Gustoća plinova

Plinovi, za razliku od tekućina, karakteriziraju niska gustoća. Normalna gustoća plina je masa jedne litre pri 0°C i tlaku od 1 kgf/cm2. Masa jedne molekule bilo kojeg plina proporcionalna je njegovoj gustoći.

Gustoća plina c mijenja se proporcionalno tlaku i mjeri se omjerom mase plina m i volumena V koji zauzima:

Za praktične svrhe, prikladno je karakterizirati različite plinove njihovom gustoćom u odnosu na zrak pod istim uvjetima tlaka i temperature. Budući da molekule različitih plinova imaju različite mase, njihove su gustoće pri istom tlaku proporcionalne njihovim molarnim masama.

Gustoća plinova i omjer njihove gustoće i gustoće zraka:

Osnovni plinski zakoni

Karakteristična osobina plinova je da nemaju svoj volumen i oblik, već se oblikuju i zauzimaju volumen posude u kojoj se nalaze. Plinovi ravnomjerno ispunjavaju volumen posude, nastojeći se proširiti i zauzeti što veći volumen. Svi plinovi su visoko kompresibilni. Molekule realnih plinova imaju volumen i imaju sile međusobnog privlačenja, iako su te količine vrlo beznačajne. U proračunima prema pravi plinovi obično se koristi plinski zakoni za idealne plinove. Idealni plinovi su konvencionalni plinovi čije molekule nemaju volumen i ne djeluju međusobno zbog nepostojanja privlačnih sila, a prilikom sudara između njih ne djeluju nikakve druge sile osim sila elastični udar. Ovi plinovi strogo slijede zakone Boyle - Mariotte, Gay-Lussac itd.

Što je viša temperatura i niži tlak, to ponašanje realnih plinova više odgovara idealnim plinovima. Pri niskim tlakovima svi se plinovi mogu smatrati idealnima. Pri tlakovima od oko 100 kg/cm2 odstupanja realnih plinova od zakonitosti idealnih plinova ne prelaze 5%. Budući da su odstupanja realnih plinova od zakona izvedenih za idealne plinove obično zanemariva, zakoni za idealne plinove mogu se slobodno koristiti za rješavanje mnogih praktičnih problema.

Boyleov zakon - Mariotte

Mjerenja volumena plina pod utjecajem vanjskog tlaka pokazala su da postoji jednostavan odnos između volumena V i tlaka P, izražen Boyle-Mariotteovim zakonom: tlak dane mase (ili količine) plina pri konstantnoj temperaturi obrnut je proporcionalno volumenu plina:

P1: P2 = V1: V2,

gdje je P1 tlak plina u volumenu V1; P2 - tlak plina pri volumenu V2.

Iz toga slijedi da:

P1 * V1 = P2* V2 ili P * V= const (pri t = const).

Ovaj postulat je formuliran na sljedeći način: umnožak tlaka dane mase plina i njegovog volumena je konstantan ako se temperatura ne mijenja (tj. tijekom izotermnog procesa).

Ako, na primjer, uzmemo 8 litara plina pod tlakom P = 0,5 kgf / cm2 i mijenjamo tlak pri konstantnoj konstantnoj temperaturi, tada ćemo dobiti sljedeće podatke: pri 1 kgf / cm2 plin će zauzeti volumen od 4 litara, na 2 kgf / cm2 - 2 litre, na 4 kgf / cm2 - 1l; pri 8 kgf / cm2 - 0,5 l.

Dakle, pri stalnoj temperaturi svako povećanje tlaka dovodi do smanjenja volumena plina, a smanjenje volumena plina dovodi do povećanja tlaka.

Odnos između volumena plina i tlaka pri konstantnoj temperaturi naširoko se koristi za razne proračune u ronilačkoj praksi.

Zakoni Gay-Lussaca i Charlesa

Gay-Lussacov zakon izražava ovisnost volumena i tlaka plina o temperaturi: pri konstantnom tlaku, volumen dane mase plina izravno je proporcionalan njegovoj apsolutnoj temperaturi:

gdje su T1 i T2 temperatura u Kelvinima (K), koja je jednaka temperaturi u °C + 273,15; oni. 0°C? 273 K; 100 °C - -373 K, a 0oK = -273,15 oS.

Posljedično, svako povećanje temperature dovodi do povećanja volumena, ili, drugim riječima, promjena volumena dane mase plina V izravno je proporcionalna promjeni temperature t plina pri konstantnom tlaku (tj. tijekom izobarni proces). Ovaj stav je izražen formulom:

gdje je V1 volumen plina pri danoj temperaturi; V0 je početni volumen plina pri 0°C; b - koeficijent volumetrijske ekspanzije plina.

