第二章-天然气的物理化学性质.ppt

天然气的物理化学性质,第二章,第二章天然气的物理化学性质,u确定天然气在各状态下物性参数的方法：l直接取气样进行实验测定；l根据天然气各组分的物理性质、物理规律利用混合规则进行计算。,第二章天然气的物理化学性质,第一节天然气的组成和分类第二节天然气的分子量、相对密度、密度和比容第三节天然气偏差系数的确定第四节天然气的等温压缩系数第五节天然气的体积系数和膨胀系数第六节天然气的粘度第七节天然气含水量和溶解度,一、基本概念u体系(system)指一定范围内一种或几种定量物质构成的整体，又称物系、系统。体系可分为单组分和多组分体系。,水,多组分体系multi-component,单组分体系single-component,H2O,第一节天然气的组成和分类,水,H2O,C3、C7、C20,油,u组分(component)形成体系的各种物质称该体系的各组分，也即物系中所有同类的分子。,一、基本概念,拟组分(pseudo-component)：用于工程计算的一种假想组分，由物系中几种组分合并成。例如，油气相态研究中常用组分：l纯组分：C1、C2、C3；l拟组分：轻烃组分C2-6、重烃组分C7+,水,H2O,C3、C7、C20,油,一、基本概念,u组成(composition)体系中构成某物质各组分所占的比例。定量表示体系或某一相中的组分构成情况。,油,C3、C7、C20,10%、20%、70%,1、天然气：（烃类、非烃类）uNaturalgas：指从地下采出的，常温常压下相态为气态的烃类和少量非烃类气体组成的混合物。lHydrocarbon：CnH2n+nC1(7098%)、C2(90%，C2-C4少，C5+甚微，g0.5-0.6,酸性天然气：S1g/标m3,贫气：C3+100cm/m3,富气：C3+100cm/m3,凝析气藏气：地层原始状态呈气态，开发过程中，当地层压力低于露点压力时有液烃析出，C160-90%，C5+较高，g0.7-0.9,油田伴生气：地下与原油共存，伴随原油产出，C160%，C5+甚微，g1,净气：S1g/标m3,一、天然气分子量(molecularweight）u定义：标态下1kmol（0、1atm、22.4m3）天然气具有的质量。单位：kg/kmol又称平均分子量、视分子量u确定方法：,第二节天然气的分子量、相对密度、密度和比容,u定义(density)在一定温度压力下，单位体积天然气的质量。,二、天然气的密度,（Kg/m3）,u计算方法,在理想条件下，,实际气体，,u定义(specificgravityorrelativedensity)在20，0.101MPa下天然气的密度与干燥空气的密度之比。,三、天然气的相对密度,u计算方法,思考题：如何得到？,气相,C1,C2,C3,u已知：天然气的摩尔组成如下,u求：天然气的分子量和相对密度,三、天然气的相对密度,气相,C1,C2,C3,l天然气的分子量:,三、天然气的相对密度,l天然气的相对密度:,四、天然气的比容,u定义(specificvolume)单位质量天然气所占据的体积,（m3/Kg）,u计算方法,在理想条件下，,实际气体，,第三节天然气偏差系数的确定,u气体状态方程描述一定量的气体压力、体积、温度之间关系的数学方程式。,一、偏差系数的状态方程,1、偏差系数定义指在相同温度、压力下，真实气体所占体积与相同量理想气体所占体积的比值。,l实际气体分子有体积，真实气体比理想气体难压缩l实际气体分子间有引力，真实气体比理想气体易压缩lZ的大小反映了两种相反作用的综合结果-Z1，真实气体比理想气体难压缩，体积更大-Z1,一、定义在等温条件下，当体系压力改变单位压力时，单位体积天然气的体积改变量。,第四节天然气的等温压缩系数,单位：MPa-1,二、天然气等温压缩系数的确定,由偏差系数的状态方程：,二、天然气等温压缩系数的确定,可由相应温度下的Zp图在相应的压力Zp曲线上求出该点的Z值和相应的斜率Z/p，代入上式即可求出压力p下的Cg值。,二、天然气等温压缩系数的确定,若气体为理想气体，则Z=1,在实际应用中，一般不直接根据p计算Cg值，而将Cg表示为拟对比压力和拟对比温度的函数,二、天然气等温压缩系数的确定,计算Cg常用公式,Cpr等温拟对比压缩系数：,根据偏差系数Z和Tpr等温线上的切线斜率(Z/p)Tpr，可求出Cg值。