Retirado ecuaciones diferenciales(1.2, 1.4) contienen parámetros que caracterizan un líquido o gas: densidad r , viscosidad metro , así como parámetros del medio poroso - coeficientes de porosidad metro y permeabilidad k . Para realizar cálculos adicionales, es necesario conocer la dependencia de estos coeficientes de la presión.

Densidad del líquido de la gota. Con la filtración constante de una gota de líquido, su densidad puede considerarse independiente de la presión, es decir, el líquido puede considerarse incompresible: r = constante .

En procesos inestables, es necesario tener en cuenta la compresibilidad del líquido, que se caracteriza relación de compresión volumétrica del líquido b . Este coeficiente suele considerarse constante:

Habiendo integrado la última igualdad de valores iniciales presión página 0 y densidad r 0 antes valores actuales, obtenemos:

En este caso obtenemos dependencia lineal densidad versus presión.

Densidad de gases. Los líquidos comprimibles (gases) con pequeños cambios de presión y temperatura también se pueden caracterizar por los coeficientes de compresión volumétrica y expansión térmica. Pero con grandes cambios de presión y temperatura, estos coeficientes cambian en dentro de amplios límites, entonces la dependencia de la densidad gas ideal con presión y temperatura se basan en Ecuaciones de estado de Clayperon-Mendeleev:

Dónde R' = R/M·m– constante del gas, dependiendo de la composición del gas.

Las constantes de los gases para el aire y el metano son respectivamente iguales, R΄ aire = 287 J/kg K˚; R΄ metano = 520 J/kg K˚.

La última ecuación a veces se escribe como:

(1.50)

De la última ecuación queda claro que la densidad de un gas depende de la presión y la temperatura, por lo que si se conoce la densidad del gas, entonces es necesario indicar la presión, la temperatura y la composición del gas, lo cual es un inconveniente. Por tanto, se introducen los conceptos de condiciones físicas normales y estándar.

Condiciones normales corresponden a la temperatura t = 0°C y la presión p a = 0,1013°MPa. Densidad del aire en condiciones normales igual a ρ v.n.us = 1,29 kg/m 3.

Cláusulas estándar corresponden a la temperatura t = 20°C y la presión p a = 0,1013°MPa. La densidad del aire en condiciones estándar es igual a ρ w.st.us = 1,22 kg/m 3.

Por tanto, a partir de la densidad conocida en determinadas condiciones, es posible calcular la densidad del gas a otros valores de presión y temperatura:

Excluyendo la temperatura del yacimiento, obtenemos la ecuación de estado del gas ideal, que usaremos en el futuro:

Dónde z – coeficiente que caracteriza el grado de desviación del estado gasolina de verdad de la ley gases ideales(coeficiente de supercompresibilidad) y dependiendo de la presión y la temperatura de un gas determinado z = z(p, T) . Valores del coeficiente de supercompresibilidad. z se determinan según las gráficas de D. Brown.

Viscosidad del aceite. Los experimentos muestran que los coeficientes de viscosidad del petróleo (a presiones superiores a la presión de saturación) y del gas aumentan al aumentar la presión. Con cambios significativos de presión (hasta 100 MPa), se puede suponer que la dependencia de la viscosidad de los aceites de yacimiento y los gases naturales de la presión es exponencial:

(1.56)

Para pequeños cambios de presión, esta dependencia es lineal.

Aquí metro 0 – viscosidad a presión fija página 0 ; βm – coeficiente determinado experimentalmente y dependiendo de la composición del petróleo o gas.

Porosidad del yacimiento. Para descubrir cómo depende el coeficiente de porosidad de la presión, consideremos la cuestión de las tensiones que actúan en un medio poroso lleno de líquido. A medida que disminuye la presión en el líquido, aumenta la fuerza sobre el esqueleto del medio poroso, por lo que disminuye la porosidad.

Debido a la baja deformación de la fase sólida, generalmente se cree que el cambio de porosidad depende linealmente del cambio de presión. La ley de compresibilidad de las rocas se escribe de la siguiente manera, introduciendo coeficiente de elasticidad volumétrica de la formación b c:

Dónde metro 0 – coeficiente de porosidad a presión página 0 .

Experimentos de laboratorio para diferentes rocas granulares y estudios de campo muestran que el coeficiente de elasticidad volumétrica de la formación es (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1.