Pri zagrijavanju raznih plinova na isti broj stupnjeva, relativno povećanje volumena je jednako za sve plinove. Koeficijent b je stalni volumenski prirast za sve plinove, jednak 1/273 ili 0,00367 oC-1. Ovaj koeficijent volumetrijska ekspanzija plinova pokazuje za koji se udio volumena koji zauzima pri 0°C povećava volumen plina ako se zagrije za 1°C pri konstantnom tlaku.

Odnos između tlaka i temperature slijedi isti obrazac, naime: promjena tlaka dane mase plina izravno je proporcionalna temperaturi pri konstantnom volumenu (tj. u izohornom procesu: od grčke riječi“izos” - jednako i “horema” - kapacitet), što se izražava formulom:

Pt = P0 (1 + bt),

gdje je Rt tlak plina pri danoj temperaturi; R0 -- početni tlak plina na 0° C; b - koeficijent volumetrijske ekspanzije plina.

Tu je ovisnost utvrdio J. Charles 25 godina prije objavljivanja J. L. Gay-Lussaca i često se naziva Charlesovim zakonom. Ovisnost volumena o temperaturi pri konstantnom tlaku također je prvi ustanovio Charles.

Kako se temperatura plina smanjuje, njegov tlak opada, a na temperaturi od -273,15 °C, tlak bilo kojeg plina je jednak nuli. Ova temperatura se zove apsolutna nula temperatura. U isto vrijeme, kaotično toplinsko kretanje molekule i količina toplinske energije postaje nula. Zadane ovisnosti, izražavajući Charlesove i Gay-Lussacove zakone, omogućuju rješavanje važnih praktičnih problema u pripremi i planiranju podvodnih ronjenja, kao što je, na primjer, određivanje tlaka zraka u cilindrima pri promjeni temperature, odgovarajuće promjena rezervi zraka i vremena provedenog na određenoj dubini itd. .

Jednadžba stanja idealnog plina

Ako se odnos između volumena, tlaka i temperature poveže i izrazi jednom jednadžbom, tada se dobiva jednadžba stanja idealnog plina, koja kombinira Boyle-Mariotteov i Gay-Lussacov zakon. Ovu je jednadžbu prvi izveo B.P. Clayperon transformirajući jednadžbe koje su predložili njegovi prethodnici. Clayperonova jednadžba je da je umnožak tlaka plina određene mase i njegovog volumena podijeljen s apsolutnom temperaturom konstantna vrijednost koja ne ovisi o stanju u kojem se plin nalazi. Jedan od načina za pisanje ove jednadžbe je:

U tom će slučaju plinska konstanta r ​​ovisiti o prirodi plina. Ako je masa plina mol (gram molekule), tada je plinska konstanta R univerzalna i ne ovisi o prirodi plina. Za plinsku masu jednaku 1 molu, jednadžba ima sljedeći oblik:

Točna vrijednost R je 8,314510 J mol -1 K-1

Ako uzmemo ne 1 mol, već bilo koju količinu plina mase m, tada se stanje idealnog plina može izraziti jednadžbom Mendeleev-Claiperon, pogodnom za izračune, u obliku u kojem ju je prvi zapisao D.I 1874. godine:

gdje je m masa plina, g; M - molekulska masa.

Jednadžba stanja idealnog plina može se koristiti za proračune u ronilačkoj praksi.

Primjer. Odredite volumen koji zauzima 2,3 kg vodika pri temperaturi od + 10 °C i tlaku od 125 kgf/cm2

gdje je 2300 masa plina, g; 0,082 - plinska konstanta; 283 - temperatura T (273+10); 2 je molarna masa vodika M. Iz jednadžbe proizlazi da je tlak kojim plin djeluje na stijenke posude jednak:

Taj tlak nestaje ili kod m > 0 (kad plin gotovo nestaje) ili kod V>? (kada se plin neograničeno širi), ili pri T > 0 (kada se molekule plina ne kreću).

