Графік залежності густини ідеального газу від температури. Фізичні властивості газів

Щільність газів

Гази на відміну рідин характеризуються малої щільністю. Нормальною щільністюгазу називається маса одного його літра при 0°З тиску 1 кгс/см2. Маса однієї молекули будь-якого газу пропорційна його густині.

Щільність газу змінюється пропорційно тиску і вимірюється відношенням маси газу m до займаного ним обсягу V:

Для практичних цілей різні гази зручно характеризувати їх щільності щодо повітря за однакових умов тиску і температури. Оскільки молекули різних газів мають різну масу, їх густини при однаковому тиску пропорційні молярним масам.

Щільність газів та відношення їх густини до густини повітря:

Основні газові закони

Характерним для газів є те, що вони не мають свого обсягу і форми, а набувають форми і займають обсяг тієї посудини, в яку їх поміщають. Гази поступово наповнюють обсяг судини, прагнучи розширитися і зайняти можливо більший обсяг. Всі гази мають велику стисливість. Молекули реальних газів мають обсяг і мають сили взаємного тяжінняхоча ці величини дуже незначні. У розрахунках щодо реальних газів зазвичай використовують газові законидля ідеальних газів. Ідеальні гази - це умовні гази, молекули яких немає обсягу і взаємодіють друг з одним через відсутність сил тяжіння, а за зіткненнях з-поміж них не діють жодні інші сили, крім сил пружного удару. Ці гази суворо дотримуються законів Бойля - Маріотта, Гей-Люссака та інших.

Що температура і менше тиск, тим поведінка реальних газів ближче відповідає ідеальним газам. При малих тисках всі гази можна як ідеальні. При тиску близько 100 кг/см2 відхилення реальних газів від законів ідеальних газів не перевищують 5%. Оскільки відхилення реальних газів від законів, виведених для ідеальних газів, зазвичай незначні, законами для ідеальних газів можна вільно користуватися для вирішення багатьох практичних завдань.

Закон Бойля - Маріотта

Вимірювання об'єму газу під впливом зовнішнього тиску показали, що між об'ємом V та тиском Р є простий зв'язок, що виражається законом Бойля - Маріотта: тиск даної маси (або кількості) газу при постійній температуріобернено пропорційно обсягу газу:

Р1: Р2 = V1: V2,

де Р1 - тиск газу при об'ємі V1; Р2 - тиск газу за обсягом V2.

Звідси слідує що:

Р1 * V1 = P2 * V2 або Р * V = const (при t = const).

Цей постулат формулюється так: тиск тиску даної маси газу на його обсяг постійно, якщо температура не змінюється (тобто при ізотермічному процесі).

Якщо, наприклад, взяти 8 л газу під тиском Р = 0,5 кгс/см2 і змінювати тиск при незмінній постійній температурі, будуть отримані такі дані: при 1 кгс/см2 газ займе об'єм 4 л, при 2 кгс/см2 - 2л , При 4 кгс/см2 - 1л; при 8 кгс/см2 – 0,5л.

Таким чином, при постійній температурі будь-яке підвищення тиску призводить до зменшення обсягу газу, а зменшення обсягу газу - підвищення тиску.

Залежність між обсягом газу та тиском при незмінній температурі широко застосовується для різних розрахунків у водолазній практиці.

Закони Гей-Люссака та Шарля

Закон Гей-Люссака виражає залежність обсягу та тиску газу від температури: при постійному тиску обсяг даної маси газу прямо пропорційний його абсолютній температурі:

де Т1 і Т2 - температура в Кельвінах (К), яка дорівнює температурі в ° С + 273,15; тобто. 0 ° С? 273 К; 100 °С - -373 К, а 0оК = -273,15 оС.

Отже, будь-яке підвищення температури призводить до збільшення об'єму, або, іншими словами, зміна об'єму даної маси газу V прямо пропорційно зміні температури t газу при постійному тиску(Тобто при ізобаричному процесі). Це положення виражається формулою:

де V1 - обсяг газу за даної температури; V0 - вихідний обсяг газу за 0°С; б - коефіцієнт об'ємного розширення газу.

При нагріванні різних газівна однакове числоградусів відносне збільшення обсягу однаково для всіх газів. Коефіцієнт б є постійною для всіх газів величиною збільшення обсягу, що дорівнює 1/273 або 0,00367 оС-1. Цей коефіцієнт об'ємного розширеннягазів показує, яку частину обсягу, займаного при 0°З, зростає обсяг газу, якщо його нагріти на 1°З постійному тиску.

