天然氣的高壓物性課件

天然氣的高壓物性

一、天然氣的視相對分子量和相對密度1.天然氣的視相對分子量(平均相對分子量)

標(biāo)準狀況下1摩爾天然氣的質(zhì)量。

定義：根據(jù)Kay混合規(guī)則：Mi——天然氣組分i的相對分子量,g/mol,或kg/kmol。Mg——天然氣的視相對分子量,g/mol,或kg/kmol；yi——天然氣的組分i摩爾分數(shù),小數(shù)；2.天然氣的相對密度定義：在標(biāo)準狀態(tài)下,天然氣密度與干燥空氣密度的比值。ρa——干燥空氣的密度,kg/m3。γg——天然氣的相對密度；ρg——天然氣的密度,kg/m3；Ma——干燥空氣的摩爾質(zhì)量,kg/mol。Mg——天然氣的摩爾質(zhì)量,kg/mol；二、天然氣的臨界參數(shù)視臨界參數(shù)為：Tci——天然氣組分i的臨界溫度,(273+t)°K。——天然氣的視臨界壓力(絕),MPa；——天然氣的視臨界溫度,(273+t)°K；yi——天然氣組分i的摩爾分數(shù)；pci——天然氣組分i的臨界壓力(絕),MPa；2.Kay法則1.實驗方法3.經(jīng)驗公式方法干氣濕氣含有CO2、N2和H2S氣體：1970年Thomas等人發(fā)表了二次方程式：使用條件：H2S含量＜3%,N2含量<5%,或非烴含量少于7%。干氣濕氣表1.3.2天然氣常見組分的主要物理化學(xué)性質(zhì)組分分子式相對分子質(zhì)量臨界溫度(K)臨界壓力(MPa)沸點℃(0.101325MPa)甲烷CH416.043190.554.604-161.52乙烷C2H630.070305.434.880-88.58丙烷C3H844.097369.824.249-42.07丁烷n-C4H1058.124425.163.797-0.49異丁烷i-C4H1058.124408.133.648-11.81正戊烷n-C5H1272.151469.63.36936.06異戊烷i-C5H1272.151460.393.38127.84已烷C6H1486.178507.43.01268.74庚烷C7H16100.205540.22.73698.42氦He4.0035.20.277-268.93氮N228.013126.13.399-195.80氧O231.999154.75.081-182.962氫H22.01633.20.297-252.87二氧化碳CO244.010304.147.382-78.51一氧化碳CO28.010132.923.499-191.49硫化氫H2S34.076373.59.005-60.31水汽H2O18.015647.322.118100.00三、天然氣的偏差因子方程理想氣體的假設(shè)條件：1.氣體分子無體積，是個質(zhì)點；2.氣體分子間無作用力；3.氣體分子間是彈性碰撞；理想氣體狀態(tài)方程：天然氣處于高溫、高壓狀態(tài)多組分混合物，不是理想氣體偏差因子偏差因子：一定溫度和壓力條件下，一定質(zhì)量氣體實際占有的體積與在相同條件下理想氣體占有的體積之比。實際氣體的狀態(tài)方程：Z<1實際氣體較理想氣體易壓縮Z>1實際氣體較理想氣體難壓縮Z＝1實際氣體成為理想氣體偏差因子Z的物理意義：實際氣體與理想氣體的差別。則：若：p=0.101325MPa，T=Tsc=293KZ=1，偏差因子Z的求?。?1)實驗方法直接測定缺點：測試過程冗長,測得的結(jié)果應(yīng)用范圍有限。甲烷的偏差因子等溫線對應(yīng)狀態(tài)定律：在相同的對應(yīng)溫度和對應(yīng)壓力下，所有的純烴氣體具有相同的壓縮因子。(2)SK圖版法(Standing和Katz圖版)1941年（Pottman和Carpenter函數(shù)表

1952年）適用條件：組分間化學(xué)性質(zhì)差異不大的混合氣體。p、T――為油藏壓力和油藏溫度。――為天然氣的對應(yīng)壓力和對應(yīng)溫度。

