МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ
И ГАЗА (НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)
ИМЕНИ И.М. ГУБКИНА»
Факультет разработки нефтяных и газовых месторождений
Кафедра разработки и эксплуатации газовых и газоконденсатных
месторождений
Курс: «Технология эксплуатации газовых скважин»
Домашнее задание №3
«Расчет физических и теплофизических свойств газов и конденсатов»
18 вариант
Выполнил:
Студент группы РГ-20-08
Резников Артем
Владимирович
Проверила:
доцент Котлярова Е.М.
Москва, 2022
Содержание
1. Методика определения физических и теплофизических свойств
газа и конденсата………………………………………………………
3
2. Алгоритмы определения физических и теплофизических свойств
газа и конденсата………………………………………………………
6
2.1.
Алгоритм определения плотности газа и конденсата……………
6
2.2.
Алгоритм определения вязкости газа……………………………..
7
2.3.
Алгоритм определения теплоемкости газа……………………….
8
2.4.
Алгоритм определения коэффициента теплопроводности газа....
8
2.5.
Алгоритм определения влагосодержания………………………...
8
3. Определение физических и теплофизических свойств газа и
конденсата……………………………………………………………... 10
3.1.
Определение плотности газа и конденсата………………………. 10
3.2.
Определение вязкости газа……………...………………………… 11
3.3.
Определение теплоемкости газа………………………………….. 12
3.4.
Определение коэффициента теплопроводности газа……………. 12
3.5.
Определение влагосодержания…………………………………… 13
Вывод……………………………………………………………………… 14
Приложение………………………………………………………………. 15
2
1. Методика определения физических и теплофизических свойств
газа и конденсата
Плотность  это отношение массы газа к единице его объема. Единица
измерения плотности  кг/м3. Абсолютная плотность газа ρ определяется по
следующей формуле:  
M
кг/м3, при давлении Р0=0,1013 МПа и
22,41
температуре Т=273 К. Плотность газа при стандартных условиях, т.е. при
Р=0,1013 МПа и Тст=293 К, может быть определена по формуле:
ρст=М/υст=М/24,04.
Относительную плотность газа  можно определить по следующей

формуле:  
возд


M
M см
кг/м3, где возд – плотность воздуха
 см 
1,205 M возд 28,96
при стандартных условиях,
M возд  28,96
кг
кг
; M см – молярная масса газа,
;
3
кмоль
м
кг
– молярная масса воздуха.
кмоль
Абсолютная плотность газа при давлении Р и температуре Т находится
по следующей формуле:  ( P, T ) 
 ст РZ 0Т ст
ZP0T
,
кг
.
м3
Плотность стабильного конденсата C5 В определяется по формуле
Крега: C5 В 
1030  M C5 В
44,29  M C5 В
,
кг
,
м3
(3.5)
Плотность нестабильного (насыщенного) конденсата  0 при давлении
Р0=0,1013 МПа и температуре Тст=293 К определяется по следующей формуле:
K
0 
x M
i 1
K