Співвідношення між тиском і температурою підпорядковується тій самій закономірності, а саме: зміна тиску даної маси газу прямо пропорційна температурі при незмінному обсязі (тобто при ізохорному процесі: від грецьких слів"ізос" - рівний і "хорема" - місткість), що виражається формулою:

Рt = Р0 (1 + бt),

де Рt - тиск газу при цій температурі; Р0 - вихідний тиск газу при 0 ° С; б - коефіцієнт об'ємного розширення газу.

Ця залежність була встановлена ​​Ж. Шарлем за 25 років до публікації Ж. Л. Гей-Люссака і нерідко називається законом Шарля. Залежність об'єму температури при постійному тиску також була вперше встановлена ​​Шарлем.

При зниженні температури газу його тиск зменшується, а при температурі -273,15 ° С тиск будь-якого газу дорівнює нулю. Ця температура називається абсолютним нулемтемператури. При цьому припиняється хаотичне тепловий рухмолекул і кількість теплової енергії стає рівним нулю. Наведені залежності, що виражають закони Шарля та Гей-Люссака, дозволяють вирішувати важливі практичні завданняпри підготовці та плануванні підводних занурень, такі, наприклад, як визначення тиску повітря в балонах при зміні температури, відповідні йому зміна запасів повітря та часу перебування на даній глибині тощо.

Рівняння стану ідеального газу

Якщо залежність між об'ємом, тиском і температурою зв'язати воєдино і виразити одним рівнянням, то виходить рівняння стану ідеального газу, яке поєднує закони Бойля – Маріотта та Гей-Люссака. Це рівняння вперше виведено Б.П.Клайпероном шляхом перетворень рівнянь, запропонованих його попередниками. Рівняння Клайперона полягає в тому, що добуток тиску газу даної маси на об'єм, поділений на абсолютну температуру, є постійна величина, не залежна від стану, в якому знаходиться газ. Одна з форм написання цього рівняння:

У цьому випадку постійна газова r залежатиме від природи газу. Якщо масою газу є моль (грам-молекула), то постійна газова R є універсальною і не залежить від природи газу. Для маси газу, що дорівнює 1 молю, рівняння набуде наступного вигляду:

Точне значення R становить 8,314510 Дж моль -1 К-1

Якщо брати не 1 моль, а будь-яку кількість газу, що має масу m, то стан ідеального газу можна виразити зручним для розрахунків рівнянням Менделєєва - Клайперона в тому вигляді, в якому воно було вперше записано Д. І. Менделєєвим у 1874 р.:

де m - маса газу, г; М - молярна маса.

Рівняння стану ідеального газу може використовуватись для розрахунків у водолазній практиці.

приклад. Визначити, який об'єм займають 2,3 кг водню при температурі + 10 °С та тиску 125 кгс/см2

де 2300 – маса газу, г; 0,082 – газова постійна; 283 - температура Т (273+10); 2 - молярна маса водню М. З рівняння випливає, що тиск, що чиниться газом на стінки судини, дорівнює:

Це тиск зникає або за m > 0 (коли майже зникає газ), або за V> ? (коли газ необмежено розширюється), або за Т > 0 (коли молекули газу рухаються).

Рівняння Ван-дер-Ваал'са

Ще М. У Ломоносов вказував на те, що закон Бойля - Маріотта не може бути вірним за дуже великих величинахтиску, коли відстані між молекулами можна порівняти з їх власними розмірами. Згодом повністю підтвердилося те, що відступи від поведінки ідеальних газів будуть значними за дуже високих тискахі дуже низьких температурах. У цьому випадку рівняння ідеального газу дасть невірні результати без урахування сил взаємодії молекул газу та об'єму, який вони займають. Тому в 1873 р. Ян Дідерік Ван-дер-Ваальс запропонував внести до цього рівняння дві поправки: тиск і обсяг.

Закон Авогадро

Авогадро висунув гіпотезу, за якою за однакових умов температури та тиску всі ідеальні гази незалежно від їх хімічної природимістять в одиниці обсягу рівне числомолекул. Звідси випливає, що маса рівних обсягівгазу пропорційна їхній молекулярній масі.

Виходячи із закону Авогадро, знаючи обсяги досліджуваних газів, можна визначити їхню масу і, навпаки, по масі газу дізнатися про його обсяг.

Закони газової динаміки

Закон Дальтона. Тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних (часткових) тисків окремих газів, що становлять суміш, тобто тих тисків, які виробляв би кожен газ окремо, якби він був узятий при тій же температурі обсягом суміші.

Парціальний тиск газу Pr пропорційно процентному змістуЗ цього газу та величині абсолютного тиску Рабс газової сумішіі визначається за формулою:

Pr = Pa6с С/100,

де Pr - парціальний тискгазу у суміші, кг/см2; З - об'ємне вміст газу суміші, %.

