天然气的高压物性

天然气的高压物性第1页，课件共36页，创作于2023年2月第一节天然气的高压物性

PropertiesofNaturalGasesinhighpressure

天然气的定义天然气的组成和分类天然气的视分子量和比重天然气的状态方程式天然气的体积系数天然气的压缩系数天然气的粘度第2页，课件共36页，创作于2023年2月一.天然气的定义广义而言:天然气就是指自然界所有靠天然生成的气体，如气田气、油田气和煤层气。

狭义而言:天然气就是指从地下采出的一切可燃气体，是由烃类气体和少量非烃类气体所组成的混合物,在常温常压下为气态。第3页，课件共36页，创作于2023年2月

二.天然气的组成和分类化学成分:

烷烃:甲烷～戊烷(C1～

C5)

非烃类气体:CO2,N2,H2S,H2O

稀有气体:氦气,氖气有毒硫化物:硫醇,硫醚等不同的油气田,其天然气的组成不同。组成表示:

1摩尔组成

2体积组成

3重量组成第4页，课件共36页，创作于2023年2月1摩尔组成yi

ni-------天然气中第i组份的摩尔数2体积组成yi3重量组成gi4三种组成之间的关系第5页，课件共36页，创作于2023年2月天然气的分类第6页，课件共36页，创作于2023年2月天然气的分类第7页，课件共36页，创作于2023年2月天然气的分类第8页，课件共36页，创作于2023年2月三天然气的视分子量和比重天然气的视分子量M

0℃，760毫米汞柱，体积为22.4米3（升）的天然气所具有的重量定义为该种天然气的公斤（克）分子量。计算公式：天然气的比重S

在相同温度和压力下，天然气的重度与空气的重度之比。计算公式：

第9页，课件共36页，创作于2023年2月四天然气的状态方程式定义：状态方程就是描述气体体积、压力和温度的关系式。

在油气田开发中，天然气从地层流向井底，再从井底流到地面，这一系列运动总是伴随着有压力、温度的变化，也就是说天然气的状态从下而上无时不在变化着，所以我们为了确定天然气的体积随油层压力和温度的变化规律，就必须讨论天然气的状态方程。第10页，课件共36页，创作于2023年2月1理想气体状态方程式理想气体状态方程式：

理想气体：（1）气体分子为无体积无质量的质点；（2）气体分子之间无作用力（引力和斥力）

在常温常压下气体的状态可以用上式进行计算，因为在高温低压下（1）气体分子间距大，分子间的作用力可以忽略不计；（2）气体体积较大，气体分子本身的体积可以忽略不计。第11页，课件共36页，创作于2023年2月2真实气体状态方程式

从理想气体状态方程出发,采用修正的方法提出了描述真实气体的状态方程.工程上常采用引入一乘数因子Z（为天然气的压缩因子)。这样天然气的状态方程就可以写成： 第12页，课件共36页，创作于2023年2月

假设在温度，气体组成一致的情况下，理想气体的状态方程为：。真实气体的状态方程可以写成：

∴

第13页，课件共36页，创作于2023年2月

★

压缩因子Z的定义（物理意义）：给定压力和温度下，一定量真实气体所占的体积与相同温度、压力下等量理想气体所占有的体积之比。

Z＝１时，真实气体相当于理想气体．

Z＞１时，真实气体较理想气体难于压缩．

Z＜１时，真实气体较理想气体易于压缩．第14页，课件共36页，创作于2023年2月

3．影响Z值的因素单组分气体的Z值图

Z值的大小与气体性质、温度、压力有关

第15页，课件共36页，创作于2023年2月

对于单组份烃类气体，Z值可以由已知压力、温度，查Z=f(P,T)的曲线得到.曲线由实验制得.4．压缩因子Z的求法1）单组份烃类气体Z的求法第16页，课件共36页，创作于2023年2月Ｚ的计算（1）单组分气体（通过实验制成图版）

第17页，课件共36页，创作于2023年2月第18页，课件共36页，创作于2023年2月2）多组份烃类气体Z的求法

对于多组份的天然气用实验方法测定较复杂，因此可引进对应状态理论来加以解决。定义：一切物质在相同的对比温度和对比压力之下，就有相同的对比体积，在这种情况下，我们说物质处于对应状态。什么叫对应状态？第19页，课件共36页，创作于2023年2月2）多组份烃类气体Z的求法对应状态原理：

如果两种气体处于对应状态,则这两种气体的所有内涵性质相同.(即与某种物质量的多少无关的量,如压缩因子,粘度等)对应状态：

如果两种气体的对比压力和对比温度相同,则这两种气体处于对应状态。对比压力Pr:

Pr=P/PcPc-----临界压力对比温度Tr:

Tr=T/Tc

Tc-----临界温度第20页，课件共36页，创作于2023年2月临界状态

当某种物理的气液界面消失时所对应的温度和压力就称为临界温度和临界压力.此时的物质统称为流体,而气相和液相的性质完全相同.常见物质的临界参数气体分子式分子量临界压力(MPa)临界温度(K)甲烷CH416.04.64190.67乙烷C2H630.14.88303.50丙烷C3H844.14.26370.00正丁烷nC4H1058.13.79425.39CO2CO244.017.38304.17H2SH2S34.09.00373.56N2N228.03.39126.11第21页，课件共36页，创作于2023年2月天然气视临界参数的计算方法:

1

公式法:

2查图法:

第22页，课件共36页，创作于2023年2月天然气压缩因子的求解步骤★求Z的步骤:1根据组成求Pc、Tc2由给出的P、T求Tr、Pr3根据Tr、Pr查天然气压缩因子图版第23页，课件共36页，创作于2023年2月3）非烃校正(在非烃气体大于5%、甲烷小于50%时要校正）1N2的影响(>2%时误差>3%)

第24页，课件共36页，创作于2023年2月3）非烃校正2CO2的影响

(>4%时误差>5%)

如果天然气中同时含有CO2和N2时3H2S的影响第25页，课件共36页，创作于2023年2月第26页，课件共36页，创作于2023年2月例：试求35℃和102大气压下的压缩因子。组分摩尔分数yi临界温度（K）临界压力（MP）

0.4350.445<0.5190.54.6410.062306.04.8840.039369.64.2570.019425.03.793第27页，课件共36页，创作于2023年2月五天然气的体积系数Bg1定义:气体在地层条件下所具有的体积与地面标准状况下所占有体积的比值。(无单位)2计算:

一般情况下Bg<<13物理意义：反映了单位体积（标况）的天然气在地层条件下所占有的体积。第28页，课件共36页，创作于2023年2月六天然气的压缩系数Cg1定义:在等温条件下,单位体积气体的体积随压力的变化率.单位:1/MPa

2计算:

(1)纯组分体系气体压缩系数的求法

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第30页，课件共36页，创作于2023年2月

第31页，课件共36页，创作于2023年2月

(2)多组分体系气体压缩系数的求法

求法与前同对比压缩系数第32页，课件共36页，创作于2023年2月

对比压缩系数Cgr的求法

第33页，课件共36页，创作于2023年2月七天然气的粘度1天然气粘度的特点

1）低压下（在接近大气压时）天然气粘度的特点

A.低压下，气体粘度几乎与压力无关。B.气体粘度随温度的增加而增加。

C.烃类气体的粘度随分子量增加而下降。

第34页，课件共36页，创作于2023年2月1天然气粘度的特点

2）高压下天然