,二、天然气等温压缩系数的确定,1、查Standing&Katz偏差系数图版,已知yi或相对密度，p，T，求解Cg（1）根据yi或相对密度计算ppc和Tpc（2）计算拟对比参数ppr和Tpr（3）在Standing&Katz偏差系数图版找到Tpr对应的Zppr线，求出Z（4）求Zppr线的斜率,（5）计算Cpr，,（6）计算Cg，,2、D-A-K（11参数法）,（1）,（2）,2、D-A-K（11参数法）,2、D-A-K（11参数法）,2、D-A-K（11参数法）,已知yi或相对密度，p，T，求Cg（1）根据yi或相对密度计算ppc和Tpc（2）计算拟对比参数ppr和Tpr（3）对pr赋初值，取Z=1，,（9）计算Cg=Cpr/ppc,2、D-A-K（11参数法）,（4）计算F(pr)、F(pr)（5）迭代计算求pr（6）将满足精度要求的pr代入（1）式或（2）式求Z（7）计算Z/pr（8）将pr、Z、Z/pr代入，求Cpr,一、定义相同数量的天然气在地层条件下的体积与其在地面标准条件下的体积之比，用符号Bg表示,第五节天然气的体积系数,两个特定状态，与过程无关单位：m3sm3g,在地面标准状态下，气体体积可按理想气体状态方程来求取，此时Zsc=1：,第五节天然气的体积系数,二、确定方法由定义：,在地层温度、压力条件下，天然气所占的体积可按偏差系数状态方程求出：,第五节天然气的体积系数,在标准状态下，psc=0.101325,Tsc=293.15K,第五节天然气的体积系数,例1：已知地层压力p=16.548MPa,地层温度T=411.9K,g=0.64,VHC=108m3,求天然气的储量。,解：,（1）求天然气的临界参数,第五节天然气的体积系数,（2）求天然气的ppr,Tpr,第五节天然气的体积系数,（3）求天然气的Z,用11参数法,Z=0.938,（4）求天然气的体积系数,第五节天然气的体积系数,（5）求天然气的储量,第五节天然气的体积系数,第六节天然气的粘度,一、定义天然气内摩擦阻力的量度。单位：mPa.s二、确定方法CarrKobayshi&Burrows图版Dempsey方法Lee等人的方法,根据气体相对密度或摩尔质量，确定气体粘度（1）根据T、g或Mg，查出大气压下的粘度1（2）求出ppc,Tpc,ppr,Tpr（3）根据ppr,Tpr查高压下的粘度与1之比/1（4）计算=/11,1、CarrKobayshi&Burrows图版,当天然气中含H2S、CO2、N2，首先对大气压下的粘度进行校正：,1、CarrKobayshi&Burrows图版,2、Dempsey方法,拟合CarrKobayshi&Burrows图版得到,2、Dempsey方法,A0=-2.46211820A1=2.97054714A2=0.286264504A3=8.5042052210-3A4=2.80860949A5=-3.49803305A6=0.360373020A7=-0.01044324A8=-0.793385684A9=1.39643306A10=-0.149144925A11=4.4101551210-3A12=0.0839387178A13=-0.186408848A14=0.0203367881A15=-6.0957926310-3,2、Dempsey方法,当天然气中含H2S、CO2、N2，首先对大气压下的粘度进行校正：,2、Dempsey方法,3、Lee等人的计算关系式,-天然气的粘度，mPa.S,T-绝对温度，K,g-天然气密度，g/cm3,例1：已知g=0.8,T=338.55K,p=13.79MPa,Z=0.791,求g,解：,3、Lee等人的计算关系式,3、Lee等人的计算关系式,3、Lee等人的计算关系式,第七节天然气含水量和溶解度,一、天然气的水露点和烃露点1、天然气的水露点是指在一定压力下与天然气的饱和水蒸汽量对应的温度；或在一定压力下，天然气中的水蒸汽开始冷凝结露的温度。2、天然气的烃露点是指在一定压力下，气相中析出第一滴“微小”的烃类液体的平衡温度。,二、天然气中的含水量,1、天然气中含水量的表示方法用绝对湿度和相对湿度表示绝对湿度：每1m3的湿天然气所含水蒸汽的质量饱和绝对湿度：指在某一温度下，天然气中能含有最大的水蒸汽量相对湿度：在同样温度下，绝对湿度与饱和绝对