Проілюструвати даний законможна, порівнявши суміш газів у замкнутому обсязі з набором гир різної ваги, покладених на ваги. Очевидно, що кожна з гир натискатиме на чашу терезів незалежно від наявності на ній інших гир.

Фізикохімічні властивості нафти та параметри її, що характеризують: щільність, в'язкість, стисливість, об'ємний коефіцієнт. Їхня залежність від температури та тиску

Фізичні властивостіпластових нафт сильно відрізняються від властивостей поверхневих дегазованих нафт, що обумовлюється впливом температури, тиску і розчиненого газу. Зміна фізичних властивостей пластових нафт, пов'язаних з термодинамічних умов знаходження їх у пластах, враховують при підрахунку запасів нафти та нафтового газу, при проектуванні, розробці та експлуатації нафтових родовищ.

густинадегазованої нафти змінюється в широких межах - від 600 до 1000 кг/м 3 і більше і залежить переважно від вуглеводневого складу та вмісту асфальтосмолистих речовин.

Щільність нафти у пластових умовах залежить від кількості розчиненого газу, температури та тиску. З підвищенням тиску щільність дещо збільшується, а з підвищенням двох інших факторів – зменшується. Вплив останніх чинників позначається більше. Щільність нафт, насичених азотом або вуглекислотою, дещо зростає із підвищенням тиску.

Вплив кількості розчиненого газу та температури позначається сильніше. Тому щільність газу в результаті завжди менше щільностідегазованої нафти на поверхні. У разі підвищення тиску щільність нафти значно зменшується, що з насиченням нафти газом. Зростання тиску вище тиску насичення нафти газом сприяє деякому збільшенню густини нафти.

На щільність пластових вод, крім тиску, температури та розчиненого газу, сильно впливає їхня мінералізація. При концентрації солей у пластовій воді 643 кг/м 3 щільність її сягає 1450 кг/м 3 .

Об'ємний коефіцієнт. При розчиненні газу рідини обсяг її збільшується. Відношення об'єму рідини з розчиненим у ній газом у пластових умовах до об'єму цієї ж рідини на поверхні після її дегазації називається об'ємним коефіцієнтом

b = V ПЛ / V ПОВ

де V ПЛ - обсяг нафти у пластових умовах; V ПОВ - обсяг тієї ж нафти при атмосферному тискута t=20°С після дегазації.

Так як у нафті може розчинятися дуже велика кількістьвуглеводневого газу (навіть 1000 і більше м 3 в 1 м 3 нафти), залежно від термодинамічних умов, об'ємний коефіцієнт нафти може досягати 3,5 і більше. Об'ємні коефіцієнти для пластової води становлять 0,99-1,06.

Зменшення обсягу видобутої нафти порівняно з обсягом нафти у пласті, виражене у відсотках, називається «усадкою»

u = (b-1) / b * 100%

При зниженні тиску від початкового пластового р 0 тиску насичення об'ємний коефіцієнт мало змінюється, т.к. нафта з розчиненим у ній газом поводиться в цій галузі як звичайна рідина, що слабо стискається, злегка розширюючись при зниженні тиску. У міру зниження тиску газ поступово виділяється з нафти і об'ємний коефіцієнт зменшується. Збільшення температури нафти погіршує розчинність газів, що призводить до зменшення об'ємного коефіцієнта

В'язкість.Однією з найважливіших показників нафти є в'язкість. В'язкість нафти враховують майже при всіх гідродинамічних розрахунках, пов'язаних з підйомом рідини по насосно-компресорних трубах, промиванням свердловин, транспортом свердловини по внутрішньопромислових трубах, обробкою привибійних зон пласта різними методами, а також при розрахунках, пов'язаних із рухом нафти у пласті.

В'язкість пластової нафти сильно відрізняється від в'язкості поверхневої нафти, так як у своєму складі має розчинений газ і знаходиться в умовах підвищених тисків та температур. Зі збільшенням кількості розчиненого газу та температури в'язкість нафт зменшується.

Підвищення тиску, нижче тиску насичення призводить до збільшення газового фактора і, як наслідок, зменшення в'язкості. Підвищення тиску вище тиску насичення пластової нафти призводить до збільшення величини в'язкості

З підвищенням молекулярної масинафти в'язкість її зростає. Також на в'язкість нафти надає великий впливвміст у ній парафінів та асфальтосмолистих речовин, як правило, у бік її збільшення.