Con cambios significativos de presión, el cambio de porosidad se describe mediante la ecuación:

y para los grandes – exponencial:

(1.61)

En formaciones fracturadas, la permeabilidad cambia dependiendo de la presión más intensamente que en las porosas, por lo tanto, en formaciones fracturadas, teniendo en cuenta la dependencia k(p) más necesarios que en los granulares.

Las ecuaciones de estado del líquido o gas que satura la formación y del medio poroso cierran el sistema de ecuaciones diferenciales.

Efecto de la temperatura y la presión sobre la densidad del gas Los gases, a diferencia de los líquidos en forma de gotas, se caracterizan por una compresibilidad significativa y valores altos coeficiente de expansión termal. La dependencia de la densidad del gas de la presión y la temperatura se establece mediante la ecuación de estado. Mayoría propiedades simples tiene un gas tan enrarecido que la interacción entre sus moléculas puede no tenerse en cuenta. Este es un gas ideal (perfecto) para el cual es válida la ecuación de Mendeleev-Clapeyron:

La influencia de la temperatura y la presión sobre la densidad del gas p - presión absoluta; R - constante específica del gas, diferente para diferentes gases, pero independiente de la temperatura y la presión (para aire R = 287 J / (kg K); T - temperatura absoluta. El comportamiento de los gases reales en condiciones alejadas de la licuación difiere sólo ligeramente del comportamiento de los gases perfectos, y para ellos, dentro de amplios límites, se pueden utilizar las ecuaciones de estado de los gases perfectos.

Efecto de la temperatura y la presión sobre la densidad del gas En los cálculos técnicos, la densidad del gas suele darse como normal condiciones físicas: T=20°C; p = 101325Pa. Para el aire en estas condiciones ρ=1,2 kg/m3 la densidad del aire en otras condiciones se determina mediante la fórmula:

Influencia de la temperatura y la presión sobre la densidad del gas Según esta fórmula para proceso isotérmico(T = const): Un proceso adiabático es un proceso que ocurre sin intercambio de calor externo. Para un proceso adiabático k=ср/сv es la constante adiabática del gas; cf - capacidad calorífica, gas a presión constante; cv - lo mismo, a volumen constante.

Efecto de la temperatura y la presión sobre la densidad del gas. Característica importante, que determina la dependencia del cambio de densidad con un cambio de presión en un flujo en movimiento, es la velocidad de propagación del sonido a. EN ambiente homogéneo la velocidad de propagación del sonido se determina a partir de la expresión: Para aire a = 330 m/s; Para dióxido de carbono 261m/s.

La influencia de la temperatura y la presión en la densidad del gas Dado que el volumen de un gas depende en gran medida de la temperatura y la presión, las conclusiones obtenidas del estudio de las gotas líquidas pueden extenderse a los gases sólo si, dentro de los límites del fenómeno considerado, los cambios en La presión y la temperatura son insignificantes. 3 Cuando los gases se mueven a altas velocidades pueden surgir diferencias de presión significativas, que provocan un cambio significativo en la densidad de los gases. La relación entre la velocidad del movimiento y la velocidad del sonido en él permite juzgar la necesidad de tener en cuenta la compresibilidad en cada caso concreto.

Efecto de la temperatura y la presión sobre la densidad del gas Si un líquido o un gas se está moviendo, para evaluar la compresibilidad no se utiliza el valor absoluto de la velocidad del sonido, sino el número de Mach. igual a la proporción velocidad del flujo a la velocidad del sonido. M = ν/a Si el número de Mach es significativamente menor que la unidad, entonces la gota de líquido o gas puede considerarse prácticamente incompresible

Equilibrio del gas Si la altura de la columna de gas es baja, su densidad se puede considerar la misma a lo largo de la altura de la columna: entonces la presión creada por esta columna está determinada por la ecuación básica de la hidrostática. En alta altitud de una columna de aire, su densidad en diferentes puntos ya no es la misma, por lo que la ecuación hidrostática no se aplica en este caso.

Equilibrio de gases Considerando la ecuación de presión diferencial para el caso de reposo absoluto y sustituyéndole el valor de densidad, tenemos Para integrar esta ecuación, es necesario conocer la ley del cambio de temperatura del aire a lo largo de la altura de la columna de aire. . No es posible expresar el cambio de temperatura como una simple función de la altura o la presión, por lo que la solución de la ecuación sólo puede ser aproximada.

