西南石油大学：《油层物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第一章 储层流体的物理性质 第四节 天然气的高压物性

第四节天然气的高压物性 、天然气的视相对分子量和相对密度 1.天然气的视相对分子量(平均相对分子量) 定义:标准状况下1摩尔天然气的质量。 根据Kay混合规则: k =∑yM Mg天然气的视相对分子量g/mo,或kg/kmol; y天然气的组分摩尔分数小数 M天然气组分的相对分子量g/mol,或kg/ kmol e

第四节 天然气的高压物性 一、天然气的视相对分子量和相对密度 1. 天然气的视相对分子量(平均相对分子量) 定义： 标准状况下1摩尔天然气的质量。 根据Kay混合规则：  = = k i g i Mi M y 1 Mi——天然气组分i的相对分子量,g/mol,或kg/kmol。 Mg—— 天然气的视相对分子量,g/mol,或kg/kmol； yi—— 天然气的组分i摩尔分数,小数；

2.天然气的相对密度 定义:在标准状态下天然气密度与千燥空气密度的比值。 M28.9729 天然气的相对密度; ypp 天然气的密度kg/m3; 千燥空气的密度kg/m3 天然气的摩尔质量kg/mol; 千燥空气的摩尔质量,kg/mol

2. 天然气的相对密度 定义：在标准状态下,天然气密度与干燥空气密度的比值。 28.97 29 g g a g a g g M M M M = = =     ρa—— 干燥空气的密度,kg/m3 。 γg—— 天然气的相对密度； ρg—— 天然气的密度,kg/m3； Ma—— 干燥空气的摩尔质量,kg/mol。 Mg—— 天然气的摩尔质量,kg/mol；

表1.3.1典型天然气组成(体积%)数据 组分 干 凝析气 油田伴生气 96.00 75.00 27.52 2.00 7.00 16.34 0.60 4.50 29.18 3.00 22.55 C 0.20 2.00 3.90 0.10 2.50 0.47 0.80 6.00 0.04 100.00 100.00 100.00 合计M4=17584M4=242M4=3:.568 0.607 0.948 1.331 注:Mg表示天然气的视分子量,Yg为天然气的相对密度

表 1.3.1 典型天然气组成(体积%)数据 组分 干气 凝析气 油田伴生气 c1 96.00 75.00 27.52 c2 2.00 7.00 16.34 c3 0.60 4.50 29.18 c4 0.30 3.00 22.55 c5 0.20 2.00 3.90 c6 0.10 2.50 0.47 c7 + 0.80 6.00 0.04 合计 100.00 Mg =17.584 γg =0.607 100.00 Mg =27.472 γg =0.948 100.00 Mg =38.568 γg =1.331 注：Mg 表示天然气的视分子量,γg 为天然气的相对密度

二、天然气的临界参数 1实验方法 2Kay法则 视临界参数为:P=∑Pa7=∑y7 天然气的视临界压力(绝),MPa; 天然气的视临界温度,(273+t)°K; 天然气组分的摩尔分数; pa天然气组分的临界压力绝),MPa; T天然气组分的临界温度,(273+)°K

二、天然气的临界参数 视临界参数为： Tci—— 天然气组分i的临界温度,(273+t)°K。 —— 天然气的视临界压力(绝),MPa； —— 天然气的视临界温度,(273+t)°K； yi—— 天然气组分i的摩尔分数； pci—— 天然气组分i的临界压力(绝),MPa； pc Tc  = = k i c i Tci T y 1 = = k i c i pci p y 1 2.Kay法则 1.实验方法

3经验公式方法g P=4.8815-0.3861 千气 T=92.2222+1766667 yg≥0.7 P=47780-0.2482 T=92,22221766667 yg<0.7 P=5.1021-0.6895 湿气 T=132.2222+176.6667 yg≥0.7 4.7780-0.2482y 106.1111+152.222y g<0.7 含有CO2、N2和H2S气体: P=4746-021027+00(20)-1583×10(0、)+3062×102(1s T。=849389+18849444-0933yca)-1.4944yx2

3. 经验公式方法 g  92.2222 176.6667 0.7 4.7780 0.2482 92.2222 176.6667 0.7 4.8815 0.3861 = +  = − = +  = − c g g c g c g g c g T P T P       106.1111 152.2222 0.7 4.7780 0.2482 132.2222 176.6667 0.7 5.1021 0.6895 = +  = − = +  = − c g g c g c g g c g T P T P       ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 2 2 2 2 84.9389 188.4944 0.9333 1.4944 4.7546 0.2102 0.03 1.1583 10 3.0612 10 2 2 c g CO N c g CO N H S T P        = + − − = − + −  +  − − 干气 湿气 含有CO2、N2和H2S气体：

