Файл: Справочное руководство по проектированию разработки и эксплуатации нефтяных месторождений. Проектирование разработки.pdf

где п — число компонентов; Mi — молекулярная масса i-ro компонента; хи yt — молярные доли i-ro компонента в жидкой и газовой фазах.

Суммирование в (111.2) и (Ш.З) может проводиться как с учетом разделения остатка на составляющие фракции, так и без разделения. Точность расчета Мг и Мж по (II 1.2) и (Ш.З) в значительной степени определяется точностью экспери­ ментального установления молекулярной массы остатка или ее расчета по спосо­ бам, описанным в гл. II.

Расчет плотности газовой фазы

Один из самых простых идостаточноточных способов расчета плотности газо­ вой смеси через его молярный объем основан на применении уравнения Ред­ лиха—Квонга

где p — давление, МПа; T — температура, К; VT — объем 1 моля газа, см*/моль; R = 8,3144 Дж/(моль- К) — универсальная газовая постоянная,

Ркр Г. ?кр i — критические давление и температура i-го компонента в МПа и К» соответственно.

Значения ркр t и Ткр*для остатка или фракций определяют по рие. II.4 или рассчитывают по формулам (11.9) и (11.10) с использованием результатов разгонки остатка по НТК. Для чистых компонентов /?Кр i и TKpi приведены в табл. II.4. Из трех возможных корней уравнения (II 1.4) для объема газовой фазы Vr выби­ рают с максимальным значением. Погрешность при определении молярного объема газовой фазы по уравнению Редлиха—Квонга составляет до 2 %. Само уравнение справедливо для широкого диапазона изменения давления, температуры и состава смеси. Точность расчетов Vr во многом зависит от точности определения крити­

в примере 1, описанном в гл. II (см. табл. 11.13). Состав газа приведен в табл. 11.13 (молекулярная масса Мг = 26,0).

В процессе расчета молярного объема газа по уравнению Редлиха—Квонга (II 1.4) получаем Vr = 4062 см^/моль при плотности газа

Рг = Mr/vr = 4Qg2 = 0,0064 г/см3.

Плотность газовой фазы нефтегазовых систем также можно определить по корреляционным зависимостям, связывающим ее с давлением, температурой и эмпирически установленными характеристиками смесей в нормальных условиях.

Плотность природного, конденсатного или нефтяного газа при заданных р и Т можно рассчитать по любому из следующих соотношений,получаемых из обобщен­ ного газового закона:

61

Рис. III.1. (Зависимость коэффициента сжимаемости легких углеводородных газов от давления и температуры

Расчет плотности по любому из уравнений (II 1.7) сводится к определению коэффициента сжимаемости газа, который можно рассчитать с помощью различ­ ных корреляционных зависимостей, основанных на использовании принципа соответственных состояний.

ратуре Т = 55 °С, имеющего относительную плотность (по воздуху) в стандартных условиях рСтг= 0>75 и содержащего незначительное количество неуглеводород­

по диаграммам, приведенным на рис. III.2—III.6. Для определения коэффициента сжимаемости по этим диаграммам, помимо р, Т ирстг, у (относительной плотности

62

газа, не содержащего неуглеводород­ ных компонентов), следует знать со­ держание в газе неуглеводородных компонентов и остатка, а также зна­ чений Мост и рост или характеристик разгонки остатка по ИТК.

вают его псевдокритическое давление

Рпк и температуру Тик* Эти величины можно рассчитать и непосредственно по соотношениям, аппроксимирующим графические зависимости:

Рпк = 1,669 [9,668 —

— (Рст г. у — 0,248)2jl/2 _ 0,667,

где Nt — молярное содержание i-ro условного компонента в остатке; пг — число условных компонентов, составляющих остаток. Значения TKVi и рКрi в формуле

(ШЛО) определяют по той же диаграмме с помощью значений р и М условных компонентов.

3. По найденным рПк и Тпк обеих углеводородных групп и их относительному содержанию, пользуясь правилом аддитивности, рассчитывают рПк и Гпк всей углеводородной части смеси:

рассчитывают псевдоприведенные давление и температуру, а по диаграмме на рис. III.4 — коэффициент сжимаемости углеводородной части смеси zy.

5. По р и Т с помощью диаграмм на рис. II1.5 и II1.6 определяют коэффи­ циенты сжимаемости неуглеводородных составляющих: zco и zN .

63

Рис. HI.4. Зависимость коэффициента сжимаемости углеводородных газов от псевдоприведенных давления и температуры

6. Средневзвешенный коэффициент сжимаемости смеси рассчитывают в соот­ ветствии с правилом аддитивности

где N — молярные доли составляющих смеси.

После расчета коэффициента сжимаемости плотности газов при различных условиях вычисляют по любому из уравнений (III.7).

Пр и м е р 3. Рассчитать плотность газа при следующих условиях: давление

р= 9,5 МПа, температура Т = 154 °С, относительная плотность Рстг= 1,14, молярная доля углеводородных компонентов Ny = 0,92, молярная доля азота

64

A/Nj = 0,03, молярная доля углекислого газа NCOo = 0,05; относительная

плотность газа, не содержащего неуглеводородных компонентов, Рстг.у^ 1*2, молярная доля остатка в углеводородной части смеси N0CT = 0,02, плотность остатка в стандартных условиях рост = 0,8 г/см3, молекулярная масса остатка

Л^ост == 180.

М е т о д и к а о п р е д е л е н и я . С помощью рис. II 1.2 находим псевдокритическое давление и. температуру углеводородной части смеси, не содержащей

остатка (рик = 3,75 МПа и 7,Пк = 298 К). По рис. II 1.3 определяем критические параметры остатка (7пк.ост = 658 К и рПк.ост = 2 МПа). По формулам (III.11) и (III. 12) рассчитываем псевдокритические параметры углеводородной части смеси — Рпк = 3,715 МПа и ГПи = 305,2 К, а затем по формуле (III. 13) опреде­ ляем псевдоприведенные значения рпп = 2,5 и ТПц = 1,4. По рис. III.4 опреде­ ляем коэффициент сжимаемости для углеводородной части смеси (zy = 0,725), а по рис. III.5 и III.6 для азота (zNo = 1,034) и углекислого газа (гСОг = 0,89).

Среднемольный коэффициент сжимаемости газа, определенный по формуле (III.14), z = 0,7425. Плотность газа, рассчитанная по уравнению (III.7), рг = = 0,1189 г/см3.

Плотность газовых смесей также можно определить по методикам Стендинга, Максвелла, Висвейнета и Су, Питцера, Кеннеди—Боумена, Авасзи—Кеннеди, Бенедикта—Вебба—Рубина, Старлинга и Хана, Соава.

§ 2. РАСЧЕТ ПЛОТНОСТИ ЖИДКОЙ ФАЗЫ

Для расчета плотности смесей предложен ряд аналитических методов, осно­ ванных на использовании принципов аддитивности парциальных объемов, термо­ динамического подобия, использовании уравнений состояния.

65