Equilibrio de gases Para las capas individuales de la atmósfera, se puede suponer con suficiente precisión que el cambio de temperatura dependiendo de la altura (y para una mina, según la profundidad) se produce de acuerdo con ley lineal: T = T 0 +αz, donde T y T 0 son la temperatura absoluta del aire, respectivamente, en la altura (profundidad) z y en la superficie de la tierra α es el gradiente de temperatura que caracteriza el cambio en la temperatura del aire al aumentar la altura (- α) o profundidad (+α) a 1 m, K/m.

Equilibrio de gases Los valores del coeficiente α son diferentes en diferentes áreas a lo largo de la altura en la atmósfera o la profundidad en la mina. Además, también dependen de las condiciones meteorológicas, la época del año y otros factores. Al determinar la temperatura dentro de la troposfera (es decir, hasta 11000 m), generalmente se toma α = 0,0065 K/m, para minas profundas el valor medio de α se considera igual a 0,004÷ 0,006 K/m para troncos secos, para troncos húmedos - 0,01.

Equilibrio de gases Sustituyendo la fórmula de cambio de temperatura en la ecuación de presión diferencial e integrándola, obtenemos La ecuación se resuelve para H, reemplazando logaritmos naturales decimal, α - su valor de la ecuación a través de la temperatura, R - el valor para el aire igual a 287 J/ (kg K); y sustituya g = 9,81 m/s2.

Equilibrio de gases Como resultado de estas acciones obtenemos fórmula barométricaН = 29, 3(Т-Т 0)(log p/p 0)/(log. T 0/T), así como la fórmula para determinar la presión donde n está determinada por la fórmula

MOVIMIENTO ESTACIONARIO DE LOS GASES EN LAS TUBERÍAS La ley de conservación de la energía en forma mecánica para un elemento de longitud dx de una tubería circular con diámetro d, siempre que el cambio en la altura geodésica sea pequeño en comparación con el cambio en la presión piezométrica, tiene la forma Aquí pérdidas energía específica para la fricción se toman de acuerdo con la fórmula de Darcy-Weisbach Para un proceso politrópico con un índice politrópico constante n = constante y bajo el supuesto de que λ = constante después de la integración, se obtiene la ley de distribución de presión a lo largo del gasoducto

MOVIMIENTO ESTABLE DE GASES EN LAS TUBERÍAS Para los gasoductos principales, por lo tanto, la fórmula para el flujo másico se puede escribir

MOVIMIENTO ESTABLE DE GASES EN TUBERÍAS M ω Para n = 1, las fórmulas son válidas para un flujo de gas isotérmico estable. El coeficiente de resistencia hidráulica λ para el gas en función del número de Reynolds se puede calcular utilizando las fórmulas utilizadas para el flujo de líquido.

Cuando te mueves de verdad gases de hidrocarburos para un proceso isotérmico, se utiliza una ecuación de estado donde el coeficiente de compresibilidad z de los gases de hidrocarburos naturales se determina a partir de curvas experimentales o analíticamente, a partir de ecuaciones de estado aproximadas.

Resumen sobre el tema:

Densidad del aire

Plan:

1 Relaciones dentro del modelo de gas ideal
- 1.1 Temperatura, presión y densidad.
- 1.2 Efecto de la humedad del aire.
- 1.3 Efecto de la altitud en la troposfera.

Introducción

Densidad del aire- masa de gas en la atmósfera terrestre por unidad de volumen o Gravedad específica aire en condiciones naturales. Magnitud densidad del aire es función de la altura de las medidas tomadas, su temperatura y humedad. Normalmente se considera que el valor estándar es 1,225 kg ⁄ m 3 , que corresponde a la densidad del aire seco a 15°C al nivel del mar.

1. Relaciones dentro del modelo de gas ideal

La influencia de la temperatura en las propiedades del aire a nivel. mares
Temperatura	Velocidad sonido	Densidad aire (desde el nivel de Clapeyron)	Acústico resistencia
, CON	C, m seg −1	ρ , kg·m −3	z, N seg m −3
+35	351,96	1,1455	403,2
+30	349,08	1,1644	406,5
+25	346,18	1,1839	409,4
+20	343,26	1,2041	413,3
+15	340,31	1,2250	416,9
+10	337,33	1,2466	420,5
+5	334,33	1,2690	424,3
±0	331,30	1,2920	428,0
-5	328,24	1,3163	432,1
-10	325,16	1,3413	436,1
-15	322,04	1,3673	440,3
-20	318,89	1,3943	444,6
-25	315,72	1,4224	449,1

1.1. Temperatura, presión y densidad.

La densidad del aire seco se puede calcular utilizando la ecuación de Clapeyron para un gas ideal a una temperatura determinada. y presión:

Aquí ρ - densidad del aire, pag- presión absoluta, R- constante específica de los gases para aire seco (287,058 J ⁄ (kg K)), t- temperatura absoluta en Kelvin. Así, por sustitución obtenemos:

en atmósfera estándar unión internacional química teórica y aplicada (temperatura 0°C, presión 100 kPa, humedad cero) densidad del aire 1,2754 kg ⁄ m³;
a 20 °C, 101,325 kPa y aire seco, la densidad de la atmósfera es 1,2041 kg ⁄ m³.

