Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей

Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей

 

Способы выражения составов смесей и связь между ними

 

Состав смеси характеризуется числом компонентов смеси и их соотношением. Соотношения определяются долями: массовой, объемной, молярной. Сумма долей всех компонентов смеси равна 1.

Массовая и молярная доли

 

Массовая доля i-го компонента в смеси:

 

_i (1.1)

 

m_i – масса i-го компонента в смеси

r- число компонентов в растворе

 

Молярная доля i-го компонента в смеси равна:

 

_i (1.2)

 

n_i – число молей i-го компонента в смеси

n_i=m_i/M_i (1.3)

Из 1.2 с учетом 1.1 и 1.3 следует:

 (1.4)

 (1.5)

Массовая и объемная доли

 

Объемная доля для смесей, подчиняющихся правилу аддитивности, определяется следующим образом:

 

 (1.6)

 

V_i – объем i-го компонента перед смешением при заданных температуре и давлении смеси.

Так как  ( - плотность i-го компонента при заданной температуре и давлении)

 

 (1.8)

 (1.9)

Объемная и молярная доли

 

 (1.10)

 

Для газообразных продуктов в первом приближении можно принять, что в диапазоне давлений, мало отличающихся от атмосферного, отношение молярной массы газа к его плотности практически постоянно, т.е. const, следовательно, для смеси газов

 

 (1.13)

 

Перемешивание газонефтяных смесей различного состава

 

Для расчета составов смесей, получающихся в результате перемешивания r смесей пользуются следующими формулами:

Для смесей газов в нормальных (стандартных) условиях

 

 (1.14)

 

Для смесей нефтей

 

 (1.15)

N_ij N_is, – молярная доля i-го компонента в j-растворе и в смеси, получаемой в результате смешивания r растворов(газов, нефтей); V_j – объем j-раствора при нормальных (стандартных) условиях; n_j – число молей j-нефти.

Уравнение 1.15 является общим и справедливо для смесей веществ в любых агрегатных состояниях. Например, при перемешивании пластовых нефтей различных скважин, работающих в единый сборный коллектор, состав получающегося нефтяного газа может быть рассчитан по формуле 1.16:

 

 1.16

 

Q_нj – дебет сепарированной нефти j-скважины; Г_j – газосодержание пластовой нефти j-скважины (объем газа приведен к нормальным или стандартным условиям).

При удалении из смеси отдельных компонентов полностью или частично, молярные доли оставшихся компонентов можно рассчитать по уравнению 1.17:

 

 1.17

 

N_i молярная доля i-го компонента в смеси первоначального состава N_iуд – молярная доля части i-го компонента, удаляемого из смеси: полностью

 

N_i =N_iуд, частично - N_iуд  N_i

газосодержание нефти и ее объемный коэффициент

 

Газосодержание нефти определяют как отношение объема газа, выделяющегося из пластовой нефти в результате ее однократного разгазирования при температуре 20^оС и атмосферном давлении к объему сепарированной нефти:

 

Г₀=V_г/V_н (1.18)

 

V_г – объем газа однократного разгазирования при температуре 20^оС и атмосферном давлении (м³), V_н – объем сепарированной нефти, остающейся после однократного разгазирования при температуре 20^оС и атмосферном давлении (м³)

Массовую долю растворенного в нефти газа можно определить по формуле 1.19:

 

 (1.19)

 

m_н, m_г – массы сепарированной нефти и газа (кг), _н – плотность сепарированной нефти в стандартных условиях (кг/м³), _г – плотность газа однократного разгазирования при температуре 20^оС и атмосферном давлении (кг/м³)

Молярная доля растворенного в нефти газа определяется по формуле:

 

 1.21

М_нг – молярная масса нефти с растворенным в ней газом, М_г – молярная масса газа (кг/кмоль). Если неизвестна молярная масса нефти с растворенным в ней газом, то молярную долю растворенного в нефти газа можно рассчитать по уравнению 1.22:

 

 (1.22)

 

М_н – молярная масса дегазированной нефти.

 

Молярную массу пластовой нефти можно определить из 1.21 и 1.22

 

 (1.23)

 

Поскольку молярный объем газа в стандартных условиях (20^оС, 0, 1МПа) можно принять равным 24, 05м³/кмоль, из 1.22 следует

 

 (1.24)

 

Для определения молярной массы пластовой нефти из 1.23 следует

 

 (1.25)

Физико-химические свойства пластовых вод

Состав:

Анионы: ОН^-, СL^-, SO₄^2-, CO₃^2-, HCO₃^-

Катионы H⁺, K⁺, Na⁺, NH₄⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺ и др.

Микроэлементы Br^-, J^- и др.

Коллоидные частицы SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃

Растворенные газы: СО₂, H₂S, CH₄, H₂, N₂ и др.

Минерализация воды

Под минерализацией воды (М) понимают общее содержание растворенных в ней солей. По В.И. Вернадскому природные воды в зависимости от массового содержания (%) в них растворенных веществ делят на:

Пресные – М 0, 001 0, 1

Минерализованные – М 0, 1 - 5

Рассолы – М 5 35

Жесткость воды

Жесткостью воды называется суммарное количество содержащихся в воде катионов кальция и магния, выраженное в молях на килограмм (литр) раствора.

В зависимости от соотношения между общей жесткостью воды Ж_о и содержанием в ней ионов НСО нефтепромысловые сточные воды можно разделить на две группы:

 

Ж_о - жесткие

Ж_о - щелочные воды

 

Для вод первой группы различают жесткость общую Ж_о, карбонатную Ж_к и некарбонатную Ж_нк, кальциевую Ж_Са и магниевую Ж_Mg.

Для вод второй группы понятие карбонатной и некарбонатной жесткости теряет смысл, поэтому они характеризуются только общей кальциевой и магниевой жесткостью.

Между различными жесткостями существует связь:

 

Ж_о= Ж_к+ Ж_нк= Ж_Са+ Ж_Mg

Молярная масса нефти

Молярная масса сепарированной нефти (кг/кмоль) в результате ее однократного разгазирования при 20^оС до атмосферного давления может быть рассчитана по формуле:

 

 (1.48)

 

где  - вязкость сепарированной нефти при стандартных условиях, мПа*с

 

Молярную массу пластовой нефти можно рассчитать по формулам, аналогичным (1.48):

 

, если мПа*с (1.49)

, если мПа*с (1.50)

 

или по двухпараметрической формуле

 (1.51)

 

При отсутствии данных по молярной массе сепарированной нефти и ее вязкости, а также плотности газонасыщенной нефти молярную массу пластовой нефти можно определить по формуле:

 

 (1.52)

Теплоемкость нефти

Теплоемкость нефти может быть рассчитана по формуле:

 

Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей

 

123Следующая ⇒

Поделиться: