Отклонение реальных газов от законов для
Идеального газа
Как уже отмечалось, законы идеальных газов справедливы для реальных газов только при низких давлениях. Но в городском газоснабжении, хотя и редко, но приходится иметь дело и с более высокими давлениями, чем 0,5 МПа. Высокие давления, прежде всего, могут быть в транзитных магистральных газопроводах и в газгольдерах. Поэтому необходимо знать, как ведут себя газы при высоких давлениях. Так, водород при увеличении давления сжимается меньше, чем это предусмотрено законом Бойля — Мариотта. В то же время природный газ (табл. 1.1) при давлении до 35 МПа сжимается больше, чем реальный газ. На поведение газов оказывает влияние также и температура.
Таблица 1.1
Значение коэффициента сжимаемости для природного газа
| Давление в кг/см2
| Температура в °С | ||
| 5 | 15 | 30 | |
| 1 | 1,000 | 1,000 | 1,000 |
| 5 | 0,981 | 0,986 | 0,990 |
| 10 | 0,966 | 0,972 | 0,980 |
| 20 | 0,937 | 0,948 | 0,960 |
| 30 | 0,912 | 0,927 | 0,931 |
| 40 | 0,886 | 0,901 | 0,922 |
| 50 | 0,859 | 0,880 | 0,903 |
| 60 | 0,833 | 0,858 | 0,887 |
| 70 | 0,810 | 0,838 | 0,870 |
| 80 | 0,783 | 0,815 | 0,851 |
| 90 | 0,760 | 0,795 | 0,836 |
| 100 | 0,742 | 0,778 | 0,824 |
| 150 | 0,700 | 0,730 | 0,750 |
| 350 | 1,000 | 1,000 | 1,000 |
При расчете для реальных газов в уравнение состояния вводится эмпирический поправочный коэффициент Z (коэффициент сжимаемости), и уравнение имеет следующий вид:
PV= ZRT,
где Z — безразмерная величина, выражающая отклонение реальных газов от закона для идеальных газов.
|
|
|
Величина Z меньше единицы для давлений примерно до 35 МПа (при обычных температурах). Это значит, что реальные газы сжимаются
сильнее, чем полагается по закону для идеального газа. Каждый реальный газ имеет свои значения коэффициента сжимаемости.
Вопросы для самопроверки
1.Что из себя представляют углеводородные газы, к каким веществам они относятся?
2.Какой углеводород относится к самым простым, в компонентном составе каких газов он содержится?
3.Представьте химическую и структурную формулу метана и этана.
4.Представьте химическую и структурную формулу пропана и бутана.
5.Представьте общую формулу предельных углеводородных соединений гомологического ряда, в которых углерод до предела насыщен атомами водорода.
6.Какие газы относятся к природным газам?
7.Какие газы относятся к искусственным газам?
8.Какие компоненты относятся к горючей части топливных газов?
9.Какие компоненты относятся к негорючей части топливных газов?
10.Какие компоненты относятся к примесям топливных газов?
11.Какими свойствамиотличается метанпри нормальных физических условиях?
12.Какой процентный состав метана является взрывоопасным по отношению к воздуху?
13.Сколько процентов входит углерода и водорода в состав метана; какую он имеет массу?
|
|
|
14.Назовите величины высшей и низшей теплоты сгорания метана?
15.Какого значения (в %) достигает содержание метана в природном газе?
16.Что из себя представляет газ этан, где он применяется, каким методом он отделяется от других газов?
17.Сколько процентов составляет пропан и бутан в попутных газах, где они применяются?
18.Что такое углеводород пентан, где его получают и где он используется?
19.На каких месторождениях получают природный и попутный газ?
20.Что из себя представляют природные горючие газы, чем отличаются тощие от жирных газов?
21.Что вы знаете о водороде?
22.Что вы знаете о углекислом газе (СО2) и окиси углерода (СО)?
23.В каких газах содержится азот (N2)?
24.К чему ведет присутствие кислорода (О2) в горючих газах?
25.К каким негативным последствиям приводит присутствие в газе сероводорода (H2 S), какое содержание серы допустимо в природном газе поступающего потребителю?
26.Что Вы знаете о сжимаемости газов? Как она может влиять на транспорт газа?
27.К чему приводит присутствие в газе воды?
28.Как образовался в газоносных пластах природный газ по теории академика И.А. Губкина?
29.Что из себя представляет газовый конденсат, каким образом его получают?
|
|
|
30.На каких производствах добывают искусственные газы, какую они имеют низшую теплоту сгорания?
Поиск, добыча природного газа и нефти
Поиск газовой залежи и эксплуатация оборудования
Поиск газоносных и нефтеносных горизонтов является наиболее сложным вопросом в связи с расположением их на большой глубине. Первые газоносные пласты были обнаружены, в среднем, на глубине 1,0 км от дневной поверхности земли. Однако таких месторождений было не много.
