Retiré équations différentielles(1.2, 1.4) contiennent des paramètres qui caractérisent un liquide ou un gaz : densité r , viscosité m , ainsi que les paramètres du milieu poreux - coefficients de porosité m et perméabilité k . Pour des calculs ultérieurs, il est nécessaire de connaître la dépendance de ces coefficients à la pression.

Densité du liquide des gouttelettes. Avec une filtration constante d'une gouttelette de liquide, sa densité peut être considérée comme indépendante de la pression, c'est-à-dire que le liquide peut être considéré comme incompressible : r = const .

Dans les processus instables, il est nécessaire de prendre en compte la compressibilité du liquide, caractérisée taux de compression volumétrique du liquide b . Ce coefficient est généralement considéré comme constant :

Ayant intégré la dernière égalité de valeurs initiales pression p 0 et la densité r 0 à valeurs actuelles, on obtient :

Dans ce cas on obtient dépendance linéaire densité versus pression.

Densité des gaz. Les liquides compressibles (gaz) présentant de faibles changements de pression et de température peuvent également être caractérisés par les coefficients de compression volumétrique et de dilatation thermique. Mais avec des changements importants de pression et de température, ces coefficients changent en dans de larges limites, donc la dépendance à la densité gaz parfait avec la pression et la température sont basés sur Équations d'état de Clayperon – Mendeleev:

Où R' = R/Mm– constante du gaz, en fonction de la composition du gaz.

Les constantes des gaz pour l'air et le méthane sont respectivement égales, R΄ air = 287 J/kg K˚ ; R΄ méthane = 520 J/kg K˚.

La dernière équation s’écrit parfois ainsi :

(1.50)

D'après la dernière équation, il est clair que la densité d'un gaz dépend de la pression et de la température, donc si la densité du gaz est connue, il est alors nécessaire d'indiquer la pression, la température et la composition du gaz, ce qui n'est pas pratique. Par conséquent, les concepts de conditions physiques normales et standards sont introduits.

Conditions normales correspondent à une température t = 0°C et une pression p à = 0,1013°MPa. Densité de l'air à conditions normaleségal à ρ v.n.us = 1,29 kg/m 3.

Conditions standards correspondent à une température t = 20°C et une pression p à = 0,1013°MPa. La densité de l'air dans des conditions standard est égale à ρ w.st.us = 1,22 kg/m 3.

Par conséquent, à partir de la densité connue dans des conditions données, il est possible de calculer la densité du gaz à d'autres valeurs de pression et de température :

En excluant la température du réservoir, nous obtenons l'équation d'état des gaz parfaits, que nous utiliserons à l'avenir :

Où z – coefficient caractérisant le degré d’écart de l’état vrai gaz de la loi gaz parfaits(coefficient de supercompressibilité) et dépendant pour un gaz donné de la pression et de la température z = z(p,T) . Valeurs du coefficient de supercompressibilité z sont déterminés selon les graphiques de D. Brown.

Viscosité de l'huile. Les expériences montrent que les coefficients de viscosité du pétrole (à des pressions supérieures à la pression de saturation) et du gaz augmentent avec l'augmentation de la pression. Avec des changements de pression importants (jusqu'à 100 MPa), la dépendance de la viscosité des pétroles et des gaz naturels des réservoirs à la pression peut être supposée être exponentielle :

(1.56)

Pour de petits changements de pression, cette dépendance est linéaire.

Ici m 0 – viscosité à pression fixe p 0 ; βm – coefficient déterminé expérimentalement et dépendant de la composition du pétrole ou du gaz.

Porosité du réservoir. Pour savoir comment le coefficient de porosité dépend de la pression, considérons la question des contraintes agissant dans un milieu poreux rempli de liquide. À mesure que la pression dans le liquide diminue, la force exercée sur le squelette du milieu poreux augmente, donc la porosité diminue.