La siguiente tabla muestra varios parámetros del aire calculados en función de la correspondiente fórmulas elementales, dependiendo de la temperatura (presión tomada como 101,325 kPa)

1.2. Efecto de la humedad del aire.

La humedad se refiere a la presencia de vapor de agua gaseoso en el aire, cuya presión parcial no excede la presión de vapor saturado para condiciones atmosféricas dadas. La adición de vapor de agua al aire provoca una disminución de su densidad, lo que se explica por la menor masa molar agua (18 g ⁄ mol) en comparación con la masa molar de aire seco (29 g ⁄ mol). El aire húmedo puede considerarse como una mezcla de gases ideales, cuya combinación de densidades de cada uno de los cuales permite obtener el valor requerido para su mezcla. Esta interpretación permite determinar el valor de densidad con un nivel de error inferior al 0,2% en el rango de temperatura de −10 °C a 50 °C y se puede expresar de la siguiente manera:

¿Dónde está la densidad del aire húmedo (kg ⁄ m³); pag d- presión parcial del aire seco (Pa); R d- constante universal de los gases para aire seco (287,058 J ⁄ (kg K)); t- temperatura (K); pag v- presión de vapor de agua (Pa) y R v- constante universal para vapor (461,495 J ⁄ (kg K)). La presión del vapor de agua se puede determinar a partir de la humedad relativa:

Dónde pag v- presión del vapor de agua; φ - humedad relativa Y pag sat es la presión parcial del vapor saturado, esta última se puede representar como la siguiente expresión simplificada:

lo que da el resultado en milibares. Presión de aire seco pag d determinado por una simple diferencia:

Dónde pag denota la presión absoluta del sistema considerado.

1.3. Efecto de la altitud en la troposfera.

Dependencia de la presión, la temperatura y la densidad del aire de la altitud en comparación con la atmósfera estándar ( pag 0 = 101325Pa, T0=288,15 K, ρ 0 =1,225 kg/m³).

Para calcular la densidad del aire a una determinada altitud en la troposfera, se pueden utilizar los siguientes parámetros (los parámetros atmosféricos indican el valor para una atmósfera estándar):

estándar Presión atmosférica al nivel del mar - pag 0 = 101325Pa;
temperatura estándar al nivel del mar - T0= 288,15 K;
aceleración caida libre sobre la superficie de la Tierra - gramo= 9,80665 m ⁄ seg 2 (para estos cálculos se considera un valor independiente de la altura);
tasa de caída de temperatura (inglés) ruso. con altura, dentro de la troposfera - l= 0,0065 K ⁄ m;
constante universal de gas - R= 8,31447 J ⁄ (mol K);
masa molar de aire seco - METRO= 0,0289644 kg ⁄ Mol.

Para la troposfera (es decir, la región de disminución lineal de la temperatura; esta es la única propiedad de la troposfera utilizada aquí) temperatura en altitud h sobre el nivel del mar puede estar dado por la fórmula:

Presión en altitud h:

Entonces la densidad se puede calcular sustituyendo la temperatura T y la presión P correspondientes a una altura h dada en la fórmula:

Estas tres fórmulas (dependencia de la temperatura, la presión y la densidad de la altura) se utilizan para construir los gráficos que se muestran a la derecha. Los gráficos están normalizados: muestran el comportamiento general de los parámetros. Los valores “cero” para cálculos correctos deben sustituirse cada vez de acuerdo con las lecturas de los instrumentos correspondientes (termómetro y barómetro) en este momento al nivel del mar.

Las ecuaciones diferenciales derivadas (1.2, 1.4) contienen parámetros que caracterizan un líquido o gas: densidad r , viscosidad metro , así como parámetros del medio poroso - coeficientes de porosidad metro y permeabilidad k . Para realizar cálculos adicionales, es necesario conocer la dependencia de estos coeficientes de la presión.