i 1
i
i
x iMi
i
,
кг
.
м3
3
Вязкость – физическое свойство вещества, которое проявляется при
движении и характеризует сопротивляемость скольжению и сдвигу одной
части относительно другой.
Коэффициент пропорциональности между силой внутреннего трения и
произведением площади на изменение скорости движения называется
коэффициентом
динамической
вязкости.
Размерность
коэффициента
динамической вязкости: сила·время/(длина)2, т.е. H·с/м2 или Па·с.
Коэффициент динамической вязкости, отнесенный к плотности
вещества при тех же условиях, называется кинематическим коэффициентом
вязкости и имеет размерность м2/с.
Коэффициент вязкости газа зависит от давления, температуры и состава
газа.
Теплоемкость газа – это отношение количества теплоты, подведенной к
газу в заданном термодинамическом процессе, к соответствующему
изменению его температуры. В зависимости от вида процесса различают
изобарную теплоемкость Ср, когда процесс происходит при постоянном
давлении Р=const, и изохорную Сv, когда процесс происходит при постоянном
объеме V=const. Единица измерения теплоемкости кДж/кг∙град или
Дж/моль·град.
Теплопроводность газа – это количество тепла, проходящего через его
массы без перемещения, конвекции и теплообмена. Количество тепла,
проходящего через единицы площади и толщины за единицы времени при
разности температур, равной 1 град, принято называть коэффициентом
теплопроводности.
Влагосодержание газа – количество паров воды, растворенных в
единице объема природного газа при заданных условиях.
Абсолютная влажность – отношение массы водяных паров количество
паров воды, содержащихся в газе, к объему, приведенному к стандартным
условиям этого газа, из которого удалены пары воды, [кг/1000 м3].
4
Относительная влажность – отношение фактического содержания паров
воды в единице объема природного газа при заданных давлении и температуре
к его влагоемкости, т.е. к количеству водяных паров в том же объеме и при тех
же Р и Т, но при помощи насыщения газа парами воды. [доли единиц, %]
Влагосодержание зависит от состава газа, давления, температуры и
физико-химических свойств конденсированной воды, с которой газ находится
в термодинамическом равновесии
5
1. Алгоритм определения физических и теплофизических свойств
газа и конденсата
Алгоритм определения плотности газа и конденсата
1.1.
1) Написать исходные данные для решения данной задачи в таблицы 1, 2 и
3.
2) Найти плотность газа при стандартных условиях по формуле
ρст=М/υст=М/24,04.
3) Найти

относительную

возд

плотность
газа
по
формуле

M
M см
кг/м3.
 см 
1,205 M возд 28,96
4) Найти абсолютную плотность газа при пластовых условиях по формуле
 ( P, T ) 
 ст РZ 0Т ст
,
ZP0T
кг
.
м3
5) Внести исходные данные по конденсату в таблицу 5.
6) Найти
 C5  В 
плотность
1030  M C5 В
44,29  M C5 В
7) Найти
плотность
стабильного
,
конденсата
по
формуле
Крега
кг
,.
м3
нестабильного
конденсата
по
формуле
K
0 
x M
i 1
K

i 1
8) Найти
i
i
x iMi
i
,
кг
.
м3
коэффициенты
a
и
b
по
формулам
a  103 1,91  0,02492Р  0,0016858Р 2  0,25478  104 Р3  ;
b  10  31,2Р  0,5266Р2 .
9) Найти поправку на давление по формуле p  b  exp  2,3a0  ,
6
кг
,.
м3
Найти
10)
коэффициенты
и
a’
по
b’
формулам
a /  1,418  0,0755  T  273  1,4215 103  T  273  0,8957 105  T  273
2
3
и
b/  560,17  33,328  T  273  0,6839  T  273  0,004618 T  273 .
2
Найти
10)
поправку
p  b  exp  2,3a0  ,
на
3
давление
по
формуле
кг
,.
м3
11)
103
Найти поправку на температуру по формуле T  /
.
a p  b /
12)
Найти
плотность
к  Р,T   0  p  T ,
нестабильного
конденсата
по
формуле
кг
,.
м3
13) Занести значения плотностей конденсата в таблицу 7.
Алгоритм определения вязкости газа.
1.2.
1) Написать исходные данные в таблицу 8.
1
2) Найти коэффициент ε по формуле

Tкр6
M 0,5  10,2  Р кр 
.
2
3
3) Найти динамическую вязкость при Р=0,1013 МПа по формуле
атм 
0,00034Т

8
9
пр
.
4) При тех же условиях найти кинематическую вязкость по формуле
𝜈атм =
𝜇атм
𝜌ст
.
5) Найти динамическую вязкость при пластовых условиях по формуле
  Р;Т   атм 

1,439 пр
0,000108 е
е

1,1111,858
пр
.
6) Найти кинематическую вязкость при пластовых условиях по формуле
𝜈(Р, Т) =
𝜇(Р,Т)
𝜌пл
.
7
7) Занести все найденные значения в таблицу 9.
Алгоритм определения теплоемкости газа
1.3.
1) Написать исходные данные в таблицу 10.
2) Найти значение изобарной теплоемкости при нормальных условиях по
K
формуле СР  4,3723 x i Mi0,75 ,
0
i 1
кДж .
кмоль  К
3) Найти значение ∆Ср по формуле
СР  Р,T   32,6
Р пр
кДж .
,
Tпр4 кмоль  К
4) Найти значение изобарной теплоемкости при пластовых условиях по
формуле
5) Найти
k
СР  Р,T   СР0 СР  Р,T  ,
значение
кДж .
кмоль  К
показателя
СР  Р,T 
адиабаты
по
формуле
.
Р
СР  Р,T   14,947 
 T
 пр
0,25
пр



