天然气物性..ppt

天然气的物理化学性质,,,天然气的体积系数和膨胀系数,5, 笔趣阁,第一节 天然气组成及分类,广义：自然界中天然生成，在一定压力和温度下储藏于地下的气体化合物或气体元素的混合物 石油工业：从油气田开采出来的可燃性气体 采气工程定义：天然气是以石蜡族低分子饱和烃为主的烃类气体和少量非烃气体组成的混合气 一、天然气的组成 1．天然气的组成 定义：组成天然气各组分在天然气中所占数量的百分比 烃类气体： C1、C2－气体； C3、C4－家用液化气（LPG）； －轻质油； 非烃类气体：重点：H2S、CO2； 其他：CO、N2、O2、H2和H2O，硫醇(RSH)、硫醚(R-S-R) 惰性气体：He、Ar 注：,第一节 天然气组成及分类,2.天然气组成特点： （1）具有多样性，表现为：不同地区、不同储集层深度，其天然气组成不同；同一储集层不同气井或同井的不同层位，组成天然气的也不相同；随着开采时间的增加，天然气组分也将发生改变 （2）决定了气藏的经济价值，也导致气藏开采方式和工艺技术上的差别 用途：1）气田分类的依据之一； 2）地面处理的重要数据天然气组成是气田分类的重要依据；也是天然气地面处理的重要依据。

天然气组成的分析方法：目前国内广泛采用气相色谱仪第一节 天然气组成及分类,3.天然气的组成表示法：体积组成、质量组成和摩尔组成1)体积组成yi——在标准状态下，i组分的体积Vi与总体积V之比值∑yi＝1 （2－1）(2)质量组成wi——i组分的质量mi与总质量m之比 ∑wi =1 （2－2）(3)摩尔组成yi——i组分的摩尔数Ni与总摩尔数N之比 ∑yi＝1 （2－3）质量组成和体积组成(摩尔组成)之间换算公式为（2－4）,,,,,,第一节 天然气组成及分类,二、天然气的分类1．按矿藏特点分类：气田气、油田气和凝析气田气 （1）气田气：天然气以气相存在，主要含甲烷，含量一般占95％以上 （2）油田气(包括溶解气和气顶气)：其特征是乙烷和丙烷含量高于气田气。

（3）凝析气田气：凝析气田采出的天然气，除含大量的甲烷外，戊烷及戊烷以上的烃类含量较高 2．按天然气的烃类组成分类（目前无统一标准） （1）干气：按C5界定法指在1m3井口流出物中C5以上液烃含量低于13.5cm3的天然气 （2）湿气：反之，C5以上液烃含量高于13.5cm3的天然气 （3）贫气：C3及以上烃类含量少于100cm3/m3的天然气 （4）富气：C3及以上烃类含量高于100cm3/m3的天然气 3．按天然气中酸气含量分类净气：含硫量少于1g/m3； 酸气：含硫量大于1g/m3,第二节、天然气的视分子量、密度、相对密度和比容,一、天然气视分子量 回忆：分子量定义：天然气是多组分组成的混合气体，无固定分子式，因此无法计算恒定的分子量 定义：工程上为了计算上的需要，人为地将标准状态下(0℃，0.101MPa)下体积为22.4L天然气所具有的质量定义为天然气的视分子量或平均分子量简称：天然气的视分子量（分子量） 特点：视分子量不是恒定值，随组成的不同而变化 计算方法： （约为16～18） （2－5)干燥空气的分子量=28.96,,第二节、天然气的视分子量、密度、相对密度和比容,二、天然气的密度和相对密度 1.天然气密度g：单位体积天然气的质量，称为天然气的密度。

理想条件下： (2-6) 注：①由于天然气分子量是变量，天然气密度也是变量② R——通用气体常数，R=0.008314 ③无说明为标准状态下的密度 2.天然气相对密度g：在标准状态下，天然气密度与干燥空气密度的比值(2-7)式中 air——干燥空气的密度，kg/m3；Mair——干燥空气的分子量，一般＝28.96 在实际操作中，可用该式计算天然气的分子量： Mg ＝Mai r g ＝28.96g,,,,,干气：g=0.58～0.62,三、天然气的比容和临界参数 1.天然气比容 定义：单位质量的天然气所占的体积，用符号：“v”表示；在理想条件下：(2-11) 2.天然气的临界参数 （1）临界参数概念：天然气是混合气体，其临界参数称之为视临界参数 （2）计算：①已知天然气的体积组成，可由下式计算ppc＝∑yi pci （2-17） Tpc＝∑yi Tci (2-18) 式中 ppc—天然气的视临界压力，MPa； Tpc—天然气的视临界温度，K；pci 、Tci —天然气中组分i的临界压力(MPa)、临界温度(K)，可查相关手册。