Habiendo integrado la última igualdad a partir de los valores de presión iniciales página 0 y densidad r 0 a los valores actuales, obtenemos:

En este caso, obtenemos una dependencia lineal de la densidad de la presión.

Densidad de gases. Los líquidos comprimibles (gases) con pequeños cambios de presión y temperatura también se pueden caracterizar por los coeficientes de compresión volumétrica y expansión térmica. Pero con grandes cambios de presión y temperatura, estos coeficientes cambian dentro de amplios límites, por lo que la dependencia de la densidad de un gas ideal de la presión y la temperatura se basa en Ecuaciones de estado de Clayperon-Mendeleev:

Dónde R' = R/M·m– constante del gas, dependiendo de la composición del gas.

Las constantes de los gases para el aire y el metano son respectivamente iguales, R΄ aire = 287 J/kg K˚; R΄ metano = 520 J/kg K˚.

La última ecuación a veces se escribe como:

(1.50)

Condiciones normales corresponden a la temperatura t = 0°C y la presión p a = 0,1013°MPa. La densidad del aire en condiciones normales es igual a ρ v.n.us = 1,29 kg/m 3.

Cláusulas estándar corresponden a la temperatura t = 20°C y la presión p a = 0,1013°MPa. La densidad del aire en condiciones estándar es igual a ρ w.st.us = 1,22 kg/m 3.

Por tanto, a partir de la densidad conocida en determinadas condiciones, es posible calcular la densidad del gas a otros valores de presión y temperatura:

Excluyendo la temperatura del yacimiento, obtenemos la ecuación de estado del gas ideal, que usaremos en el futuro:

Dónde z – coeficiente que caracteriza el grado de desviación del estado de un gas real de la ley de los gases ideales (coeficiente de supercompresibilidad) y que depende de la presión y la temperatura de un gas determinado z = z(p, T) . Valores del coeficiente de supercompresibilidad. z se determinan según las gráficas de D. Brown.

(1.56)

Para pequeños cambios de presión, esta dependencia es lineal.

Aquí metro 0 – viscosidad a presión fija página 0 ; βm – coeficiente determinado experimentalmente y dependiendo de la composición del petróleo o gas.

Dónde metro 0 – coeficiente de porosidad a presión página 0 .

Experimentos de laboratorio para diferentes rocas granulares y estudios de campo muestran que el coeficiente de elasticidad volumétrica de la formación es (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1.

Con cambios significativos de presión, el cambio de porosidad se describe mediante la ecuación:

y para los grandes – exponencial:

(1.61)

Las ecuaciones de estado del líquido o gas que satura la formación y del medio poroso cierran el sistema de ecuaciones diferenciales.

PROPIEDADES FÍSICAS DE LOS GASES

1. Densidad del gas – masa de 1 m 3 de gas a una temperatura de 0 0 y una presión de 0,1 MPa (760 mm Hg). La densidad de un gas depende de la presión y la temperatura. La densidad de los gases varía dentro del rango de 0,55 - 1 g/cm3.

Comúnmente utilizado densidad relativa por aire (valor adimensional: la relación entre la densidad del gas y la densidad del aire; en condiciones normales, la densidad del aire es 1,293 kg/m3).

2. Viscosidad de los gases – Fricción interna de gases que se produce durante su movimiento. La viscosidad de los gases es muy baja 1 . 10 -5 Pas. Una viscosidad tan baja de los gases garantiza su alta movilidad a través de grietas y poros.

3. Solubilidad de los gases – uno de las propiedades más importantes. La solubilidad de los gases en petróleo o agua a una presión no superior a 5 MPa está sujeta a la ley de henry, es decir. la cantidad de gas disuelto es directamente proporcional a la presión y al coeficiente de solubilidad.

Con más altas presiones La solubilidad de un gas está determinada por varios indicadores: temperatura, composición química, mineralización agua subterránea etc. La solubilidad de los gases de hidrocarburos en los aceites es 10 veces mayor que en el agua. El gas húmedo es más soluble en petróleo que el gas seco. El aceite más ligero se disuelve mas gasolina que pesado.

4. Temperatura crítica gas. Para cada gas existe una temperatura por encima de la cual no se transforma a estado líquido, por muy alta que sea la presión, es decir crítico t(para canal 4 t cr = –82,1 0 C). Los homólogos del metano se pueden encontrar en estado liquido(para C 2 H 6 t cr = 32,2 0 C, C 3 H 8 t cr = 97,0 0 C).