En raison de la faible déformation de la phase solide, on pense généralement que le changement de porosité dépend linéairement du changement de pression. La loi de compressibilité des roches s’écrit comme suit, introduisant coefficient d'élasticité volumétrique de la formation b c:

Où m 0 – coefficient de porosité à pression p 0 .

Expériences en laboratoire pour différentes roches granulaires et les études de terrain montrent que le coefficient d'élasticité volumétrique de la formation est de (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1.

Avec des changements significatifs de pression, le changement de porosité est décrit par l'équation :

et pour les grands – exponentiel :

(1.61)

Dans les formations fracturées, la perméabilité change en fonction de la pression plus intensément que dans les formations poreuses, donc dans les formations fracturées, en tenant compte de la dépendance k(p) plus nécessaire que dans les granulaires.

Les équations d'état du liquide ou du gaz saturant la formation et du milieu poreux ferment le système d'équations différentielles.

Effet de la température et de la pression sur la densité du gaz Les gaz, contrairement aux liquides en gouttelettes, se caractérisent par une compressibilité et une valeurs élevées coefficient de dilatation thermique. La dépendance de la densité du gaz à la pression et à la température est établie par l'équation d'état. La plupart propriétés simples possède un gaz tellement raréfié que l’interaction entre ses molécules peut ne pas être prise en compte. Il s'agit d'un gaz idéal (parfait) pour lequel l'équation de Mendeleev-Clapeyron est valable :

L'influence de la température et de la pression sur la densité du gaz p - pression absolue ; R - constante spécifique du gaz, différente pour différents gaz, mais indépendante de la température et de la pression (pour l'air R = 287 J / (kg K) ; T - température absolue. Le comportement des gaz réels dans des conditions éloignées de la liquéfaction ne diffère que légèrement de celui comportement des gaz parfaits, et pour eux, dans de larges limites, on peut utiliser les équations d'état des gaz parfaits.

Effet de la température et de la pression sur la densité du gaz Dans les calculs techniques, la densité du gaz est généralement donnée comme normale. conditions physiques: T=20°C; p = 101325 Pa. Pour l'air dans ces conditions ρ=1,2 kg/m3. La densité de l'air dans d'autres conditions est déterminée par la formule :

Influence sur la densité du gaz de la température et de la pression D'après cette formule pour processus isotherme(T = const) : Un processus adiabatique est un processus qui se produit sans échange de chaleur externe. Pour un processus adiabatique, k=ср/сv est la constante adiabatique du gaz ; cf - capacité calorifique, gaz à pression constante; cv - le même, à volume constant.

Effet de la température et de la pression sur la densité du gaz Caractéristique importante, qui détermine la dépendance du changement de densité avec un changement de pression dans un écoulement en mouvement, est la vitesse de propagation du son a. DANS environnement homogène la vitesse de propagation du son est déterminée à partir de l'expression : Pour l'air a = 330 m/s ; Pour dioxyde de carbone 261 m/s.

L'influence de la température et de la pression sur la densité des gaz Le volume d'un gaz dépendant largement de la température et de la pression, les conclusions obtenues de l'étude des gouttelettes liquides ne peuvent être étendues aux gaz que si, dans les limites du phénomène considéré, l'évolution de la pression et la température sont insignifiantes. 3 Des différences de pression importantes, provoquant un changement significatif de la densité des gaz, peuvent survenir lorsqu'ils se déplacent à des vitesses élevées. Le rapport entre la vitesse de déplacement et la vitesse du son qui s'y trouve permet de juger de la nécessité de prendre en compte la compressibilité dans chaque cas particulier.

Effet de la température et de la pression sur la densité du gaz Si un liquide ou un gaz est en mouvement, alors pour évaluer la compressibilité, ils utilisent non pas la valeur absolue de la vitesse du son, mais le nombre de Mach, égal au rapport vitesse d'écoulement à la vitesse du son. M = ν/a Si le nombre de Mach est nettement inférieur à l'unité, alors la gouttelette liquide ou gazeuse peut être considérée comme pratiquement incompressible.