В настоящее время скважины на нефть и газ бурятся на глубину 3 - 4,5 км. С использованием поисковых скважин разбуриваемых на большую глубину найдены запасы газа и нефти из более глубоких недр, однако, разбуривание рабочих скважин на глубину более чем на 4,5 - 5,0 км с использованием современной техники очень дорого и неэффективно.
К широко распространенным способам обнаружения газоносных и нефтеносных пластов в настоящее время относятся:
1. Поиск на нефть и газ с разбуриванием разведочных скважин по разработанной геологами схеме;
2. Поиск на нефть с использованием ботанических сообществ;
3. Поиск на нефть и газ с использованием локации.
4. Поиск из космоса или вертолета - по потере (прохождению) СН4 через пласт земли вместе с гелием. При этом находящийся в газе гелий светится желтым светом и фиксируется специальным прибором на расстоянии (например с вертолета).
|
|
|
Наиболее распространенный поиск – локация (рис. 2.1) осуществляется следующим образом. Тяжелая плита бросается на поверхность земли (или осуществляется взрыв по принципу пиротехники). Ударная волна, дойдя до газо- и нефтеносного горизонта 6 возвращается в виде эха волны, которое регистрируется прибором, выполненным в виде соленоида 7, установленного на поверхности земли.
Рис 2.1. Схема локации
1 – металлическая плита;
2 – точка установки прибора регистрации на поверхности грунта для регистрации локации;
3 – распространение ударной волны по толще грунта;
4 – эхо волны;
5 – глинистый герметичный купол;
6 – газоносный или нефтеносный горизонт;
7 – регистрирующий прибор (по типу соленоида).
Естественное скопление нефти или газа в недрах земли называется нефтяной или газовой залежью. Обычно в залежи содержится как нефть, так и газ; в этом случае залежь называется нефтегазовой. Имеются также залежи, в которых содержатся газ и конденсат; такие залежи называются газоконденсатными. При наличии в залежи нефти, газа и конденсата ее называют нефтегазоконденсатной. В последние годы, открыты залежи, в которых
наряду с газом и конденсатом, содержится значительное количество сероводорода; эти залежи могут быть названы серогазоконденсатными.
В нефти всегда содержится определенное количество газа, которое называется растворенным или нефтяным газом. На рисунке 2.2 представлена схема многопластовой залежи с содержанием нефти и газа.
Рис. 2.2. Схема нефтегазовой залежи сводового типа:
1 – внутренний контур газоносности; 2- внешний контур газоносности; 3 – внутренний контур нефтеносности; 4- внешний контур залежи
Месторождение (или залежь) называются промышленным, если его разработка экономически целесообразна. Газовая залежь считается промышленной, если она имеет запасы 50 млрд. м3 газа и более. Промышленные залежи нефти и газа обычно встречаются в осадочных породах – хороших коллекторах нефти и газа. К таким породам относятся песок, песчаник, известняки и доломиты, имеющие большое количество крупных пор, трещин, каверн. Эти породы служат естественными резервуарами для накопления нефти и газа. Нефть и газ в таких породах могут сохраняться при определенных формах пластов, причем сверху и снизу эти проницаемые пласты должны быть прикрыты непроницаемыми горизонтами, например, глиной.
Эксплуатация скважин
Эксплуатация нефтяных скважин может осуществляться фонтанным или механизированным способом. При фонтанном способе жидкость из скважины поступает на поверхность под действием энергии нефтяного пласта. Когда этой энергии недостаточно, на жидкость оказывают искусственное механическое воздействие для извлечения ее на поверхность; при этом имеет место механизированный
способ эксплуатации. В зависимости от применяемой техники и технологии механизированный способ подразделяется на газлифтный и насосный. В свою очередь газлифтный способ может быть компрессорным и безкомпрессорным, а насосный - с применением штанговых, погружных электроцентробежных и гидропоршневых насосов.
Газовые скважины эксплуатируются только фонтанным способом.
Фонтанная скважина оборудуется колонной подъемных труб, устьевой фонтанной арматурой, выкидной линией (шлейфом) и отсекателями.
Подъемные трубы служат для подъема на поверхность земли продукции фонтанных скважин. Эти трубы называются также насосно-компрессорными, поскольку их же используют для подъема жидкости на поверхность и при механизированном способе эксплуатации скважин.
Фонтанная арматура, расположенная на устье скважины в сочетании с крепежными элементами предназначена для подвешивания колонны подъемных труб, герметизации устья скважины, контроля за работой скважины и направления продукции в выкидную (шлейфовую) линию и далее на узел подготовки продукции. В качестве запорных устройств применяют задвижки и краны. Фонтанная арматура выпускается на рабочее давление от 7 до 100 МПа.
Газлифтный способ эксплуатации нефтяных скважин по механизму подъема жидкости на поверхность аналогичен фонтанному способу эксплуатации с той разницей, что при фонтанировании
источником энергии служит газ, извлекаемый вместе с нефтью из пласта, а при газлифтной эксплуатации источником энергии служит сжатый компримированный газ, подаваемый в скважину с поверхности земли.