6) Найти значение изохорной теплоемкости при пластовых условиях по
формуле
СV  Р,T  
СР  Р,T 
кДж .
,
k
кмоль  К
7) Полученные значения занести в таблицу 12.
1.4.
Алгоритм определения теплопроводности газа
1) Написать исходные данные в таблицу 13.
2) Найти значение величины k по формуле
1
 K

k    x i k i3 
 i1

3
.
3) Найти значения коэффициентов a, b и c по таблице.
4) Найти коэффициент теплопроводности природного газа по формуле


aт  Р,T   a  b  T  273,15  c  T  273,15 0,001163 , Вт/(м∙К).
2
5) Полученные значения занести в таблицу 14.
1.5.
Алгоритм определения влагосодержания
1) Написать исходные данные в таблицу 15.
2) Найти значения коэффициентов А и В Приложению 1.
3) Найти значение W0.6 по формуле
8
W0,6 
A
г
 B, 3
Р
м .
4) Найти значение W₀.₆ графически.
5) Найти
значение
поправки
на
соленость
воды
по
формуле
Сс  1  0, 225 105 К .
6) Найти значение поправку на отклонение плотности данного газа от 0,6
по формуле
.
7) Найти влагосодержание по формуле
W ( Р; Т )  W0.6C Cc
8) Полученные значения занести в таблицу 16.
9
.
3. Определение физических и теплофизических свойств газов и
конденсатов
3.1. Определение плотности газа и конденсата
Таблица 1 – Исходные данные.
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
93,64
2,4
1,11
0,45
Состав газа, %
C5H12
C6H14
N2
CO2
H2S
0,1
1,3
0,6
0,2
0,2
Таблица 2 – Исходные данные.
Компоненты
Содержание,
% объёма
Мольные
доли, x i
Молярная
масса, M i
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
С5+
N2
CO2
H2S
Итого
93,64
2,4
1,11
0,45
0,2
0,1
1,3
0,6
100
0,9364
0,024
0,0111
0,0045
0,003
0,013
0,006
0,002
16
30
44
58
76,8696
28
44
34
1
-
Таблица 3 – Исходные параметры месторождения.
Tпл, К
Pпл,МПа
Z
Z0 (при ст. усл.)
Pст,МПа
Tст, К
MC5+ , кг/кмоль
Мсм, кг/кмоль
325,65
11,2778
0,87
1
0,1013
293,15
76,8696
16,616
Таблица 4 – Расчет плотностей газа.
ρст, кг/м³
ρотн , кг/м³
ρабс ,кг/м³
0,72
0,60
85,46
Таблица 5 – Исходные данные по конденсату.
Компонент
C3H8
Мольный
состав
10
Мольные Молекулярная Плотность
доли, ni
масса
при ст.у.,
0,1
44,094
585
10
ΣxiMi
4,4094
C4H10
C5H12+
Итог:
50
40
0,5
0,4
58,12
76,8267
100
1
64,20008
582
659,35
-
29,06
30,73068
64,20008
Таблица 6 – Расчет плотности стабильного и нестабильного конденсата.
Коэффициент a
Коэффициент b
∆ρp
Коэффициент a̕
Коэффициент b̕
0,0020132
274,93226
15,804679
3940428
27,253813
632,661
4,011E-07
ρp
∆ρT
Таблица 7 – Плотности конденсата.
ρст.к. , кг/м³
ρнест.к., кг/м³
653,349
616,856
ρнест.к.пл., кг/м³
669,154
3.2. Определение вязкости газа
Таблица 8 – Исходные данные для определения вязкости газа.
Pпр , МПа
Tпр , K
Pкр, МПа
Tкр, К
Mсм, кг/кмоль
Vкр, м³/кмоль
ρкр, кг/м³
ρпр, кг/м³
ρст, кг/м³
ρпл, кг/м³
Pпл, МПа
Tпл, К
2,4
1,65
4,701
197,41
17,422
0,21