5. Difusión es el movimiento espontáneo de gases hacia nivel molecular en la dirección de concentraciones decrecientes.

6. Coeficiente de volumen gas de yacimiento es la relación entre el volumen de gas en condiciones de yacimiento y el volumen del mismo gas en condiciones estándar

(T = 0 0 y P = 0,1 MPa).

V g = V g pl / V g st

El volumen de gas en el yacimiento es 100 veces menor que en condiciones estándar, porque El gas es supercompresible.

CONDENSADOS DE GAS

No sólo el gas se puede disolver en petróleo, sino que el petróleo también se puede disolver en gas. Esto sucede bajo ciertas condiciones, a saber:

1) el volumen de gas es mayor que el volumen de petróleo;

2) presión 20-25 MPa;

3) temperatura 90-95 0 C.

En estas condiciones, los hidrocarburos líquidos comienzan a disolverse en el gas. Poco a poco la mezcla se convierte completamente en gas. Este fenómeno se llama Evaporación retrógrada. Cuando una de las condiciones cambia, por ejemplo, cuando la presión del yacimiento disminuye durante el desarrollo, de esta mezcla comienza a liberarse condensado en forma de hidrocarburos líquidos. Su composición: C 5, H 12 (pentano) y superiores. Este fenómeno se llama Condensación retrógrada.

El condensado de gas es la parte líquida de las acumulaciones de condensado de gas. Los condensados de gas se denominan aceites ligeros porque no contienen sustancias resinosas asfálticas. La densidad del condensado de gas es de 0,65 a 0,71 g/cm3. La densidad de los condensados de gas aumenta con la profundidad y también cambia (normalmente aumenta) durante el desarrollo.

Hay condensado bruto y condensado estable.

Representa crudo extraído a la superficie. fase líquida, en el que se disuelven componentes gaseosos. El condensado crudo se obtiene directamente en separadores de campo a presiones y temperaturas de separación.

El condensado de gas estable se obtiene a partir del gas bruto desgasificándolo; está compuesto por hidrocarburos líquidos (pentano) y superiores;

HIDRATOS DE GASES

La mayoría de los gases forman hidratos cristalinos con agua (sólidos). Estas sustancias se llaman hidratos de gas y se forman cuando temperaturas bajas, altas presiones y a poca profundidad. En apariencia se parecen al hielo suelto o a la nieve. Se han encontrado yacimientos de este tipo en zonas permafrost occidental y Siberia oriental y en las aguas de los mares del norte.

El problema del uso de hidratos de gas aún no está suficientemente desarrollado. Todas las cuestiones de la producción de hidratos de gas se reducen a crear condiciones en la formación bajo las cuales los hidratos de gas se descompondrían en gas y agua.

Para hacer esto necesitas:

1) disminución de la presión en el yacimiento;

2) aumento de temperatura;

3) adición de reactivos especiales.

Patrones y cambios en las propiedades del petróleo y el gas en yacimientos y campos.

Entonces, como resultado de los cambios físicos y químicos en los aceites y gases que ocurren bajo la influencia de la penetración del agua en los depósitos y los cambios en la presión y temperatura del yacimiento. Por lo tanto, para realizar pronósticos razonables de los cambios en las propiedades del petróleo y el gas durante el proceso de desarrollo, es necesario tener ideas claras: a) sobre los patrones de cambios en las propiedades del petróleo y el gas por volumen del depósito antes del inicio de desarrollo; b) sobre los procesos de interacción física y química de aceites y gases con aguas que ingresan a la formación productiva (especialmente con aguas inyectadas de diferente composición que el agua de formación); c) sobre las direcciones del movimiento de fluidos en la formación productiva como resultado de la operación del pozo; d) cambios en la presión y temperatura del yacimiento durante el período de desarrollo del yacimiento. Patrones de cambios en las propiedades del petróleo y del gas según el volumen del depósito. La uniformidad total de las propiedades del petróleo y el gas disueltos en él dentro de un depósito es un fenómeno bastante raro. Para los depósitos de petróleo, los cambios en las propiedades suelen ser bastante naturales y se manifiestan principalmente en un aumento de la densidad, incluido densidad óptica, viscosidad, contenido de sustancias asfálticas-resinosas, parafina y azufre a medida que aumenta la profundidad de la formación, es decir, desde el techo hasta las alas y desde el techo hasta el fondo en capas gruesas. El cambio real de densidad en la mayoría de los depósitos no suele exceder de 0,05 a 0,07 g/cm3. Sin embargo, muy a menudo el gradiente de densidad aumenta y su valores absolutos aumentan bruscamente en las inmediaciones del contacto petróleo-agua. A menudo, la densidad del petróleo sobre la capa aislante es casi constante en depósitos de tipo "abierto", confinados a capas expuestas a la superficie del día y selladas con rocas de asfalto. La densidad del petróleo disminuye al aumentar la profundidad, alcanza un mínimo y luego aumenta a medida que se acerca al OWC. Los patrones descritos son los más típicos de depósitos altos en regiones plegadas. La razón principal de su formación es la diferenciación gravitacional (estratificación) de los petróleos por densidad dentro del depósito, similar a la estratificación del gas, el petróleo y el agua dentro del yacimiento. Cambios significativos en las propiedades de los aceites en la zona OWC y en partes superiores Los depósitos de petróleo de tipo abierto están asociados con procesos oxidativos.

