة الزيت يكون غير رتي ، وعندما يزيد الضغط فوق ضغط التشبع ، يتقلص الزيت وتزداد الكثافة قليلاً.

لزوجة الزيت.

تميز اللزوجة قوة الاحتكاك (المقاومة الداخلية) التي تحدث بين طبقتين متجاورتين داخل سائل أو غاز لكل وحدة سطح أثناء حركتهما المتبادلة.

يتم تحديد لزوجة الزيت بشكل تجريبي على مقياس اللزوجة VVD-U الخاص. يعتمد مبدأ تشغيل مقياس اللزوجة على قياس وقت سقوط كرة معدنية في السائل الذي تم فحصه.

يتم تحديد لزوجة الزيت بالصيغة:

μ = t (ρ w - ρ l) ك

ر - وقت سقوط الكرة ، ق

ρ w و ρ w - كثافة الكرة والسائل ، كجم / م 3

k هو ثابت مقياس اللزوجة

تؤدي زيادة درجة الحرارة إلى انخفاض لزوجة الزيت (الشكل 2. أ). تؤدي زيادة الضغط تحت ضغط التشبع إلى زيادة GOR ونتيجة لذلك ، إلى انخفاض اللزوجة. تؤدي زيادة الضغط فوق ضغط التشبع لزيت المكمن إلى زيادة اللزوجة (الشكل 2. ب).

الحد الأدنى لقيمة اللزوجة يحدث عندما يصبح الضغط في الخزان مساوياً لضغط تشبع الخزان.

انضغاط الزيت

الزيت له مرونة. يتم تقدير الخصائص المرنة للزيت بواسطة عامل انضغاط الزيت. تُفهم انضغاطية الزيت على أنها قدرة السائل على تغيير حجمه تحت الضغط:

β ن = (1)

β n - معامل انضغاط الزيت MPa -1-

V n - الحجم الأولي للزيت ، م 3

∆V - قياس حجم الزيت تحت قياس الضغط ∆Р

يميز معامل الانضغاط التغير النسبي في حجم وحدة الزيت مع تغير الضغط لكل وحدة. يعتمد ذلك على تكوين زيت الخزان ودرجة الحرارة والضغط المطلق. مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد معامل الانضغاط.

معدل الحجم

يُفهم عامل الحجم على أنه قيمة توضح عدد المرات التي يتجاوز فيها حجم الزيت في ظروف المكمن حجم الزيت نفسه بعد إطلاق الغاز على السطح.

في \ u003d V pl / V deg

ج - المعامل الحجمي

V pl و V deg - أحجام الخزان والزيت منزوع الغاز ، م 3

مع انخفاض الضغط من الخزان الأولي p 0 إلى ضغط التشبع (القسم ab) ، يتغير المعامل الحجمي قليلاً ، لأن يتصرف الزيت مع الغاز المذاب فيه في هذه المنطقة كسائل عادي قابل للانضغاط بشكل ضعيف ، ويتوسع قليلاً مع انخفاض الضغط.

مع انخفاض الضغط ، يتم إطلاق الغاز تدريجيًا من الزيت ويقل عامل الحجم. تؤدي زيادة درجة حرارة الزيت إلى تفاقم قابلية ذوبان الغازات ، مما يؤدي إلى انخفاض المعامل الحجمي.