82,962
1,0302
0,725
85,465
11,28
325,65
Таблица 9 – Расчет кинематической и динамической вязкости газа.
11
ε
, μат, Па∙с
νат, м²/с
μ(P,T), Па∙с
ν(P,T), м²/с
0,0438
0,0121
0,0167
0,0222
0,0003
3.3. Определение теплоемкости газа
Таблица 10 – Исходные данные для расчета теплоемкости газа.
Компоненты
Содержание,
% объёма
Мольные
доли, x i
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
С5+
N2
CO2
H2S
Итого
93,64
2,4
1,11
0,45
0,2
0,1
1,3
0,6
100
0,9364
0,024
0,0111
0,0045
0,003
0,013
0,006
0,002
1
Таблица 11 – Исходные данные для расчета теплоемкости газа.
Приведенное давление, Pпр, МПа
2,4
Приведенная температура, Tпр, К
1,65
Давление при н.у., P₀, МПа
0,1013
Температура при н.у., T₀, К
273
Таблица 12 – Расчет изобарной и изохорной теплоемкости и показателя
адиабаты.
СР0, кДж/кмоль∙К
37,01595072
∆СР, кДж/кмоль∙К
10,55584647
СР(Р,Т), кДж/кмоль∙К
Показатель адиабаты, k
СV(P,T),кДж/кмоль∙К
47,5718
1,31064
36,2966
3.4. Определение коэффициента теплопроводности газа
Таблица
13
–
Исходные
данные
для
определения
коэффициента
теплопроводности.
Компонент
Мольные доли,
ni
Молекулярная
масса
CH4
С2H6
C3H8
C4H1
C5H1
С6Н1
0
2
4
N2
CO2
H2S
0,936 0,024 0,011 0,004 0,002 0,001 0,013 0,006 0,002
4
0
1
5
0
0
0
0
0
16,04 30,07 44,09 58,12 72,00 86,00 28,02 44,01 34,08
12
Итог:
1,00
17,42
K
1/3
1
1,26 1,442 1,587
1,71 1,817 1,145 1,463 1,613
1,02191
37
Таблица 14 – Расчет коэффициента теплопроводности.
k
1,1
a
24,08
b
0,1144
λ, Вт/(м*к)
-7E-06
c
1E-04
3.5. Определение влагосодержания
Таблица 15 – Исходные данные для определения влагосодержания.
Tпл К
326,4
ρотн кг/м³
K, кг/м³
0,573756906
5
Таблица 16 – Определение влагосодержания газа.
Cc
Сρ
А
В
W₀.₆ аналитически, г/м3
W, г/м3
0,99998875
1,025176121
103
0,422
0,59491846
0,60988934
Примечание: для определения коэффициентов А и В надо использовалось
Приложение 1; для определения W₀.₆ графически использовалось Приложение
2.
13
Вывод
В ходе выполнения домашнего задания я рассчитал плотность газа и
газоконденсата и получил следующие значения:
ρст, кг/м³
0,72
ρотн , кг/м³ 0,6
ρабс ,кг/м³
85,46
ρст.к. , кг/м³ = 653,349
ρнест.к., кг/м³ = 616,856
ρк(Р, Т) кг/м³ = 655,149228
Также я вычислил значения вязкости газа
μат, Па∙с = 0,0121
νат, м²/с = 0,0167
μ(P,T), Па∙с = 0,0222
ν(P,T), м²/с = 0,0003
Помимо
этого,
я
получил
значения
изобарной
и
изохорной
теплоёмкости, показателя адиабаты и коэффициента теплопроводности
СР(Р,Т), кДж/кмоль∙К = 47,5718
k =1,319438574
СV(P,T),кДж/кмоль∙К
=36,2966
В конце работы я определил влагосодержание газа:
W, г/м3 = 0,60988834
14
Приложение
Приложение 1. Значение коэффициентов А и В
Приложение 2. Зависимость влагосодержания природного газа W₀.₆ с
относительной плотностью = 0,6 от давления и температуры.
15