Équilibre du gaz Si la hauteur de la colonne de gaz est faible, sa densité peut être considérée comme la même le long de la hauteur de la colonne : alors la pression créée par cette colonne est déterminée par l'équation de base de l'hydrostatique. À haute altitude d'une colonne d'air, sa densité en différents points n'est plus la même, donc l'équation hydrostatique ne s'applique pas dans ce cas.

Équilibre des gaz En considérant l'équation de pression différentielle pour le cas de repos absolu et en y substituant la valeur de densité, nous avons Pour intégrer cette équation, il est nécessaire de connaître la loi de changement de température de l'air le long de la hauteur de la colonne d'air. . Il n’est pas possible d’exprimer le changement de température comme une simple fonction de la hauteur ou de la pression, la solution de l’équation ne peut donc être qu’approximative.

Équilibre gazeux Pour les différentes couches de l'atmosphère, on peut supposer avec suffisamment de précision que le changement de température en fonction de la hauteur (et pour une mine - en profondeur) se produit en fonction de loi linéaire: T = T 0 +αz, où T et T 0 sont respectivement la température absolue de l'air à la hauteur (profondeur) z et à la surface de la terre α est le gradient de température caractérisant l'évolution de la température de l'air avec l'augmentation de la hauteur (- α) ou profondeur (+α) à 1 m, K/m.

Équilibre gazeux Les valeurs du coefficient α sont différentes selon les zones le long de la hauteur dans l'atmosphère ou de la profondeur dans la mine. En outre, ils dépendent également des conditions météorologiques, de la période de l’année et d’autres facteurs. Lors de la détermination de la température dans la troposphère (c'est-à-dire jusqu'à 11 000 m), α = 0,0065 K/m est généralement pris, pour mines profondes la valeur moyenne de α est prise égale à 0,004÷ 0,006 K/m pour les troncs secs, pour les troncs humides - 0,01.

Équilibre des gaz En substituant la formule de changement de température dans l'équation de pression différentielle et en l'intégrant, nous obtenons L'équation est résolue pour H, en remplaçant logarithmes naturels décimal, α - sa valeur issue de l'équation par température, R - la valeur pour l'air égale à 287 J/ (kg K) ; et remplacez g = 9,81 m/s2.

Équilibre des gaz À la suite de ces actions, nous obtenons formule barométriqueН = 29, 3(Т-Т 0)(log p/p 0)/(log. T 0/T), ainsi que la formule pour déterminer la pression où n est déterminé par la formule

MOUVEMENT RÉGULIER DES GAZ DANS LES TUYAUX La loi de conservation de l'énergie sous forme mécanique pour un élément de longueur dx d'un tuyau circulaire de diamètre d, à condition que le changement de hauteur géodésique soit faible par rapport au changement de pression piézométrique, a la forme Ici pertes énergie spécifique pour le frottement sont pris selon la formule de Darcy-Weisbach Pour un processus polytropique avec un indice polytropique constant n = const et sous l'hypothèse que λ = const après intégration, la loi de répartition de la pression le long du gazoduc est obtenue

MOUVEMENT RÉGULIER DES GAZ DANS LES TUYAUX Pour les gazoducs principaux, la formule du débit massique peut donc être écrite

MOUVEMENT RÉGULIER DES GAZ DANS LES TUYAUX M ω À n = 1, les formules sont valables pour un débit de gaz isotherme constant. Le coefficient de résistance hydraulique λ pour le gaz en fonction du nombre de Reynolds peut être calculé à l'aide des formules utilisées pour l'écoulement du liquide.

Quand on bouge vraiment gaz d'hydrocarbures pour un processus isotherme, une équation d'état est utilisée, où le coefficient de compressibilité z des gaz d'hydrocarbures naturels est déterminé à partir de courbes expérimentales ou analytiquement - à partir d'équations d'état approximatives.

