Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей

Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей

Способы выражения составов смесей и связь между ними

Состав смеси характеризуется числом компонентов смеси и их соотношением. Соотношения определяются долями: массовой, объемной, молярной. Сумма долей всех компонентов смеси равна 1.

Массовая и молярная доли

Массовая доля i-го компонента в смеси:

_i(1.1)

m_i – масса i-го компонента в смеси

r- число компонентов в растворе

Молярная доля i-го компонента в смеси равна:

_i(1.2)

n_i – число молей i-го компонента в смеси

n_i=m_i/M_i(1.3)

Из 1.2 с учетом 1.1 и 1.3 следует:

 (1.4)

 (1.5)

Массовая и объемная доли

Объемная доля для смесей, подчиняющихся правилу аддитивности, определяется следующим образом:

 (1.6)

V_i – объем i-го компонента перед смешением при заданных температуре и давлении смеси.

Так как  (- плотность i-го компонента при заданной температуре и давлении)

 (1.8)

 (1.9)

Объемная и молярная доли

 (1.10)

Для газообразных продуктов в первом приближении можно принять, что в диапазоне давлений, мало отличающихся от атмосферного, отношение молярной массы газа к его плотности практически постоянно, т.е. const, следовательно, для смеси газов

 (1.13)

Перемешивание газонефтяных смесей различного состава

Для расчета составов смесей, получающихся в результате перемешивания r смесей пользуются следующими формулами:

Для смесей газов в нормальных (стандартных) условиях

 (1.14)

Для смесей нефтей

 (1.15)

N_ij N_is, – молярная доля i-го компонента в j-растворе и в смеси, получаемой в результате смешивания r растворов(газов, нефтей); V_j – объем j-раствора при нормальных (стандартных) условиях; n_j – число молей j-нефти.

Уравнение 1.15 является общим и справедливо для смесей веществ в любых агрегатных состояниях. Например, при перемешивании пластовых нефтей различных скважин, работающих в единый сборный коллектор, состав получающегося нефтяного газа может быть рассчитан по формуле 1.16:

 1.16

Q_нj – дебет сепарированной нефти j-скважины; Г_j – газосодержание пластовой нефти j-скважины (объем газа приведен к нормальным или стандартным условиям).

При удалении из смеси отдельных компонентов полностью или частично, молярные доли оставшихся компонентов можно рассчитать по уравнению 1.17:

 1.17

N_i молярная доля i-го компонента в смеси первоначального состава N_iуд – молярная доля части i-го компонента, удаляемого из смеси: полностью

N_i =N_iуд, частично - N_iуд N_i

газосодержание нефти и ее объемный коэффициент

Газосодержание нефти определяют как отношение объема газа, выделяющегося из пластовой нефти в результате ее однократного разгазирования при температуре 20^оС и атмосферном давлении к объему сепарированной нефти:

Г₀=V_г/V_н (1.18)

V_г – объем газа однократного разгазирования при температуре 20^оС и атмосферном давлении (м³), V_н – объем сепарированной нефти, остающейся после однократного разгазирования при температуре 20^оС и атмосферном давлении (м³)

Массовую долю растворенного в нефти газа можно определить по формуле 1.19:

 (1.19)

m_н, m_г – массы сепарированной нефти и газа (кг), _н – плотность сепарированной нефти в стандартных условиях (кг/м³), _г – плотность газа однократного разгазирования при температуре 20^оС и атмосферном давлении (кг/м³)

Молярная доля растворенного в нефти газа определяется по формуле:

 1.21

М_нг – молярная масса нефти с растворенным в ней газом, М_г – молярная масса газа (кг/кмоль). Если неизвестна молярная масса нефти с растворенным в ней газом, то молярную долю растворенного в нефти газа можно рассчитать по уравнению 1.22:

 (1.22)

М_н – молярная масса дегазированной нефти.

Молярную массу пластовой нефти можно определить из 1.21 и 1.22

 (1.23)

Поскольку молярный объем газа в стандартных условиях (20^оС, 0,1МПа) можно принять равным 24,05м³/кмоль, из 1.22 следует

 (1.24)

Для определения молярной массы пластовой нефти из 1.23 следует

 (1.25)

физико-химические свойства пластовых вод

Состав:

Анионы: ОН^-, СL^-, SO₄^2-, CO₃^2-, HCO₃^-

Катионы H⁺, K⁺, Na⁺, NH₄⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺ и др.

Микроэлементы Br^-, J^- и др.

Коллоидные частицы SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃

Растворенные газы : СО₂, H₂S, CH₄, H₂, N₂ и др.

Минерализация воды

Под минерализацией воды (М) понимают общее содержание растворенных в ней солей. По В.И. Вернадскому природные воды в зависимости от массового содержания (%) в них растворенных веществ делят на:

Пресные – М 0,0010,1

Минерализованные – М 0,1- 5

Рассолы – М 535

Понятие об эквивалентной массе и эквиваленте ионов

Эквивалентом ионов вещества (Э), диссоциированного в воде, называется их молекулярная масса или часть ее, соответствующая единице валентности. Или иначе, эквивалентом иона называется отношение молекулярной массы иона к его валентности в данной химической реакции. Для определения Э нужно молекулярную массу иона, подсчитываемую как сумма атомных масс элементов, его составляющих, разделить на валентность иона (n_и) в данной реакции:

Э=М_и/n_и

Чтобы выразить содержание ионов вещества в растворе в миллиграмм-эквивалентах на килограмм (мг-экв/кг), нужно количество миллиграммов ионов вещества в килограмме раствора разделить на его эквивалент:

q_эi= (1.26)

где q_эi– концентрация i-тых ионов в растворе (мг-экв/кг), q_i – массовая доля i-тых ионов в растворе, m_i – масса i-тых ионов в растворе (кг), m_в - масса воды в растворе (кг), k- число разновидностей ионов растворенных в воде веществ, q_i10³ – содержание i-тых ионов в растворе (мг/кг). Значения эквивалентов попутных вод нефтяных месторождений приведены ниже.