Газовая скважина для добычи газа с одного газового горизонта имеет наиболее простую конструкцию.
Верх скважины называют устьем, низ – забоем.
Рис.2.3 Конструкция газовой скважины:
1 – колонна насосно-компрессорных труб; 2 –обсадная колонна; 3 – межтрубное пространство; 4 - задвижка;
5 - манометр; 6 – коренная задвижка; 7 –струна скважины; 8 – регулируемый штуцер; 9 – башмак скважины; 10 – термометрический карман с термопарой; 11 – газоупорный горизонт
Схема скважины представлена на рис.2.3. Обсадная колонна 2 предохраняет ствол скважины от обвалов породы и проникновения воды. В глубоких скважинах обсадная колонна имеет телескопическое строение, состоящее из двух или трех различных диаметров. Зазор между породой и наружными стенками обсадных труб, особенно на стыковке труб разного диаметра, уплотнен цементным раствором. Низ обсадной колонны опирается на башмак 10 из цементного раствора.
Оборудование забоя скважины зависит от характера пород, из которых сложена призабойная зона продуктивного пласта. Если она сложена из прочных пород, то нижняя часть колонны обсадных труб с пробуренным башмаком размещается под кровлей продуктивного пласта и газ поступает в скважину через открытый забой обсадной колонны. Если же призабойная зона состоит из рыхлых пород, то обсадная колонна 2 пропускается через всю толщу продуктивного пласта и для доступа газа в скважину нижняя часть обсадной колонны перфорируется пулевым или пескоструйным перфоратором.
При движении газа с забоя к устью скважины с большими скоростями колонна насосно-компрессорных труб, вследствие выноса механических примесей может подвергнуться эрозионному, а при содержании в газе Н2S, и СO2 коррозионному воздействию. Поэтому выход газа из скважины осуществляется через колонну фонтанных (насосно-компрессорных) труб 1, опускаемых в колонну обсадных труб почти до забоя. Для возможности ремонта или замены колонны насосно-компрессорных (фонтанных) труб 1 она собирается из цельнотянутых труб на конической резьбе.
В сложных северных условиях, где распространена вечная мерзлота, целесообразно использование кустового метода бурения скважин, уменьшающих отрицательное воздействие на окружающую среду сопровождающих техногенных процессов. Данный метод бурения целесообразно использовать и при бурении на газ в шельфовых зонах.
Кустовое расположение скважин (см. рис. 2.4) в количестве 6 -8 штук через 80 м друг от друга представлен на рис. 2.4.
Бурят скважину быстровращающимся буром-долотом, разрушающем породы в пласте. В настоящее время для этой цели применяют шарошочные долота, в которых шарошки (круглые колесики на оси с алмазными кромками) вращаются вокруг своих осей.
В зависимости от привода различают роторное и турбинное бурение.
При роторном бурении двигатель расположен на поверхности земли, вращение от него передается долоту через промежуточные механизмы и колонну бурильных труб. Трубы соединяются между собою замками на крупной конической резьбе.
Опускание и подъем бурильных труб осуществляют с вышки.
Насосом по бурильным трубам подают промывочный раствор, который выносит на поверхность частицы породы.
При турбинном бурении буровой двигатель (турбобур) опускается в скважину.
Производительность (или дебит) газовой скважины зависит от ряда факторов и прежде всего от размеров газовой залежи, пластового давления, характера сил вызывающих движение газа от пласта к забою. Производительность скважины через полностью открытые задвижки называют свободным дебитом. Однако при таком отборе газа из скважины может произойти разрушение пласта, нарушение его газопроницаемости, обводнение призабойной зоны. Поэтому рабочий дебит скважины составляет 20-25% свободного.
Регулирование количества подаваемого со скважины газа нельзя осуществлять задвижками (из-за быстрого выхода их из строя), поэтому расход регулируют дроссельной шайбой 8. Термометрический карман 11 служит для замера температуры газа.
Вопросы для самопроверки
1.На какой глубине в недрах земли находятся газоносные пласты?
2.Какие виды обнаружения газо- и нефтеносных пластов Вы знаете?
3.Поясните, как осуществляется поиск газоносного горизонта с помощью локации?
4.Что называется нефтяной или газовой залежью?
5.В каком случае залежь называется нефтегазовой, в каком газоконденсатной, а в каком нефтегазоконденсатной?
6.В каком случае газовая залежь называется промышленной?
7.В каких породах присутствуют запасы газа?
8.Представьте схему нефтегазовой залежи.
9.Представьте схему газовой скважины, из каких элементов она состоит?
10.Что такое дебит газовой скважины? Что такое рабочий дебит скважины?
11.Что Вы знаете об эксплуатации нефтяных и газовых скважин?
12.Представьте схему куста скважин.
Дата добавления: 2018-06-27; просмотров: 649; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!