Van der Waalsova jednadžba

Čak je i M. V. Lomonosov istaknuo da Boyle-Mariotteov zakon ne može biti istinit pri vrlo visokim tlakovima, kada su udaljenosti između molekula usporedive s njihovim vlastitim veličinama. Naknadno je u potpunosti potvrđeno da će odstupanja od ponašanja idealnih plinova biti značajna na vrlo visoki pritisci i vrlo niske temperature. U tom će slučaju jednadžba idealnog plina dati netočne rezultate bez uzimanja u obzir međudjelovanja između molekula plina i volumena koji zauzimaju. Stoga je 1873. Jan Diederik van der Waals predložio dvije korekcije ove jednadžbe: za tlak i za volumen.

Avogadrov zakon

Avogadro je iznio hipotezu prema kojoj, pod istim uvjetima temperature i tlaka, svi idealni plinovi bez obzira na njihovu kemijske prirode sadrže po jedinici volumena jednak broj molekule. Iz toga slijedi da je masa jednakih volumena plina proporcionalna njihovoj molekulskoj masi.

Na temelju Avogadrova zakona, znajući volumene plinova koji se proučavaju, možete odrediti njihovu masu i, obrnuto, prema masi plina možete odrediti njegov volumen.

Zakoni plinske dinamike

Daltonov zakon. Tlak mješavine plinova jednak je zbroju parcijalnih (parcijalnih) tlakova pojedinačnih plinova koji čine smjesu, tj. onih tlakova koje bi svaki plin zasebno proizveo kad bi bio uzet pri istoj temperaturi u volumenu mješavina.

Parcijalni tlak plina Pr proporcionalan je postotak Uz zadani plin i apsolutni tlak Rab plinska smjesa a određuje se formulom:

Pr = Pa6s S/100,

gdje je Pr - parcijalni tlak plin u smjesi, kg/cm2; C je volumetrijski sadržaj plina u smjesi,%.

Ilustrirajte ovaj zakon može se učiniti usporedbom mješavine plinova u zatvorenom volumenu sa skupom utega različitih težina postavljenih na vagu. Očito je da će svaki od utega vršiti pritisak na vagu bez obzira na prisutnost drugih utega na njemu.

Utjecaj temperature i tlaka na gustoću plina Plinovi se, za razliku od kapljičnih tekućina, odlikuju značajnom kompresibilnošću i visoke vrijednosti koeficijent toplinsko širenje. Ovisnost gustoće plina o tlaku i temperaturi utvrđuje se jednadžbom stanja. Najjednostavnija svojstva su ona plina koji je toliko razrijeđen da se interakcija između njegovih molekula ne može uzeti u obzir. Ovo je idealan (savršen) plin za koji vrijedi Mendeleev-Clapeyron jednadžba:

Utjecaj temperature i tlaka na gustoću plina p - apsolutni tlak; R - specifična plinska konstanta, različita za različite plinove, ali neovisna o temperaturi i tlaku (za zrak R = 287 J / (kg K); T - apsolutna temperatura. Ponašanje stvarnih plinova u uvjetima daleko od ukapljivanja samo se malo razlikuje od ponašanja savršenih plinova, a za njih se u širokim granicama mogu koristiti jednadžbe stanja savršenih plinova.

Utjecaj temperature i tlaka na gustoću plina U tehničkim proračunima gustoća plina obično se daje kao normalna fizički uvjeti T=20°C; p = 101325 Pa. Za zrak u ovim uvjetima ρ=1,2 kg/m3 Gustoća zraka u ostalim uvjetima određena je formulom:

Utjecaj na gustoću plina temperature i tlaka Prema ovoj formuli za izotermni proces(T = const): Adijabatski proces je proces koji se odvija bez vanjske izmjene topline. Za adijabatski proces k=sr/sv je adijabatska konstanta plina; cp - toplinski kapacitet plina pri stalnom tlaku; cv - isto, pri konstantnom volumenu.

Utjecaj temperature i tlaka na gustoću plina Važna karakteristika koja određuje ovisnost promjene gustoće s promjenom tlaka u pokretnom toku je brzina širenja zvuka a. U homogenom sredstvu brzina širenja zvuka određuje se iz izraza: Za zrak a = 330 m/s; Za ugljični dioksid 261 m/s.

Utjecaj temperature i tlaka na gustoću plina Budući da volumen plina uvelike ovisi o temperaturi i tlaku, zaključci dobiveni iz proučavanja kapljičnih tekućina mogu se proširiti na plinove samo ako se, unutar granica razmatranog fenomena, promjene u tlak i temperatura su beznačajni. 3 Značajne razlike u tlaku, koje uzrokuju značajnu promjenu u gustoći plinova, mogu nastati kada se kreću velikom brzinom. Odnos između brzine gibanja i brzine zvuka u njemu omogućuje prosuđivanje o potrebi uzimanja u obzir kompresivnosti u svakom konkretnom slučaju.