Стиснення нафти. Нафта має пружність, т. е. здатність змінювати свій обсяг під впливом зовнішнього тиску. Пружність рідини вимірюється коефіцієнтом стисливості, що визначається як відношення зміни об'єму рідини до її початкового об'єму при зміні тиску:

β П =ΔV/(VΔP) , де

ΔV – зміна обсягу нафти; V - Початковий обсяг нафти; ΔP – зміна тиску

Коефіцієнт стисливості пластової нафти залежить від складу, вмісту в ній розчиненого газу, температури та абсолютного тиску.

Дегазовані нафти мають порівняно низький коефіцієнт стисливості порядку (4-7) *10 -10 1/Па, а легкі нафти, що містять у своєму складі значну кількість розчиненого газу, - до 140*10 -10 1/Па. Чим більша температуратим більше коефіцієнт стисливості.

Густина.

Під густиною зазвичай розуміють масу речовини, укладену в одиниці об'єму. Відповідно розмірність цієї величини - кг/м3 або г/см3.

ρ=m/V

Щільність нафти у пластових умовах зменшується через розчинений у ній газу та у зв'язку з підвищенням температури. Однак при зниженні тиску нижче тиску насичення залежність щільності нафти носить немонотонний характер, а при збільшенні тиску вище тиску насичення нафта стискається і щільність дещо збільшується.

В'язкість нафти.

В'язкість характеризує силу тертя ( внутрішнього опору), що виникає між двома суміжними шарами всередині рідини або газу на одиницю поверхні при їх взаємному переміщенні.

В'язкість нафти визначається експериментальним шляхом спеціальному віскозиметрі ВВД–У. Принцип дії віскозиметра заснований на вимірі часу падіння металевої кульки досліджуваної рідини.

В'язкість нафти при цьому визначають за формулою:

μ = t (ρ ш - ρ ж) · k

t – час падіння кульки, з

ρ ш і ρ ж - щільність кульки та рідини, кг/м 3

k – постійна віскозиметра

Підвищення температури спричинює зменшення в'язкості нафти (рис. 2. а). Підвищення тиску, нижче тиску насичення призводить до збільшення газового фактора і, як наслідок, зменшення в'язкості. Підвищення тиску вище тиску насичення пластової нафти призводить до збільшення величини в'язкості (рис. 2. б).

Мінімальна величина в'язкості має місце, коли тиск у пласті стає рівним пластовому тиску насичення.

Стиснення нафти

Нафта має пружність. Пружні властивості нафти оцінюються коефіцієнтом стисливості нафти. Під стисливістю нафти розуміється здатність рідини змінювати свій обсяг під впливом тиску:

β н = (1)

β н – коефіцієнт стисливості нафти, МПа -1-

V н - вихідний обсяг нафти, м 3

∆V – вимірювання обсягу нафти під дією вимірювання тиску ∆Р

Коефіцієнт стисливості характеризує відносну зміну одиниці обсягу нафти за зміни тиску одиницю. Він залежить від складу пластової нафти, температури та абсолютного тиску. Зі збільшенням температури коефіцієнт стисливості збільшується.

Об'ємний коефіцієнт

Під об'ємним коефіцієнтом розуміють величину, що показує скільки разів обсяг нафти в пластових умовах перевищує обсяг тієї ж нафти після виділення газу на поверхні.

в = V пл / V дег

в – об'ємний коефіцієнт

V пл і V дег – обсяги пластової та дегазованої нафти, м 3

При зниженні тиску початкового пластового р 0 до тиску насичення (відрізок аб) об'ємний коефіцієнт мало змінюється, т.к. нафта з розчиненим у ній газом поводиться в цій галузі як звичайна рідина, що слабо стискається, злегка розширюючись при зниженні тиску.

У міру зниження тиску газ поступово виділяється з нафти і об'ємний коефіцієнт зменшується. Підвищення температури нафти погіршує розчинність газів, що призводить до зменшення об'ємного коефіцієнта.

Вплив на щільність газу температури та тиску Гази, на відміну від краплинних рідин, характеризуються значною стисливістю та високими значеннямикоефіцієнта температурного розширення. Залежність щільності газу від тиску та температури встановлюється рівнянням стану. Найбільш простими властивостямимає газ, розріджений настільки, що взаємодія між його молекулами може не враховуватися. Це ідеальний (досконалий) газ, для якого справедливе рівняння Менделєєва-Клапейрона:

Вплив на щільність газу температури та тиску р - абсолютний тиск; R - питома газова постійна, різна для різних газів, але не залежить від температури і тиску (для повітря R = 287 Дж/(кг К); Т - абсолютна температура. Поведінка реальних газів в умовах, далеких від зрідження, лише трохи відрізняється від поведінки досконалих газів, і для них у широких межах можна користуватися рівняннями стану досконалих газів.