求Z步

驟：(1)求天然氣的視臨界參數(shù)；(2)求視對應(yīng)參數(shù)；(3)查SK圖版，得Z。H2S和CO2校正：ε——

視臨界溫度校正系數(shù)。Tc——用Kay混合法則計算的天然氣的視臨界溫度,K；pc——用Kay混合法則計算的天然氣的視臨界壓力,MPa；Tc’——校正后的視臨界溫度,K；pc’——校正后的視臨界壓力,MPa；A——天然氣中H2S和CO2摩爾分數(shù)之和；B——天然氣中H2S摩爾分數(shù)；非烴組分校正含氮：T＝21～138℃，p＝1～34MPa時，C＝1.00～1.04C——疊加體積校正系數(shù),它決定于氮氣的濃度、溫度和壓力。Z’N——含氮氣的天然氣偏差因子；Zg——純烴氣體偏差因子；ZN——氮氣的偏差因子；yN——含氮天然氣中氮氣的摩爾分數(shù)；Z——含氮天然氣的偏差因子；4)從SK圖版或Poettman－Carpenter函數(shù)表查得Z值；SK方法確定天然氣偏差因子的條件和步驟已知條件：1)天然氣組成或相對密度；2)SK圖版或Poettman－Carpenter函數(shù)表；3)天然氣的狀態(tài)參數(shù)p、T。計算步驟：1)由Kay方法、經(jīng)驗公式等求天然氣的視臨界參數(shù)pc,Tc；2)若非烴（CO2、H2S）含量大于5%,校正視臨界參數(shù)；3)由公式和狀態(tài)參數(shù)p、T,計算視對應(yīng)參數(shù)pr,Tr；5)如果含N2且含量大于5%,校正偏差因子。(3)直接計算方法Hall和Yarborugh方法(1973)Dranchuk、Durvis、Robinson方法(1974)Gopal方法(1977)四、天然氣的等溫壓縮系數(shù)

定義：在等溫條件下單位體積氣體隨壓力變化的體積變化值。(或：在等溫條件下氣體隨壓力變化的體積變化率.)V——氣體體積,m3；Cg——氣體壓縮系數(shù),1/MPa；——溫度為T時氣體體積隨壓力的變化率，m3/Mpa；負號說明氣體壓縮系數(shù)與壓力變化的方向相反。

實際氣體：理想氣體：高壓下：P↗，Z↗則：則：低壓下：P↗，Z↘應(yīng)用對應(yīng)狀態(tài)原理：或視對應(yīng)壓縮系數(shù)五、天然氣的體積系數(shù)

定義：地面標(biāo)準狀態(tài)下單位體積天然氣在地層條件下的體積。Vg——地層條件下nmol氣體的體積,m3；Vsc——地面標(biāo)準狀態(tài)下nmol氣體的體積,m3；Bg——天然氣的體積系數(shù),m3/m3(標(biāo))。膨脹系數(shù)T=273+tPsc=0.101325MPaTsc=273+20℃六、天然氣的粘度1.定義牛頓內(nèi)摩擦定律τxy——剪切應(yīng)力,N/m2；ux——在施加剪切應(yīng)力方向上的流體速度,m/s；

ux/

y——在與x垂直的y方向上的速度ux梯度,1/s；μ——動力粘度,也稱絕對粘度,Ns/m2(帕秒)。運動粘度ρ——氣體的密度,kg/m3；μ——動力粘度,Pa﹒s；ν——運動粘度,m2/s。動力粘度絕對粘度2.烴類氣體粘度的計算(1)低壓氣體混合物粘度計算方法已知氣體混合物的組成,可用下面公式計算對比壓力小于0.6時地層溫度下的氣體粘度：φij—組分i與組分j的結(jié)合因子,用Mi/Mj(Mi,Mj—組分i、j的分子量)比值,由結(jié)合因子圖查得。

m—混合物粘度,mPa﹒s；

i—組分i的粘度,mPa﹒s；n—混合物的組分數(shù)；xi—組分i摩爾分數(shù)；xj—組分j摩爾分數(shù)；API推薦的計算結(jié)合因子的公式：HerningF和ZippererL計算

低壓混合物粘度方法：(2)高壓氣體混合物粘度計算方法臨界溫度以上的任一壓力；低于臨界溫度時,則可用飽和壓力。適用條件：粘度對比參數(shù)

—粘度,mPa﹒s；

*—低壓下氣體粘度,mPa﹒s；

r—對應(yīng)密度,ρ/ρc；

—氣體密度,kg/m3；

c—氣體臨界密度,ρc=1/Vc,kg/m3；Vc—氣體臨界體積,m3/kg；Tc—天然氣視臨界溫度,K；Mg—天然氣視分子量；Pc—天然氣視臨界壓力,MPa。

粘度對比參數(shù)法：(4)計算氣體混合物粘度。計算步驟：(1)確定氣體混合物的視臨界參數(shù)和氣體分子量Mg；(2)求低壓下氣體混合物粘度；(3)計算粘度對比參數(shù)λ；無因次氣體粘度與對應(yīng)參數(shù)圖版方法（HerningF.和ZippererL.(1939)）(4)由

g1×［

/

g1］,求

。(1)由公式計算1個大氣壓、給定溫度下的氣體粘度

g1；求取混合物粘度步驟：(2)確定氣體的視對應(yīng)壓力、溫度；(3)查圖版,求［

/

g1］；1.