Utjecaj temperature i tlaka na gustoću plina Ako se tekućina ili plin kreće, tada za procjenu kompresibilnosti ne koriste apsolutnu vrijednost brzine zvuka, već Machov broj, jednak omjeru brzine protoka i brzine zvuka . M = ν/a Ako je Machov broj znatno manji od jedinice, tada se kapljica tekućine ili plina može smatrati praktički nestlačivom

Ravnoteža plina Ako je visina plinskog stupca mala, njegovu se gustoću može smatrati jednakom duž visine stupca: tada je tlak koji stvara taj stup određen osnovnom jednadžbom hidrostatike. Na velika nadmorska visina stupac zraka njegova gustoća je razne točke više nije ista, pa hidrostatička jednadžba u ovom slučaju ne vrijedi.

Razmatranje plinske ravnoteže diferencijalna jednadžba tlak za slučaj apsolutnog mirovanja i zamjenu vrijednosti gustoće u njega, imamo Za integraciju ove jednadžbe potrebno je poznavati zakon promjene temperature zraka po visini zračnog stupca. Promjenu temperature nije moguće izraziti jednostavnom funkcijom visine ili tlaka, pa rješenje jednadžbe može biti samo približno.

Plinska ravnoteža Za pojedine slojeve atmosfere može se s dovoljnom točnošću pretpostaviti da se promjena temperature ovisno o visini (a za rudnik - o dubini) odvija prema linearnom zakonu: T = T 0 + αz, gdje su T i T 0 su apsolutna temperatura zraka, odnosno na visini (dubini) z i na površini zemlje α je temperaturni gradijent koji karakterizira promjenu temperature zraka s povećanjem visine (-α) ili dubine (+α) za 1 m, K/m.

Plinska ravnoteža Vrijednosti koeficijenta α različite su u različitim područjima po visini u atmosferi ili dubini u rudniku. Osim toga, oni također ovise o meteorološki uvjeti, doba godine i drugi čimbenici. Pri određivanju temperature unutar troposfere (tj. do 11000 m), obično se uzima α = 0,0065 K/m, za duboki rudnici prosječna vrijednost α uzima se jednakom 0,004÷ 0,006 K/m za suha debla, za mokra debla - 0,01.

Ravnoteža plina Zamjenom formule za promjenu temperature u jednadžbu diferencijalnog tlaka i njezinim integriranjem dobivamo Jednadžba je riješena za H, zamjenom prirodni logaritmi decimala, α - njegova vrijednost iz jednadžbe kroz temperaturu, R - vrijednost za zrak jednaka 287 J/ (kg K); a zamjena g = 9,81 m/s2.

Plinska ravnoteža Kao rezultat ovih radnji dobivamo barometarska formula N = 29, 3(T-T 0)(log p/p 0)/(log. T 0/T), kao i formula za određivanje tlaka gdje se n određuje formulom

RAVNOMERNO KRETANJE PLINOVA U CIJEVIMA Zakon održanja energije u mehanički oblik za element duljine dx okrugle cijevi promjera d, pod uvjetom da je promjena geodetske visine mala u usporedbi s promjenom pijezometrijskog tlaka, ima oblik Ovdje su specifični gubici energije uslijed trenja uzeti prema Darcy-ju Weisbachova formula Za politropski proces s konstantnim politropskim indeksom n = const i pod pretpostavkom da je λ= const nakon integracije dobiva se zakon raspodjele tlaka duž plinovoda.

RAVNOMERNO KRETANJE PLINOVA U CIJEVIMA Za glavne plinovode se stoga može napisati formula za maseni protok

RAVNOMERNO KRETANJE PLINOVA U CIJEVIMA M ω Za n = 1 vrijede formule za ustaljeno izotermno strujanje plina. Koeficijent hidrauličkog otpora λ za plin ovisno o Reynoldsovom broju može se izračunati pomoću formula koje se koriste za protok tekućine.

Pri kretanju pravi ugljikovodični plinovi za izotermni proces koristi se jednadžba stanja gdje se koeficijent stlačivosti z prirodnih plinova ugljikovodika određuje iz eksperimentalnih krivulja ili analitički - iz približnih jednadžbi stanja.