1970年 Thomas等人发表了二次方程式: P=4.666+0.103y-0.25 千气 T=93.3+181y-7 4.868+0.356 8-39.7,2 湿气 T=103.9+183.3 y-397y 使用条件:H2S含量<3%N2含量<5%或非烃含量少于7%

1970年Thomas等人发表了二次方程式： 2 2 93.3 181 7 4.666 0.103 0.25 c g g c g g T P     = + − = + − 2 2 103.9 183.3 39.7 4.868 0.356 39.7 c g g c g g T P     = + − = + − 使用条件：H2S含量＜3%,N2含量<5%,或非烃含量少于7%。 干气 湿气

Z4. 气田气 珠爆 凝气 240 220 180 50.60.70.80.91.01.1 相对密度 图2-41天然气相对密度与视临界参数的关系图

表1.3.2天然气常见组分的主要物理化学性质 组分 分子式 相对分子质量临界温度(K) 临界压力MPa)沸点℃(0.101325MPa 甲烷 16.043 190.55 4.604 161.52 乙烷 30.070 305.43 4.880 -88.58 丙烷 369.82 4.249 -42.07 丁烷 n-GHo 58.124 425.16 3.797 0.49 异丁烷 i-qHo 58.124 408.13 3.648 11.81 正戊烷 n-GH 72.151 469.6 3.369 36.06 异戊烷 i-CH 72.151 460.39 3.381 27.84 已烷 CH4 86.178 507.4 庚烷 GH6 100.205 540.2 2.736 98.42 4.003 0.277 268.93 氦氮氧氢 126.1 31.999 154.7 5.081 182.962 2.016 33.2 0.297 252.87 二氧化碳 CQ 44.010 304.14 7.382 -78.51 一氧化碳 CO 28.010 132.92 3.499 -191.49 硫化氢 HS 34.076 9.005 -60.31 水汽 18.015 647.3 22.118 100.00

表1.3.2 天然气常见组分的主要物理化学性质 组分 分子式 相对分子质量 临界温度(K) 临界压力(MPa) 沸点℃(0.101325MPa) 甲烷 CH4 16.043 190.55 4.604 -161.52 乙烷 C2H6 30.070 305.43 4.880 -88.58 丙烷 C3H8 44.097 369.82 4.249 -42.07 丁烷 n-C4H10 58.124 425.16 3.797 -0.49 异丁烷 i- C4H10 58.124 408.13 3.648 -11.81 正戊烷 n-C5H12 72.151 469.6 3.369 36.06 异戊烷 i- C5H12 72.151 460.39 3.381 27.84 已烷 C6H14 86.178 507.4 3.012 68.74 庚烷 C7H16 100.205 540.2 2.736 98.42 氦 He 4.003 5.2 0.277 -268.93 氮 N2 28.013 126.1 3.399 -195.80 氧 O2 31.999 154.7 5.081 -182.962 氢 H2 2.016 33.2 0.297 -252.87 二氧化碳 CO2 44.010 304.14 7.382 -78.51 一氧化碳 CO 28.010 132.92 3.499 -191.49 硫化氢 H2S 34.076 373.5 9.005 -60.31 水汽 H2O 18.015 647.3 22.118 100.00

三、天然气的偏差因子方程 理想气体状态方程:pV=nRT 理想气体的假设条件: 1气体分子无体积,是个质点 2气体分子间无作用力; 3气体分子间是弹性碰撞; 偏差因子 天然气处于高温、高压状态多组 分混合物,不是理想气体

三、天然气的偏差因子方程 理想气体的假设条件： 1.气体分子无体积，是个质点； 2.气体分子间无作用力； 3.气体分子间是弹性碰撞； 理想气体状态方程： pV＝nRT 天然气处于高温、高压状态多组 分混合物，不是理想气体 偏差因子

偏差因子:一定温度和压力条件下,一定质量 气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占 有的体积之比。 实际 - nRT 理想 实际气体的状态方程: PV=ZnRT

偏差因子：一定温度和压力条件下，一定质量 气体实际占有的体积与在相同条件下理想气体占 有的体积之比。 理想 ＝ 实际 V V Z p nRT ＝ V实际 pV = ZnRT 实际气体的状态方程：