天然气的高压物性课件

天然气的高压物性

一、天然气的视相对分子量和相对密度1.天然气的视相对分子量(平均相对分子量)

标准状况下1摩尔天然气的质量。

定义：根据Kay混合规则：Mi——天然气组分i的相对分子量,g/mol,或kg/kmol。Mg——天然气的视相对分子量,g/mol,或kg/kmol；yi——天然气的组分i摩尔分数,小数；2.天然气的相对密度定义：在标准状态下,天然气密度与干燥空气密度的比值。ρa——干燥空气的密度,kg/m3。γg——天然气的相对密度；ρg——天然气的密度,kg/m3；Ma——干燥空气的摩尔质量,kg/mol。Mg——天然气的摩尔质量,kg/mol；二、天然气的临界参数视临界参数为：Tci——天然气组分i的临界温度,(273+t)°K。——天然气的视临界压力(绝),MPa；——天然气的视临界温度,(273+t)°K；yi——天然气组分i的摩尔分数；pci——天然气组分i的临界压力(绝),MPa；2.Kay法则1.实验方法3.经验公式方法干气湿气含有CO2、N2和H2S气体：1970年Thomas等人发表了二次方程式：使用条件：H2S含量＜3%,N2含量<5%,或非烃含量少于7%。干气湿气表1.3.2天然气常见组分的主要物理化学性质组分分子式相对分子质量临界温度(K)临界压力(MPa)沸点℃(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异丁烷i-C4H1058.124408.133.648-11.81正戊烷n-C5H1272.151469.63.36936.06异戊烷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氢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硫化氢H2S34.076373.59.005-60.31水汽H2O18.015647.322.118100.00三、天然气的偏差因子方程理想气体的假设条件：1.气体分子无体积，是个质点；2.气体分子间无作用力；3.气体分子间是弹性碰撞；理想气体状态方程：天然气处于高温、高压状态多组分混合物，不是理想气体偏差因子偏差因子：一定温度和压力条件下，一定质量气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占有的体积之比。实际气体的状态方程：Z<1实际气体较理想气体易压缩Z>1实际气体较理想气体难压缩Z＝1实际气体成为理想气体偏差因子Z的物理意义：实际气体与理想气体的差别。则：若：p=0.101325MPa，T=Tsc=293KZ=1，偏差因子Z的求取：(1)实验方法直接测定缺点：测试过程冗长,测得的结果应用范围有限。甲烷的偏差因子等温线对应状态定律：在相同的对应温度和对应压力下，所有的纯烃气体具有相同的压缩因子。(2)SK图版法(Standing和Katz图版)1941年（Pottman和Carpenter函数表

1952年）适用条件：组分间化学性质差异不大的混合气体。p、T――为油藏压力和油藏温度。――为天然气的对应压力和对应温度。

求Z步

骤：(1)求天然气的视临界参数；(2)求视对应参数；(3)查SK图版，得Z。H2S和CO2校正：ε——

视临界温度校正系数。Tc——用Kay混合法则计算的天然气的视临界温度,K；pc——用Kay混合法则计算的天然气的视临界压力,MPa；Tc’——校正后的视临界温度,K；pc’——校正后的视临界压力,MPa；A——天然气中H2S和CO2摩尔分数之和；B——天然气中H2S摩尔分数；非烃组分校正含氮：T＝21～138℃，p＝1～34MPa时，C＝1.00～1.04C——叠加体积校正系数,它决定于氮气的浓度、温度和压力。Z’N——含氮气的天然气偏差因子；Zg——纯烃气体偏差因子；ZN——氮气的偏差因子；yN——含氮天然气中氮气的摩尔分数；Z——含氮天然气的偏差因子；4)从SK图版或Poettman－Carpenter函数表查得Z值；SK方法确定天然气偏差因子的条件和步骤已知条件：1)天然气组成或相对密度；2)SK图版或Poettman－Carpenter函数表；3)天然气的状态参数p、T。计算步骤：1)由Kay方法、经验公式等求天然气的视临界参数pc,Tc；2)若非烃（CO2、H2S）含量大于5%,校正视临界参数；3)由公式和状态参数p、T,计算视对应参数pr,Tr；5)如果含N2且含量大于5%,校正偏差因子。(3)直接计算方法Hall和Yarborugh方法(1973)Dranchuk、Durvis、Robinson方法(1974)Gopal方法(1977)四、天然气的等温压缩系数

定义：在等温条件下单位体积气体随压力变化的体积变化值。(或：在等温条件下气体随压力变化的体积变化率.)V——气体体积,m3；Cg——气体压缩系数,1/MPa；——温度为T时气体体积随压力的变化率，m3/Mpa；负号说明气体压缩系数与压力变化的方向相反。

实际气体：理想气体：高压下：P↗，Z↗则：则：低压下：P↗，Z↘应用对应状态原理：或视对应压缩系数五、天然气的体积系数

定义：地面标准状态下单位体积天然气在地层条件下的体积。Vg——地层条件下nmol气体的体积,m3；Vsc——地面标准状态下nmol气体的体积,m3；Bg——天然气的体积系数,m3/m3(标)。膨胀系数T=273+tPsc=0.101325MPaTsc=273+20℃六、天然气的粘度1.定义牛顿内摩擦定律τxy——剪切应力,N/m2；ux——在施加剪切应力方向上的流体速度,m/s；

ux/

y——在与x垂直的y方向上的速度ux梯度,1/s；μ——动力粘度,也称绝对粘度,Ns/m2(帕秒)。运动粘度ρ——气体的密度,kg/m3；μ——动力粘度,Pa﹒s；ν——运动粘度,m2/s。动力粘度绝对粘度2.烃类气体粘度的计算(1)低压气体混合物粘度计算方法已知气体混合物的组成,可用下面公式计算对比压力小于0.6时地层温度下的气体粘度：φij—组分i与组分j的结合因子,用Mi/Mj(Mi,Mj—组分i、j的分子量)比值,由结合因子图查得。

m—混合物粘度,mPa﹒s；

i—组分i的粘度,mPa﹒s；n—混合物的组分数；xi—组分i摩尔分数；xj—组分j摩尔分数；API推荐的计算结合因子的公式：HerningF和ZippererL计算

低压混合物粘度方法：(2)高压气体混合物粘度计算方法临界温度以上的任一压力；低于临界温度时,则可用饱和压力。适用条件：粘度对比参数

—粘度,mPa﹒s；

*—低压下气体粘度,mPa﹒s；

r—对应密度,ρ/ρc；

—气体密度,kg/m3；

c—气体临界密度,ρc=1/Vc,kg/m3；Vc—气体临界体积,m3/kg；Tc—天然气视临界温度,K；Mg—天然气视分子量；Pc—天然气视临界压力,MPa。

粘度对比参数法：(4)计算气体混合物粘度。计算步骤：(1)确定气体混合物的视临界参数和气体分子量Mg；(2)求低压下气体混合物粘度；(3)计算粘度对比参数λ；无因次气体粘度与对应参数图版方法（HerningF.和ZippererL.(1939)）(4)由

g1×［

/

g1］,求

。(1)由公式计算1个大气压、给定温度下的气体粘度

g1；求取混合物粘度步骤：(2)确定气体的视对应压力、温度；(3)查图版,求［

/

g1］；1.