ω

FIZIKALNA SVOJSTVA PLINOVA

1. Gustoća plina – mase 1 m 3 plina pri temperaturi od 0 0 i tlaku od 0,1 MPa (760 mm Hg). Gustoća plina ovisi o tlaku i temperaturi. Gustoća plinova varira u rasponu od 0,55 - 1 g/cm3.

Uobičajeno korišten relativna gustoća zrakom (bezdimenzijska veličina - omjer gustoće plina i gustoće zraka; at normalnim uvjetima gustoća zraka 1, 293 kg/m 3).

2. Viskoznost plinova – unutarnje trenje plinova koje nastaje pri njegovom kretanju. Viskoznost plinova je vrlo niska 1 . 10 -5 Pa.s. Tako niska viskoznost plinova osigurava njihovu veliku pokretljivost kroz pukotine i pore.

3. Topivost plinova – jedan od najvažnija svojstva. Topivost plinova u ulju ili vodi pod tlakom ne većim od 5 MPa podliježe Henryjev zakon, tj. količina otopljenog plina izravno je proporcionalna tlaku i koeficijentu topljivosti.

Pri višim tlakovima topljivost plina određena je brojnim pokazateljima: temperaturom, kemijski sastav, mineralizacija podzemne vode itd. Topljivost ugljikovodičnih plinova u uljima je 10 puta veća nego u vodi. Mokri plin je topljiviji u nafti nego suhi plin. Lakše ulje otapa više plina nego teže ulje.

4. Kritična temperatura plin. Za svaki plin postoji temperatura iznad koje ne prelazi u tekuće stanje, ma koliko visok bio tlak, tj. kritično t(za CH 4 t cr = –82,1 0 C). Homolozi metana mogu se naći u tekuće stanje(za C2H6 t cr = 32,2°C, C3H8 t cr = 97,0°C).

5. Difuzija je spontano kretanje plinova do molekularna razina u smjeru smanjenja koncentracija.

6. Volumetrijski koeficijent ležišnog plina je omjer volumena plina u uvjetima ležišta i volumena istog plina u standardnim uvjetima

(T = 0 0 i P = 0,1 MPa).

V g = V g pl / V g st

Volumen plina u formaciji je 100 puta manji nego u standardnim uvjetima, jer plin je superstlačiv.

PLINSKI KONDENZATI

Ne samo da se plin može otopiti u ulju, već se i ulje može otopiti u plinu. To se događa pod određenim uvjetima, naime:

1) volumen plina je veći od volumena nafte;

2) tlak 20-25 MPa;

3) temperatura 90-95 0 C.

U tim se uvjetima tekući ugljikovodici počinju otapati u plinu. Postupno se smjesa potpuno pretvara u plin. Ova pojava se zove retrogradno isparavanje. Kada se jedan od uvjeta promijeni, na primjer, kada se tlak u ležištu smanji tijekom razvoja, kondenzat u obliku tekućih ugljikovodika počinje se oslobađati iz ove smjese. Njegov sastav: C 5, H 12 (pentan) i više. Ova pojava se zove retrogradna kondenzacija.

Plinski kondenzat je tekući dio nakupina plinskog kondenzata. Plinske kondenzate nazivamo lakim uljima, jer ne sadrže asfaltno-smolaste tvari. Gustoća plinskog kondenzata je 0,65-0,71 g/cm3. Gustoća plinskih kondenzata raste s dubinom, a mijenja se (obično raste) i tijekom razvoja.

Razlikuju se sirovi kondenzat i stabilni kondenzat.

Sirova je tekuća faza ekstrahirana na površinu u kojoj su otopljene plinovite komponente. Sirovi kondenzat dobiva se izravno u terenskim separatorima pri tlakovima i temperaturama separacije.

Stabilni plinski kondenzat dobiva se iz sirovog plina njegovim otplinjavanjem, sastoji se od tekućih ugljikovodika (pentana) i viših.

PLINSKI HIDRATI

Većina plinova stvara kristalne hidrate s vodom - čvrste tvari. Te se tvari nazivaju plinski hidrati i nastaju pri niskim temperaturama, visokim tlakovima i na malim dubinama. Izgledom nalikuju labavom ledu ili snijegu. Naslage ove vrste pronađene su u područjima permafrost Zapadni i Istočni Sibir i u vodama sjevernih mora.

Problem korištenja plinskih hidrata još nije dovoljno razrađen. Sva pitanja proizvodnje plinskih hidrata svode se na stvaranje uvjeta u formaciji pod kojima bi se plinski hidrati razgradili na plin i vodu.

