НЕФТЯНЫЕ ГАЗЫ И ИХ СВОЙСТВА

Газы, добываемые из нефтегазовых залежей вместе с нефтью, называют нефтяными газами. Они представляют собой смесь углеводородов — метана, пропана, бутана, пентана и др. Самый легкий из всех углеводородов — метан; в газах, добы­ваемых из нефтяных и газовых месторождений, метана содер­жится от 40 до 95 %.

Одной из основных характеристик углеводородных газов яв­ляется относительная плотность, под которой пони­мают отношение массы объема данного газа к массе такого же объема воздуха при нормальных условиях. Относительная плот­ность нефтяных газов колеблется от 0,554 для метана до 2,49 для пентана и выше. Чем больше в нефтяном газе легких угле­водородов — метана СН₄ и этана C₂H₆ (относительная плот­ность— 1,038), тем легче этот газ. При нормальных условиях метан и этан находятся в газообразном состоянии. Следующие за ними по относительной плотности пропан — С₃Н₈ (1,522) и бутан — С₄Н₁₀ (2,006) также относятся к газам, но легко пере­ходят в жидкость даже при небольших давлениях.

В зависимости от преобладания в нефтяных газах легких (метан, этан) или тяжелых (пропан и выше) углеводородов газы разделяются на сухие и жирные. Сухим газом назы­вают природный газ, который не содержит тяжелых углеводоро­дов или содержит их в незначительных количествах. Жирным газом называют газ, содержащий тяжелые углеводороды в та­ких количествах, когда из него целесообразно получать сжижен­ные газы или газовые бензины.

На практике принято считать жирным газом такой, в 1 м³ которого содержится более 60 г газового бензина. При меньшем содержании газового бензина газ называют сухим. С тяжелыми нефтями добывают преимущественно сухой газ, состоящий главным образом из метана.

В нефтяных газах, кроме углеводородов, содержатся в не­значительных количествах углекислый газ, сероводород и др.. Состояние газа характеризуется давлением р, температурой Т и объемом V. Соотношения между этими параметрами опре­деляются законами газового состояния идеального газа. Однако при одних и тех же условиях состояние реальных газов (в том числе и природного, нефтяного) значительно отклоняется от со­стояния идеальных газов. Согласно кинетической теории газов, идеальным считается газ, молекулы которого не взаимодей­ствуют друг с другом, в то время как в действительности моле­кулы реальных газов взаимодействуют между собой под влия­нием сил притяжения. С повышением давления молекулы газа

сближаются и внешние силы, сжимающие газ, увеличивают силы притяжения между молекулами. В результате при одних и тех же условиях реальные газы сжимаются сильнее, чем это следует согласно законам для идеальных газов. Когда реальный газ сжат до больших давлений, межмолекулярные расстояния сокра­щаются настолько, что отталкивающие силы начинают оказы­вать большие сопротивления дальнейшему уменьшению объема. При этом реальный газ сжимается в меньшей степени, чем идеальный. Эти отклонения свойств реальных и идеальных га­зов настолько значительны, что на практике ими пренебрегать нельзя.

Степень отклонения сжимаемости реальных газов от идеаль­ных характеризуется коэффициентом сжимаемости — отношением объема реального газа к объему идеального газа в одних и тех же условиях.

Приведем уравнение Клайперона, называемое уравнением состояния реального газа;

pV = zmRT, (1.1)

где р—давление, Па; V — объем газа, м³; т — масса газа, кг; R — газовая постоянная, Дж/(кг-°С); Т — абсолютная темпера­тура, °С; z — коэффициент сверхсжимаемости (обычно опреде­ляется по экспериментальным графикам).

Важной характеристикой природного газа является раство­римость его в нефти.

По закону Генри растворимость газа в жидкости прямо про­порциональна давлению газа:

V_r = apV_m, (1.2)

где V_r — объем растворенного газа, приведенный к атмосферно­му давлению, м³; а—-коэффициент растворимости, Па^-1; р — аб­солютное давление газа, Па; V_ж — объем жидкости, в которой растворен газ, м³.

Как следует из формулы (1.2) коэффициент раство­римости показывает, сколько газа растворяется в единице объема жидкости при повышении давления на единицу. Коэф­фициент растворимости в зависимости от условий растворения изменяется от 0,4-10~⁵ до 1*10^-5Па^-1.

Со снижением давления до определенного значения начи­нает выделяться растворенный в нефти газ.

Давление, при котором из нефти начинают выделяться пер­вые пузырьки растворенного газа, называют давлением на­сыщения пластовой нефти. Это давление зависит от состава нефти и газа, соотношения их объемов и от температу­ры. Если в пласте имеется свободный газ (например, при на­личии газовой шапки), то давление насыщения нефти газом равно пластовому давлению или близко к нему.

Если при постоянной температуре повышать давление како­го-либо газа, то после достижения определенного значения дав-

ления, этот газ сконденсируется, т. е. перейдет в жидкость. Для каждого газа существует определенная предельная темпе­ратура, выше которой ни при каком давлении газ нельзя пере­вести в жидкое состояние.

Наибольшая температура, при которой газ не переходит в жидкое состояние, как бы велико ни было давление, называется критической температурой.

Давление, соответствующее критической температуре, назы­вается критическим давлением. Таким образом, крити­ческое давление — это предельное давление, при котором и ме­нее которого газ не переходит в жидкое состояние, как бы ни была низка температура. Так, например, критическое давление для метана 4,7 МПа, а критическая температура ми­нус 82,5 °С.