Рабочие условия. Практическое занятие №1

Практическое занятие №1

Методика расчета физических свойств нефти и газа

1. Единицы измерения количества вещества:

1) масса m, кг;

2) объем v, м³;

3) число молей n, кмоль.

2. Физические свойства:

1) Плотность – масса единицы объема (кубического метра) вещества, кг/м³,

ρ = m/v; (1)

2) Массовый объем – объем единицы массы (одного килограмма) вещества, м³/кг,

v_m = v/m = 1/ρ. (2)

3)Молярная (молекулярная) масса – масса одного киломоля вещества, кг/кмоль,

М = m/n. (3)

4) Молярный объем – объем одного киломоля вещества, м³/кмоль,

V_n = v/n. (4)

Физические свойства связаны между собой соотношениями:

М = ρ/v_m; (5)

М = ρ/V_n. (6)

Молярная масса газа рассчитывается по его составу:

М_г = ΣМ_i·y_i, (7)

где М_i – молярная масса i-го компонента; y_i – молярная концентрация i-го компонента в долях единицы.

Молярная масса нефти рассчитывается по ее фракционному составу при заданной температуре кипения:

М_н = ΣМ_i·х_i, (8)

где М_i - молярная масса i-й фракции нефти, рассчитывается по формуле Воинова в зависимости от средней температуры кипения t_ср (^оС):

М_i = 60 + 0,3·t_ср + 0,001·t²_ср; (9)

х_i - молярная доля i-й фракции.

Масса, число молей и молярная масса вещества не зависят от термодинамических условий (температуры Т и давления Р).

Объем, плотность, массовый и молярный объем зависят от термодинамических условий.

В физике и нефтегазопромысловой практике приняты следующие термодинамические условия:

Нормальные условия (НУ):

температура Т_о = 273,15 К (0 °С);

давление Р_о = 760 мм рт. ст. (101 325 Па);

Стандартные условия (СтУ):

температура Т_ст = 293,15 К (20 °С);

давление Р_о = 760 мм рт. ст. (101 325 Па);

Британские условия (БрУ):

температура Т_бр = 288,15 К (15 °С);

давление Р_о = 760 мм рт. ст. (101 325 Па);

Рабочие условия

рабочая температура процесса Т_р;

рабочее давление процесса Р_р.

Нормальные условия применяются при расчете физических процессов, стандартные и британские условия - при коммерческих расчетах.

Для газообразного состояния вещества молярный объем равен:

- при нормальных условиях V_о = 22,414 нм³/кмоль;

- стандартные условия V_ст = 24,055 ст.м³/кмоль;

- британские условия V_бр = 23,664 м³/кмоль.

- рабочие условия

V_р = V_о·P_о·Т_р·Z_р/Р_р·Т_о;

V_р = V_ст·P_о·Т_р·Z_р/Р_р·Т_ст; (10)

V_р = V_бр·P_о·Т_р·Z_р/Р_р·Т_бр.

Коэффициент сжимаемости газа Z_р зависит от рабочих условий. Для идеального газа при любых термодинамических условиях Z_р = 1. Для реального газа коэффициент сжимаемости определяется по графику или рассчитывается по эмпирическим формулам в зависимости от приведенных параметров:

- приведенная температура

Т_пр = Т_р/Т_кр = , (11)

где Т_кр – критическая температура газа; ρ_о – плотность газа при нормальных условиях

- приведенное давление газа:

; (12)

где Р_кр – критическая температура газовой смеси.

Коэффициент сжимаемости углеводородного газа:

- при 0 ≤ Р_пр ≤ 3,8 и 1,17 ≤ Т_пр <2

, (13)

- при 0 ≤ Р_пр ≤ 1,45 и 1,05 ≤ Т_пр ≤ 1,17

, (14)

- при 1,45 ≤ Р_пр ≤ 4,0 и 1,05 ≤ Т_пр ≤ 1,17

. (15)

Плотность газа:

- при НУ ρ_о = М_г/V_о;

- при СтУ ρ_ст = М_г/V_ст; (16)

- при БрУ ρ_бр = М_г/V_бр;

- при рабочих условиях ρ_раб = ρ_оP_рабТ_о /Р_оТ_рабZ_р

ρ_раб = ρ_стP_рабТ_ст /Р_стТ_рабZ_р

Молярный объем нефти:

- при НУ, СтУ и БрУ V_{н о} = М_н/ρ_дег; (17)

- при рабочих условиях V_{н раб} = V_{н о}· b_г· b_р· b_t, (18)

b_г = 1+ ρ_о·Г_р/400; (19)

b_р = 1 – β_р(Р_р – Р_о); (20)

b_t = 1 + β_t(Т_р – Т_о); (21)

количество растворенного газа Г_р = α·Р_р. (22)

Плотность нефти при рабочих условиях:

ρ_нр = М_н/V_{н раб}. (23)