Вплив на щільність газу температури та тиску У технічних розрахунках щільність газу зазвичай призводять до нормальних фізичним умовам: T=20°C; р = 101 325 Па. Для повітря в даних умовах ρ=1, 2 кг/м 3. Щільність повітря за інших умов визначається за формулою:

Вплив на щільність газу температури та тиску За цією формулою для ізотермічного процесу(Т = сonst): Адіабатичний процес- Це процес, що протікає без зовнішнього теплообміну. Для адіабатичного процесу k=ср /сv адіабатична постійна газу; ср - теплоємність газу при постійному тиску; сv - те саме, при постійному обсязі.

Вплив на щільність газу температури та тиску Важливою характеристикою, Що визначає залежність зміни щільності при зміні тиску в потоці, що рухається, є швидкість поширення звуку а. У однорідному середовищішвидкість поширення звуку визначається з виразу: Для повітря а = 330 м/с; для Вуглекислий газ 261 м/с.

Вплив на щільність газу температури і тиску Так як обсяг газу великою мірою залежить від температури і тиску, висновки, отримані при вивченні краплинних рідин, можна поширювати на гази лише в тому випадку, якщо в межах явища, що розглядається, зміни тиску і температури незначні. 3 початкові різниці тисків, що викликають істотну зміну щільності газів, можуть виникнути при їх русі з великими швидкостями. Співвідношення між швидкістю руху та швидкістю звуку в ній дозволяє судити про необхідність урахування стисливості в кожному конкретному випадку.

Вплив на щільність газу температури та тиску Якщо рідина чи газ рухається, то для оцінки стисливості користуються не абсолютним значенням швидкості звуку, а числом Маха, рівним відношеннюшвидкість потоку до швидкості звуку. М = ν/а Якщо число Маха значно менше одиниці, то крапельну рідину чи газ можна вважати практично стисливим

рівновага газу При малій висоті стовпа газу його щільність можна вважати однаковою по висоті стовпа: тоді тиск, створюваний цим стовпом, визначають за основним рівнянням гідростатики. При великій висотістовпа повітря щільність його в різних точкахвже не однакова, тому рівняння гідростатики у разі не застосовується.

Рівновага газу Розглядаючи диференціальне рівнянняДля того, щоб проінтегрувати це рівняння, необхідно знати закон зміни температури повітря по висоті стовпа повітря. Виразити зміну температури простою функцією висоти або тиску не можна, тому рішення рівняння може бути тільки наближеним.

Для окремих шарів атмосфери з достатньою точністю можна прийняти, що зміна температури в залежності від висоти (а для шахти - від глибини) відбувається по лінійному закону: Т = Т 0 +αz, де Т і Т 0 - абсолютна температура повітря відповідно на висоті (глибині) z і на поверхні землі - температурний градієнт, що характеризує зміну температури повітря при збільшенні висоти (-?) або глибини (+?) на 1 м, К/м.

Рівновага газу Значення коефіцієнта α на різних ділянках за висотою в атмосфері або за глибиною в шахті різні. Крім того, вони залежать також від метеорологічних умов, пори року та інших факторів. При визначенні температури в межах тропосфери (тобто до 11000 м) зазвичай приймають ? мокрих – 0,01.

Рівновість газу Підставляючи в диференціальне рівняння тиску формулу зміни температури, та інтегруючи його, отримуємо Рівняння вирішується щодо Н, замінюючи натуральні логарифмидесятковими, - його значенням з рівняння через температуру, R - значенням для повітря, рівним 287 Дж/ (кг К); та підставляємо g = 9, 81 м/с2.

Рівновага газу В результаті цих дій виходить барометрична формулаН = 29, 3(Т-Т 0)(lg p/p 0)/(lg. T 0/T), а також формула для визначення тиску де n визначається за формулою

Закон збереження енергії в механічній формі для елемента довжини dx круглої труби діаметром d за умови, що зміна геодезичної висоти мало в порівнянні зі зміною п'єзометричного напору, має вигляд. питомої енергіїна тертя взяті за формулою Дарсі-Вейсбаха Для політропічного процесу з постійним показником політропи n = const та в припущенні, що λ= const після інтегрування виходить закон розподілу тиску вздовж газопроводу

Для руху магістральних газопроводів для масової витрати можна записати формулу

УСТАНОВЛЕНИЙ РУХ ГАЗІВ У ТРУБАХ М ω При n = 1 формули справедливі для ізотермічного перебігу газу. Коефіцієнт гідравлічного опору для газу в залежності від числа Рейнольдса можна обчислити за формулами, що використовуються при перебігу рідини.