Da biste to učinili potrebno vam je:

1) smanjenje tlaka u ležištu;

2) povećanje temperature;

3) dodavanje posebnih reagensa.

Obrasci i promjene u svojstvima nafte i plina u ležištima i poljima

Dakle, kao rezultat fizikalnih i kemijskih promjena u uljima i plinovima koje nastaju pod utjecajem prodiranja vode u naslage i promjena u ležišnom tlaku i temperaturi. Stoga je za razumne prognoze promjena svojstava nafte i plina tijekom procesa razvoja potrebno imati jasne ideje: a) o obrascima promjena svojstava nafte i plina po volumenu ležišta prije početka razvoj; b) o procesima fizikalne i kemijske interakcije ulja i plinova s ​​vodama koje ulaze u produktivnu formaciju (osobito s utisnutim vodama različitog sastava od slojne vode); c) o smjerovima kretanja fluida u produktivnoj formaciji kao rezultat rada bušotine; d) promjene ležišnog tlaka i temperature tijekom razdoblja razvoja ležišta. Obrasci promjene svojstava nafte i plina prema volumenu ležišta. Potpuna ujednačenost svojstava nafte i plina otopljenih u njemu unutar jednog ležišta prilično je rijedak događaj. Za naftna ležišta promjene svojstava obično su sasvim prirodne i očituju se prvenstveno u povećanju gustoće, uključujući optičku gustoću, viskoznost, sadržaj asfaltno-smolastih tvari, parafina i sumpora s povećanjem dubine formacije, tj. od krovine do krila i od vrha do dna u debelim slojevima. Stvarna promjena gustoće unutar većine naslaga obično ne prelazi 0,05-0,07 g/cm3. Međutim, vrlo često gradijent povećanja gustoće i njezin apsolutne vrijednosti naglo povećati neposredna blizina Gustoća nafte iznad izolacijskog sloja često je konstantna. ulja se smanjuje s povećanjem dubine, doseže minimum, a zatim raste kako se približavate OWC-u. Opisani uzorci najtipičniji su za visoke naslage naslaga u naboranim područjima. Glavni razlog njihova nastanka je gravitacijska diferencijacija (stratifikacija) nafte po gustoći unutar ležišta, slično slojevitosti plina, nafte i vode unutar ležišta. Značajne promjene u svojstvima ulja u OWC zoni iu gornji dijelovi ležišta nafte otvorenog tipa povezana su s oksidativnim procesima.

Za naslage u područjima platforme s niskom naftonosnošću i ekstenzivnom OWC zonom, gravitacijska stratifikacija je znatno slabija, a glavni utjecaj na promjene svojstava nafte imaju oksidacijski procesi u zoni ispod koje se nalazi pridnena voda.

Istodobno s povećanjem gustoće ulja, njegove viskoznosti, u pravilu se povećava sadržaj asfaltno-smolastih tvari i parafina, a smanjuje se sadržaj plina i tlak zasićenja otopljenih plinova.

Unatoč visokoj difuzijskoj aktivnosti plinova, varijabilnost njihovog sastava unutar jednog ležišta daleko je od rijetke pojave. Najoštrije se očituje u sadržaju kiselih komponenti - ugljičnog dioksida CO 2 i posebno sumporovodika H 2 S. Zonalizacija se obično promatra u distribuciji sumporovodika, izražena u pravilnoj promjeni koncentracija sumporovodika na području. Obično nema očitih pravilnih promjena koncentracije duž visine naslaga.

Plinsko-kondenzatna ležišta bez naftnog ruba s niskim sadržajem plina i niskim faktorom kondenzat-plin u pravilu imaju prilično stabilan sastav plina, sastav i prinos kondenzata. Međutim, kada je visina plinsko-kondenzatnog ležišta veća od 300 m, procesi gravitacijske stratifikacije počinju se primjetno manifestirati, što dovodi do povećanja sadržaja kondenzata niz pad formacije, osobito oštro za ležišta s visokim razina sadržaja plina i uljni rub. U tom slučaju sadržaj kondenzata u nižim područjima ležišta može biti nekoliko puta veći nego u krovini ležišta. Konkretno, poznati su primjeri kada je faktor kondenzat-plin u bušotinama privodnog dijela ležišta iznosio 180 cm 3 / m 3, a u blizini kontakta plin-nafta - 780 cm 3 / m 3, tj. jednom depozitu, sadržaj kondenzata varirao je 4 puta. Fluktuacije od 1,5--2 puta uobičajene su za mnoga polja s visoke etaže sadržaj plina kada kondenzat izlazi više od 100 cm 3 /m 3.