Para los depósitos en áreas de plataforma con un bajo nivel de petróleo y una extensa zona OWC, la estratificación gravitacional es mucho más débil y la principal influencia en los cambios en las propiedades de los petróleos la ejercen los procesos oxidativos en la zona subyacente al agua del fondo.

Simultáneamente con el aumento de la densidad del petróleo y su viscosidad, por regla general, aumenta el contenido de sustancias resinosas asfálticas y parafina, y disminuye el contenido de gas y la presión de saturación de los gases disueltos.

A pesar de la alta actividad de difusión de los gases, la variabilidad en su composición dentro de un solo depósito está lejos de ser un fenómeno raro. Se manifiesta más claramente en el contenido de componentes ácidos: dióxido de carbono CO 2 y especialmente sulfuro de hidrógeno H 2 S. La zonificación generalmente se observa en la distribución de sulfuro de hidrógeno, expresada en un cambio regular en las concentraciones de sulfuro de hidrógeno en el área. Por lo general, no hay cambios regulares obvios en la concentración a lo largo de la altura del depósito.

Los depósitos de gas condensado sin borde de petróleo con un bajo nivel de contenido de gas y un bajo factor de gas condensado, por regla general, tienen una composición de gas, composición y rendimiento de condensado bastante estables. Sin embargo, cuando la altura del depósito de gas-condensado es superior a 300 m, los procesos de estratificación gravitacional comienzan a manifestarse notablemente, lo que lleva a un aumento en el contenido de condensado en la pendiente de la formación, especialmente bruscamente para depósitos con un alto nivel de contenido de gas y un borde de aceite. En este caso, el contenido de condensado en las zonas inferiores del depósito puede ser varias veces mayor que en el techo del depósito. En particular, se conocen ejemplos en los que el factor de condensado-gas en los pozos de la parte cercana al agua del depósito fue de 180 cm 3 /m 3, y cerca del contacto gas-petróleo, 780 cm 3 / m 3, es decir, dentro En un depósito, el contenido de condensado varió 4 veces. Las fluctuaciones de 1,5 a 2 veces son comunes para muchos campos con pisos altos Contenido de gas cuando el condensado sale más de 100 cm 3 /m 3.

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Temperatura absoluta

Es fácil ver que la presión de un gas encerrado en un volumen constante no es directamente proporcional a la temperatura, medido en la escala Celsius. Esto se desprende claramente, por ejemplo, de la tabla que figura en capítulo previo. Si a 100°C la presión del gas es 1,37 kg/cm2, entonces a 200°C es 1,73 kg/cm2. La temperatura medida por el termómetro Celsius se duplicó, pero la presión del gas aumentó sólo 1,26 veces. Por supuesto, no hay nada sorprendente en esto, ya que la escala del termómetro Celsius se ajusta arbitrariamente, sin ninguna relación con las leyes de expansión del gas. Es posible, sin embargo, utilizar leyes de los gases, establezca una escala de temperatura tal que la presión del gas sea directamente proporcional a la temperatura medida en esta nueva escala. El cero en esta nueva escala se llama cero absoluto. Se adoptó este nombre porque, como demostró el físico inglés Kelvin (William Thomson) (1824-1907), ningún cuerpo puede enfriarse por debajo de esta temperatura.

De acuerdo con esto, esta nueva escala se denomina escala de temperatura absoluta. De este modo, cero absoluto indica una temperatura igual a -273° Celsius, y representa la temperatura por debajo de la cual ningún cuerpo puede enfriarse bajo ninguna circunstancia. La temperatura expresada como 273°+t1 representa la temperatura absoluta de un cuerpo que tiene una temperatura en la escala Celsius igual a t1. Las temperaturas absolutas normalmente se indican con la letra T. Por tanto, 2730+t1=T1. La escala de temperatura absoluta a menudo se llama escala Kelvin y se escribe T° K. Basado en lo anterior

El resultado obtenido se puede expresar en palabras: la presión de una determinada masa de gas encerrada en un volumen constante es directamente proporcional temperatura absoluta. Esta es una nueva expresión de la ley de Charles.