При русі реальних вуглеводневих газівдля ізотермічного процесу використовується рівняння стану де коефіцієнт стисливості z природних вуглеводневих газів визначається за експериментальними кривими або аналітично - за наближеними рівняннями стану.

ω

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ

1. Щільність газу -маса 1 м 3 газу при температурі 0 0 та тиску 0,1 МПа (760 мм. рт. стовпа). Щільність газу залежить від тиску та температури. Щільність газів змінюється не більше 0,55 – 1 г/см 3 .

Зазвичай використовується відносна густина повітрям (безрозмірна величина – відношення щільності газу до щільності повітря; нормальних умовахгустина повітря 1, 293 кг/м 3).

2. В'язкість газів –внутрішнє тертя газів, що виникає під час його руху. В'язкість газів дуже мала 1 . 10-5 Па.с. Така низька в'язкість газів забезпечує їхню високу рухливість по тріщинах і порах.

3. Розчинність газів -одне з найважливіших властивостей. Розчинність газів у нафті чи воді при тиску трохи більше 5 МПа підпорядковується закону Генрі, тобто. кількість розчиненого газу прямо пропорційно тиску та коефіцієнту розчинності.

При вищих тисках розчинність газу визначається вже цілим рядом показників: температурою, хімічним складом, мінералізацією підземних водта ін. Розчинність вуглеводневих газів у нафтах у 10 разів більша, ніж у воді. Жирний газ краще розчиняється у нафті, ніж сухий. Легшая нафта розчиняє більше газу, ніж важка.

4. Критична температурагазу. Для кожного газу існує температура, вище якої не переходить у рідкий стан, як би був великий тиск, тобто. критична t(для СН 4 tкр = -82,1 0 С). Гомологи метану можуть перебувати в рідкому стані(для 2 Н 6 tкр = 32,2 0 С, 3 Н 8 tкр = 97,00С).

5. Дифузія- Це мимовільне переміщення газів на молекулярному рівніза напрямом зменшення концентрацій.

6. Об'ємний коефіцієнт пластового газу- це відношення обсягу газу в пластових умовах до обсягу того ж газу в стандартних умовах

(T = 0 0 і P = 0,1 МПа).

В г = V г пл /V г ст

Обсяг газу пласті в 100 разів менше, ніж у стандартних умовах, т.к. газ має надстисливість.

ГАЗОКОНДЕНСАТИ

Не тільки газ здатний розчинятися у нафті, а й нафта може розчинятися у газі. Це відбувається за певних умов, а саме:

1) обсяг газу більший за обсяг нафти;

2) тиск 20-25 МПа;

3) температура 90-95 0С.

За цих умов рідкі вуглеводні починають розчинятися у газі. Поступово суміш повністю перетворюється на газову. Це явище називається ретроградним випаровуванням.При зміні однієї з умов, наприклад, при зниженні тиску покладу в процесі розробки цієї суміші починає виділятися конденсат у вигляді рідких вуглеводнів. Його склад: З 5 Н 12 (пентан) і вище. Це явище називається ретроградною конденсацією.

Газоконденсат – рідка частина газоконденсатних скупчень. Газоконденати називають світлими нафтами, оскільки вони містять асфальто-смолистых речовин. Щільність газоконденсату 0,65-0,71 г/см3. Щільність газоконденсатів збільшується з глибиною, також вона змінюється (зазвичай збільшується) у процесі розробки.

Розрізняють сирий конденсат та стабільний.

Сирий являє собою витягнуту на поверхню рідку фазу, В якій розчинені газоподібні компоненти. Сирий конденсат отримують безпосередньо у промислових сепараторах при тисках та температурах сепарації.

Стабільний газоконденсат одержують із сирого шляхом його дегазації, він складається з рідких вуглеводнів (пентану) та вищих.

ГАЗОГІДРАТИ

Більшість газів утворюють із водою кристалогідрати – тверді речовини. Ці речовини називаються газогідратами і утворюються при низьких температурах, високих тисках і на невеликих глибинах. За своїм виглядом нагадують пухкий лід чи сніг. Поклади такого типу виявлено у районах вічної мерзлотиЗахідний та Східного Сибірута в акваторіях північних морів.

Проблема використання газогідратів поки що достатньою мірою не розроблена. Усі питання видобутку газогідратів зводяться до створення у пласті таких умов, за яких би газогідрати розклалися на газ та воду.

Для цього необхідно:

1) зниження тиску у пласті;

2) підвищення температури;

3) добавка спеціальних реагентів.