Fizikalno-kemijska svojstva ulja i parametri koji ga karakteriziraju: gustoća, viskoznost, kompresibilnost, volumetrijski koeficijent. Njihova ovisnost o temperaturi i tlaku

Fizička svojstva ležišne nafte su vrlo različite od svojstava površinski otplinjenih ulja, što je određeno utjecajem temperature, tlaka i otopljenog plina. Promjene u fizičkim svojstvima formacijskih ulja povezane s termodinamičkim uvjetima njihove prisutnosti u formacijama uzimaju se u obzir pri proračunu rezervi nafte i naftnog plina, tijekom projektiranja, razvoja i rada naftnih polja.

Gustoća rasplinjena nafta varira u širokim granicama - od 600 do 1000 kg/m 3 ili više i ovisi uglavnom o sastavu ugljikovodika i sadržaju tvari asfaltne smole.

Gustoća nafte u ležišnim uvjetima ovisi o količini otopljenog plina, temperaturi i tlaku. S porastom tlaka gustoća malo raste, a s porastom druga dva faktora opada. Utjecaj potonjih faktora je veći. Gustoća ulja zasićenih dušikom ili ugljičnim dioksidom lagano se povećava s povećanjem tlaka.

Jači je utjecaj količine otopljenog plina i temperature. Stoga je gustoća plina u konačnici uvijek manja od gustoće otplinjene nafte na površini. S povećanjem tlaka gustoća nafte značajno opada, što je posljedica zasićenja nafte plinom. Povećanje tlaka iznad tlaka zasićenja nafte plinom doprinosi blagom povećanju gustoće nafte.

Na gustoću formacijskih voda, osim tlaka, temperature i otopljenog plina, snažno utječe i njihov salinitet. Kada je koncentracija soli u slojnoj vodi 643 kg/m 3, njezina gustoća doseže 1450 kg/m 3 .

Koeficijent volumena. Kada se plin otopi u tekućini, njegov volumen se povećava. Omjer volumena tekućine s plinom otopljenim u njoj u uvjetima ležišta i volumena iste tekućine na površini nakon njenog otplinjavanja naziva se volumetrijski koeficijent

b=V PL / V POV

gdje je VPL volumen nafte u uvjetima ležišta; V POV - volumen istog ulja pri atmosferski pritisak i t=20°C nakon otplinjavanja.

Budući da se ulje može vrlo otopiti veliki broj plin ugljikovodika(čak i 1000 ili više m 3 u 1 m 3 nafte), ovisno o termodinamičkim uvjetima, volumetrijski koeficijent nafte može doseći 3,5 ili više. Volumetrijski koeficijenti za slojnu vodu su 0,99-1,06.

Smanjenje volumena prikupljene nafte u usporedbi s volumenom nafte u ležištu, izraženo u postocima, naziva se "skupljanje".

u=(b-1) / b *100%

Kada se tlak smanji od početnog rezervoara p 0 do tlaka zasićenja, volumetrijski koeficijent se malo mijenja, jer nafta s otopljenim plinom u tom se području ponaša kao obična slabo stlačiva tekućina, lagano se šireći s padom tlaka. Kako se tlak smanjuje, plin se postupno oslobađa iz nafte i volumenski omjer se smanjuje. Povećanje temperature ulja pogoršava topljivost plinova, što dovodi do smanjenja volumetrijskog koeficijenta

Viskoznost. Jedan od najvažnije karakteristike ulje je viskoznost. Viskoznost nafte uzima se u obzir u gotovo svim hidrodinamičkim proračunima povezanim s dizanjem tekućine kroz cijevi, ispiranjem bušotina, transportom proizvoda iz bušotine kroz cijevi unutar polja i obradom formacijskih zona u blizini bušotine. razne metode, kao i u proračunima vezanim uz kretanje nafte u ležištu.

Viskoznost ležišne nafte uvelike se razlikuje od viskoznosti površinske nafte, jer sadrži otopljeni plin i nalazi se u uvjetima povišenog tlaka i temperature. S povećanjem količine otopljenog plina i temperature smanjuje se viskoznost ulja.

Povećanje tlaka ispod tlaka zasićenja dovodi do povećanja faktora plina i, kao posljedica toga, do smanjenja viskoznosti. Povećanje tlaka iznad tlaka zasićenja za ležišnu naftu dovodi do povećanja viskoznosti

Uz promociju Molekularna težina Povećava se viskoznost ulja. Također, na viskoznost nafte veliki utjecaj ima sadržaj parafina i asfaltno-smolnih tvari u njoj, obično u smjeru povećanja.