第二节、天然气的视分子量、密度、相对密度和比容,,第二节、天然气的视分子量、密度、相对密度和比容,②已知g ，可查相关图、表近似地求得天然气工程手册）,第二节、天然气的视分子量、密度、相对密度和比容,③图中的曲线已拟合成以下公式，已知g可选用公式计算 凝析气 g ≥0.7 Tpc＝132.2+116.7g ppc＝5.102+0.689g g ＜0.7 Tpc＝106.1+152.21g ppc＝4.778-0.248g (2-19) 干气 g ≥0.7 Tpc＝92.2+176.6g ppc＝4.881－0.3861g g＜0.7 Tpc＝92.2+176.7g ppc＝4.778－0.248g (2-20)当H2S含量<3％, N2含量<5％或非烃气体总含量不超过7％Thoms等人综合一些新的数据，提出下面公式 干气 ： Tpc＝93.333+180.556g －6.944g2 ppc＝4.6627+0.1034g－0.2586g2 (2-21)凝析气 Tpc＝103.9+183.3g －39.7g2 ppc＝4.868－0.356g －0.077g2 (2-22),第二节、天然气的视分子量、密度、相对密度和比容,（3）非烃校正 步骤如下： ①用查图、查表或计算方法确定ppc 和Tpc 。

②用下式计算校正后的拟临界温度T pc 和ppc 式中 ppc——校正的后拟临界压力，MPa； T pc——校正后的拟临界温度，K；A——天然气中H2S和CO2摩尔分数之和； B——天然气中H2S的摩尔分数； ——拟临界温度校正系数2-23),(2-24),第三节 天然气偏差系数的确定,一、理想气体定律 1.理想气体：是一种假想气体，其分子是不占有容积的质点，且分子之间也没有作用力 采气工程中，一般可将低压下的天然气视为理想气体进行状态计算，基本可满足工程要求 理想气体状态方程：波义耳定律，盖、吕萨克定律，查理定律，阿佛加特罗定律 重要结论：（1）在相同状态条件下，1kmol的任何气体，其所占的体积相等；（2）在标准状态下，其数值均为 22.4m3/kmol2.实际气体状态方程： （1）质量为1kmol的实际气体状态方程pVm＝ZRT 在标准状态下：,,MPa·m3/(kmol·K),第三节 天然气偏差系数的确定,空气 b＝R / Mair＝0.008314/28.97＝0.000287 [ MPa·m3/(Kg·K)] 天然气 b＝R / Mg注：①切不可将通用气体常数R与气体常数b混为一谈②任一条件下的天然气密度,（2）1kg质量的气体,,,p＝ZbT,,标准状态下天然气的密度为 g＝1.205g； air =1.293kg/m3。

3）nkmol气体 pV＝nZRT,(2-25),第三节 天然气偏差系数的确定,二、天然气偏差系数1.偏差系数定义（压缩因子）在一定温度和压力条件下，一定质量的气体实际占有体积Va 与在相同条件下作为理想气体应该占有的体积Vi 之比,,对于理想气体，Z＝1；对于实际气体，Z1 2．偏差系数的计算： 工程上运用对应状态原理（范得华对应状态原理）证实：在相同的对应状态下(对比参数相等)，任何天然气的偏差系数几乎相等，从而提出两参数图或表，即Z＝f(ppr、Tpr)图或表来解决确定偏差系数的问题ppr——拟对比压力；气体绝对工作压力p与临界压力之比ppc即： ； Tpr——拟对比温度；气体绝对工作温度T与临界温度之比Tpc 即： Z= f(p、T、y) =f(ppc，Tpc),,,(2-26),第三节 天然气偏差系数的确定,三、天然气的偏差系数的确定 1.Standing－Katz天然气偏差系数图（图2－1）（不含H2S、CO2） 只要知道天然气的ppc和Tpc，就能从图中差得天然气偏差系数值。

确定天然气偏差系数的步骤如下： ①根据已知的天然气组成或相对密度，求ppc和Tpc； ②如含有非烃(H2S和CO2)，应对ppc、Tpc进行校正； ③根据给定的p、T值和ppc、Tpc值，计算ppr、Tpr；ppr=p/ppc Tpr=T/Tpc ④从图2-1上查得Z值图2.1 斯坦丁—卡兹Z—系数图,第三节 天然气偏差系数的确定,2.用状态方程计算天然气偏差系数 （1）Dranchuk-Purvis-Robinson(DPR)方法,,式中 A1＝0.31506 A2＝-1.04671 A3＝-0.57833 A4＝0.53531A5＝-0.61232 A6＝-0.10489 A7＝0.68157 A8＝0.68447,,——为无因次对比密度,,欲计算Z系数，可采用牛顿迭代法在已知ppr和Tpr的情况下，需经过一个迭代过程求解，其计算公式如下：,,(2-27),(2-28),(2-29),第三节 天然气偏差系数的确定,,,,(2-30),(2-31),第三节 天然气偏差系数的确定,（2）Hall-Yarbough方法,,,式中 t——系数，t＝1/Tpr＝Tpc/T； y——“对比”密度，无因次。

y＝b/4该方法的应用范围：1.05TPr3.0；0.1ppr24.0在已知p和T欲计算Z系数时，是利用两式联立解y，再将y回代到两式中的任何一式，即可求得Z系数2-32),第三节 天然气偏差系数的确定,,,用牛顿迭代法求解y值解题步骤如下： ①赋初值,或,,(2-33),(2-34),(2-35),第三节 天然气偏差系数的确定,②利用式(2-33)计算F(y)； ③利用式(2-34)计算F'(y)； ④利用牛顿迭代格式，求新的y值,,⑤迭代，直至：,,⑥将满足精度要求的y回代至式（2－32），即可求得Z系数。