Закономірності та зміни властивостей нафти та газу в покладах та родовищах

Так і в результаті фізико-хімічних змін нафт і газів, що відбуваються під впливом води, що впроваджується в поклади, і зміни пластових тиску і температури. Тому для обґрунтованих прогнозів змін властивостей нафти і газу в процесі розробки необхідно мати чіткі уявлення: а) про закономірності зміни властивостей нафти і газу за обсягом покладу до початку розробки; б) про процеси фізико-хімічної взаємодії нафт і газів з водами, що надходять у продуктивний пласт (особливо із закачуваними водами іншого складу, ніж пластова вода); в) про напрями переміщення флюїдів у продуктивному пласті в результаті експлуатації свердловин; г) про зміни пластових тиску і температури протягом періоду розробки покладу. Закономірності зміни властивостей нафти та газу за обсягом покладу.Повна однаковість властивостей нафти і розчиненого в ній газу в межах одного покладу - досить рідкісне явище. Для нафтових покладів зазвичай зміни властивостей досить закономірні і виявляються насамперед у збільшенні щільності, зокрема оптичної щільності, в'язкості, вмісту асфальто-смолистих речовин, парафіну і сірки в міру зростання глибини залягання пласта, тобто від склепіння до крил і від покрівлі до підошви в потужних пластах. Фактична зміна густини в межах більшості покладів зазвичай не перевищує 0,05-0,07 г/см3. Однак дуже часто градієнт наростання щільності та її абсолютні значеннярізко зростають у безпосередній близькості до водонафтового контакту Нерідко щільність нафти вище ізолюючого шару практично постійна. , Досягає мінімуму, а потім збільшується в міру наближення до ВНК. Описані закономірності найбільш характерні для високих покладів родовищ складчастих областей. Основною причиною їх утворення є гравітаційна диференціація (розшарування) нафт за щільністю всередині покладу, подібно до розшарування газу, нафти і води в межах пласта. Істотна зміна властивостей нафт у зоні ВНК та верхніх частинахнафтових покладів відкритого типу пов'язано з окислювальними процесами.

Для покладів платформних областей з невисоким поверхом нафтоносності і великою зоною ВНК гравітаційне розшарування проявляється набагато слабкіше і основний вплив на зміну властивостей нафти надають окислювальні процеси в зоні, що підстилається підошовною водою.

Одночасно зі збільшенням щільності нафти, як правило, зростають її в'язкість вміст асфальто-смолистих речовин і парафіну, а також зменшуються газоміст і тиск насичення розчинених газів.

Незважаючи на високу дифузійну активність газів, мінливість їх складу в межах єдиного покладу - далеко не рідкісне явище. Найбільш різко вона проявляється у змісті кислих компонентів - вуглекислоти СО2 і особливо сірководню Н2S. Явних закономірних змін концентрації по висоті покладу зазвичай немає.

Газоконденсатні поклади без нафтової облямівки з невисоким поверхом газоносності та невисоким конденсатогазовим фактором, як правило, мають досить стабільний склад газу, склад та вихід конденсату. Однак при висоті газоконденсатного покладу понад 300 м починають помітно проявлятися процеси гравітаційного розшарування, призводячи до збільшення вмісту конденсату вниз по падінню пласта, особливо різко для покладу з високим поверхом газоносності і нафтовою облямівкою. У цьому випадку зміст конденсату в знижених ділянках покладу може бути в кілька разів вище, ніж у зводі покладу. Відомі, зокрема, приклади, коли конденсатогазовий фактор у свердловинах привідної частини покладу становив 180 см 3 /м 3 , а поблизу газонафтового контакту - 780 см 3 / м 3 , тобто в межах одного покладу вміст конденсату змінювалося в 4 рази. Коливання в 1,5-2 рази звичайні для багатьох родовищ високими поверхамигазоносності при виході конденсату понад 100 см3/м3.

Як правило, при зменшенні температури щільність збільшується, хоча зустрічаються речовини, чия щільність поводиться інакше, наприклад, вода, бронза та чавун. Так, щільність води має максимальне значення при 4 °C і зменшується як із підвищенням, так і зі зниженням температури щодо цього числа.

При зміні агрегатного стану щільність речовини змінюється стрибкоподібно: щільність зростає при переході з газоподібного стану в рідкий і затвердіння рідини. Щоправда, вода є винятком із цього правила, її щільність при затвердінні зменшується.

Відношення П. двох речовин за певних стандартних фізичних умов називається відносною П.: для рідких і твердих речовинвона зазвичай визначається по відношенню до П. дистильованої води при 4 ° С, для газів - по відношенню до П. сухого повітря або водню при нормальних умовах.