La fórmula (6) también es conveniente de utilizar en el caso de que se desconozca la presión a 0°C.

Volumen de gas y temperatura absoluta.

De la fórmula (6), podemos obtener la siguiente fórmula:

El volumen de una determinada masa de gas a presión constante es directamente proporcional a la temperatura absoluta. Ésta es una nueva expresión de la ley de Gay-Lussac.

Dependencia de la densidad del gas de la temperatura.

¿Qué sucede con la densidad de una determinada masa de gas si la temperatura aumenta pero la presión permanece sin cambios?

Recuerde que la densidad es igual a la masa de un cuerpo dividida por el volumen. Dado que la masa del gas es constante, cuando se calienta, la densidad del gas disminuye tantas veces como aumenta el volumen.

Como sabemos, el volumen de un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta si la presión se mantiene constante. En consecuencia, la densidad de un gas a presión constante es inversamente proporcional a la temperatura absoluta. Si d1 y d2 son las densidades del gas a las temperaturas t1 y t2, entonces la relación se cumple

Ley de gases unificada

Consideramos casos en los que una de las tres cantidades que caracterizan el estado de un gas (presión, temperatura y volumen) no cambia. Hemos visto que si la temperatura es constante, entonces la presión y el volumen están relacionados entre sí mediante la ley de Boyle-Mariotte; si el volumen es constante, entonces la presión y la temperatura están relacionadas por la ley de Charles; Si la presión es constante, entonces el volumen y la temperatura están relacionados por la ley de Gay-Lussac. Establezcamos una conexión entre la presión, el volumen y la temperatura de una determinada masa de gas si estas tres cantidades cambian.

Deje que el volumen inicial, la presión y la temperatura absoluta de una determinada masa de gas sean iguales a V1, P1 y T1, y los finales, V2, P2 y T2. Puede imaginar que la transición del estado inicial al final ocurrió en dos etapas. Por ejemplo, cambiemos primero el volumen de gas de V1 a V2 y la temperatura T1 permanecerá sin cambios. La presión del gas resultante se indicará como Pav. Luego, la temperatura cambió de T1 a T2 a un volumen constante y la presión cambió de Pav. a P. Hagamos una tabla:

Ley de Boyle - Mariotte

ley de charles

Cambiando, para la primera transición escribimos la ley de Boyle-Mariotte.

Aplicando la ley de Charles a la segunda transición, podemos escribir

Multiplicando estas igualdades término por término y reduciendo por Pcp obtenemos:

Entonces, el producto del volumen de una determinada masa de gas por su presión es proporcional a la temperatura absoluta del gas. Ésta es la ley unificada del estado del gas o la ecuación de estado del gas.

Ley dalton

Hasta ahora hemos hablado de la presión de cualquier gas: oxígeno, hidrógeno, etc. Pero en la naturaleza y en la tecnología nos ocupamos muy a menudo de una mezcla de varios gases. Mayoría ejemplo importante Se trata de aire, que es una mezcla de nitrógeno, oxígeno, argón, dióxido de carbono y otros gases. ¿De qué depende la presión de una mezcla de gases?

Coloque en el matraz un trozo de una sustancia que une químicamente el oxígeno del aire (por ejemplo, fósforo) y cierre rápidamente el matraz con un tapón y un tubo. conectado a un manómetro de mercurio. Después de un tiempo, todo el oxígeno del aire se combinará con el fósforo. Veremos que el manómetro marcará menos presión que antes de retirar el oxígeno. Esto significa que la presencia de oxígeno en el aire aumenta su presión.

Un estudio preciso de la presión de una mezcla de gases fue realizado por primera vez por el químico inglés John Dalton (1766-1844) en 1809. La presión que tendría cada uno de los gases que componen la mezcla si se eliminaran los demás gases de la mezcla El volumen ocupado por la mezcla se llama presión parcial de este gas. Dalton descubrió que la presión de una mezcla de gases es igual a la suma de sus presiones parciales. (Ley de Dalton). Tenga en cuenta que la ley de Dalton no es aplicable a gases muy comprimidos, al igual que la ley de Boyle-Mariotte.