Stišljivost ulja. Ulje ima elastičnost, odnosno sposobnost promjene volumena pod utjecajem vanjskog pritiska. Elastičnost tekućine mjeri se koeficijentom stlačivosti, koji je definiran kao omjer promjene volumena tekućine i njezinog izvornog volumena kada se tlak promijeni:

β P =ΔV/(VΔP) , gdje je

ΔV – promjena volumena ulja; V – početni volumen ulja; ΔP – promjena tlaka

Koeficijent kompresibilnosti ležišne nafte ovisi o sastavu, sadržaju otopljenog plina u njoj, temperaturi i apsolutnom tlaku.

Otplinjena ulja imaju relativno nizak koeficijent kompresibilnosti, reda veličine (4-7) * 10 -10 1/Pa, a laka ulja koja sadrže značajnu količinu otopljenog plina - do 140 * 10 -10 1/Pa. Što je viša temperatura, to je veći koeficijent stlačivosti.

Gustoća.

Gustoća se obično odnosi na masu tvari sadržanu u jedinici volumena. Prema tome, dimenzija ove veličine je kg/m3 ili g/cm3.

ρ=m/V

Gustoća nafte u ležišnim uvjetima opada zbog plina otopljenog u njoj i zbog povećanja temperature. Međutim, kada tlak padne ispod tlaka zasićenja, ovisnost gustoće ulja je nemonotona, a kada tlak poraste iznad tlaka zasićenja, ulje se komprimira i gustoća lagano raste.

Viskoznost ulja.

Viskoznost karakterizira silu trenja ( unutarnji otpor), nastaju između dva susjedna sloja unutar tekućine ili plina po jedinici površine kada se međusobno kreću.

Viskoznost ulja određuje se eksperimentalno pomoću posebnog VVD-U viskozimetra. Princip rada viskozimetra temelji se na mjerenju vremena pada metalne kuglice u tekućinu koja se ispituje.

Viskoznost ulja određena je formulom:

μ = t (ρ w – ρ f) k

t – vrijeme pada kuglice, s

ρ w i ρ w - gustoća kuglice i tekućine, kg/m3

k – konstanta viskozimetra

Povećanje temperature uzrokuje smanjenje viskoznosti ulja (slika 2.a). Povećanje tlaka ispod tlaka zasićenja dovodi do povećanja faktora plina i, kao posljedica toga, do smanjenja viskoznosti. Povećanje tlaka iznad tlaka zasićenja za ležišnu naftu dovodi do povećanja viskoznosti (Sl. 2.b).

Minimalna vrijednost viskoznosti javlja se kada tlak u formaciji postane jednak tlaku zasićenja formacije.

Stišljivost ulja

Ulje ima elastičnost. Elastična svojstva ulja ocjenjuju se koeficijentom stlačivosti ulja. Stlačivost ulja odnosi se na sposobnost tekućine da promijeni svoj volumen pod utjecajem tlaka:

β n = (1)

β n – koeficijent kompresibilnosti ulja, MPa -1-

V n – početni volumen ulja, m3

∆V – mjerenje volumena ulja pod utjecajem mjerenja tlaka ∆R

Koeficijent kompresibilnosti karakterizira relativnu promjenu jedinice volumena ulja s promjenom tlaka po jedinici. Ovisi o sastavu ležišne nafte, temperaturi i apsolutnom tlaku. S povećanjem temperature raste koeficijent kompresibilnosti.

Koeficijent volumena

Volumetrijski koeficijent podrazumijeva vrijednost koja pokazuje koliko puta volumen nafte u ležišnim uvjetima premašuje volumen iste nafte nakon što se plin oslobodi na površini.

u = V pl /V novac

c – volumetrijski koeficijent

Vpl i Vdeg – volumeni ležišta i otplinjene nafte, m3

Kada se tlak smanji od početnog rezervoara p 0 do tlaka zasićenja (segment ab), volumetrijski koeficijent se malo mijenja, jer nafta s otopljenim plinom u tom se području ponaša kao obična slabo stlačiva tekućina, lagano se šireći s padom tlaka.

Kako se tlak smanjuje, plin se postupno oslobađa iz nafte i volumenski omjer se smanjuje. Povećanje temperature ulja pogoršava topljivost plinova, što dovodi do smanjenja volumetrijskog koeficijenta.