Одиницею П. у СІ є кг/м 3 , у СГС системі одиниць г/см 3 . Насправді користуються також позасистемними одиницями П.: г/л, т/м 3 та ін.

Для вимірювання П. речовин застосовують густоміри, пікнометри, ареометри, гідростатичне зважування (див. Мора ваги) . Др. методи визначення П. засновані на зв'язку П. з параметрами стану речовини або з залежністю процесів, що протікають в речовині від його П. Так, щільністьідеального газу може бути обчислена зарівняння стану r = pm/RT, де р-тиск газу, m - йогомолекулярна маса (мольна маса), R -газова постійна , Т - абсолютна температура, або визначена, наприклад, за швидкістю поширення ультразвуку (тут b - адіабатичнастисливість газу).

Діапазон значень П. природних тіл та середовищ виключно широкий. Так, П. міжзоряного середовища не перевищує 10 -21 кг/м 3 , середня П. Сонця складає 1410 кг/м 3 , Землі - 5520 кг/м 3 , найбільша П. металів – 22 500 кг/м 3 (осмій), П. речовини атомних ядер - 10 17 кг/м 3 , нарешті, П. нейтронних зірок може, мабуть, досягати 10 20 кг/м 3 .

Манометр- це механічний вимірювальний прилад, що конструктивно є сталевим або пластиковим циферблатом з пружиною у вигляді трубки, призначений для вимірювання тиску рідких і газоподібних речовин.

У механічних манометрах вимірюваний тиск за допомогою чутливого елемента перетворюється на механічне переміщення, що викликає механічне відхилення стрілок або інших деталей механізмів відліку, запис результату вимірювань, а також пристроїв сигналізації та стабілізації тисків в системах контрольованого об'єкта. Як чутливі елементи механічних манометрів застосовуються трубчасті пружини, гармонікові (сильфонні) і плоскі мембрани та інші вимірювальні механізми, в яких під дією тиску викликаються пружні деформації або пружності спеціальних пружин.

По точності всі механічні манометри поділяються на: технічні, контрольні та зразкові. Технічні манометри мають класи точності 1,5; 2,5; 4; контрольні 0,5; 1,0; зразкові 0,16; 0,45.

Манометричні трубчасті пружини являють собою пустотілі трубки овального або іншого перерізу, вигнуті по дузі кола, гвинтовою або спіральною лініями і мають один або кілька витків. У звичайній конструкції, яка найчастіше застосовується на практиці, використовуються одновиткові пружини. Принципова та структурна схемиманометра з одновитковою трубчастою пружиною представлені на рис.2.

Рис.2. Механічний манометр та його характеристики

До штуцера 1 припаяний кінець манометрической пружини 5. Другий запаяний кінець До шарнірно зв'язаний тягою 3 з важелем зубчастого сектора 4. Зуб'я сектора зчеплені з веденим зубчастим колесом 6, яке насаджено на вісь 7 стрілки 9. Для усунення кіл зубчастої передачі застосовують спіральну пружину 2 кінці якої пов'язані з корпусом і віссю 7. Під стрілкою знаходиться нерухома шкала.

Під дією різниці тисків всередині і знайдерубчаста пружина змінює форму свого перерізу, в результаті чого її запаяний кінецьК переміщається пропорційно діючої різниці тисків .

Структурна схема механічного манометра (рис.2,б) складається з трьох лінійних ланок I, II, III, статичні характеристики яких представлені графіками ,і, де переміщення вільного кінця трубчастої пружини, початковий центральний куттрубчаста пружина. Завдяки лінійності всіх ланок загальна статична характеристика манометра лінійна та шкала рівномірна. Вхідною величиною ланки є вимірюваний тиск , а вихідний - переміщення вільного (запаяного) кінця манометрической пружини5. Тяга 3 з важелем зубчастого сектора 4 утворює другу ланку. Вхідний величиною ланки II є , а вихідний - кутове відхилення кінця манометричної пружини. Вхідною величиною ланки III (ланка III - це зубчастий сектор, зчеплений з веденим зубчастим колесом 6) служить кутове відхилення , а вихідний - кутове відхилення стрілки9 від нульової позначки шкали 8.

Механічні манометри застосовують для вимірювань області низького вакууму. У деформаційних манометрах пружний елемент, пов'язаний з індикатором, прогинається під дією різниці вимірюваного та еталонного тисків (атмосфера або високий вакуум). У промислових сильфонних манометрах серії ВС-7 вимірюваний тиск викликає переміщення сильфона, що передається самописцеві. Ці прилади мають лінійну шкалу до 760 тор та точність показань 1,6%.