Résumé sur le sujet :

Densité de l'air

Plan:

1 Relations au sein du modèle des gaz parfaits
- 1.1 Température, pression et densité
- 1.2 Effet de l'humidité de l'air
- 1.3 Effet de l'altitude dans la troposphère

Introduction

Densité de l'air- masse de gaz dans l'atmosphère terrestre par unité de volume ou densité spécifique l'air dans des conditions naturelles. Ampleur densité de l'air est fonction de la hauteur des mesures prises, de sa température et de son humidité. Habituellement, la valeur standard est considérée comme étant de 1,225 kg ⁄ m 3 , ce qui correspond à la densité de l'air sec à 15°C au niveau de la mer.

1. Relations au sein du modèle des gaz parfaits

L'influence de la température sur les propriétés de l'air au niveau. mers
Température	Vitesse son	Densité air (du niveau Clapeyron)	Acoustique résistance
, AVEC	c, ms −1	ρ , kg m −3	Z, N sec 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. Température, pression et densité

La densité de l'air sec peut être calculée à l'aide de l'équation de Clapeyron pour un gaz parfait à une température donnée.

Ici ρ et pression : - la densité de l'air, p - pression absolue, R. - constante de gaz spécifique pour l'air sec (287,058 J ⁄ (kg K)), T

- température absolue en Kelvin. Ainsi, par substitution, on obtient : à atmosphère standard Chimie théorique et appliquée (température 0°C, pression 100 kPa, humidité nulle) densité de l'air 1,2754 kg ⁄ m³ ;
à 20 °C, 101,325 kPa et air sec, la densité de l'atmosphère est de 1,2041 kg ⁄ m³.

Le tableau ci-dessous présente différents paramètres de l'air calculés en fonction des valeurs correspondantes. formules élémentaires, en fonction de la température (pression prise à 101,325 kPa)

1.2. Effet de l'humidité de l'air

L'humidité fait référence à la présence de vapeur d'eau gazeuse dans l'air, dont la pression partielle ne dépasse pas la pression de vapeur saturée pour des conditions atmosphériques données. L'ajout de vapeur d'eau à l'air entraîne une diminution de sa densité, qui s'explique par la plus faible masse molaire d'eau (18 g ⁄ mol) par rapport à la masse molaire d'air sec (29 g ⁄ mol). L'air humide peut être considéré comme un mélange de gaz parfaits dont la combinaison des densités de chacun permet d'obtenir la valeur requise pour leur mélange. Cette interprétation permet de déterminer la valeur de la densité avec un niveau d'erreur inférieur à 0,2 % dans la plage de température de −10 °C à 50 °C et peut être exprimée comme suit :

où est la densité de l'air humide (kg ⁄ m³) ; - la densité de l'air, d- pression partielle d'air sec (Pa) ; - pression absolue, d- constante universelle des gaz pour l'air sec (287,058 J ⁄ (kg K)) ; - constante de gaz spécifique pour l'air sec (287,058 J ⁄ (kg K)),- température (K) ; - la densité de l'air, v- pression de vapeur d'eau (Pa) et - pression absolue, v- constante universelle pour la vapeur (461,495 J ⁄ (kg K)). La pression de vapeur d’eau peut être déterminée à partir de l’humidité relative :

Où - la densité de l'air, v- pression de vapeur d'eau ; φ - humidité relative Et - la densité de l'air, sat est la pression partielle de vapeur saturée, cette dernière peut être représentée par l'expression simplifiée suivante :

ce qui donne le résultat en millibars. Pression de l'air sec - la densité de l'air, d déterminé par une simple différence :

Où - la densité de l'air, désigne la pression absolue du système considéré.

1.3. Effet de l'altitude dans la troposphère

Dépendance de la pression, de la température et de la densité de l'air en fonction de l'altitude par rapport à l'atmosphère standard ( - la densité de l'air, 0 = 101325 Pa, T0=288,15 K, ρ 0 =1,225 kg/m³).

Pour calculer la densité de l'air à une certaine altitude dans la troposphère, les paramètres suivants peuvent être utilisés (les paramètres atmosphériques indiquent la valeur pour une atmosphère standard) :

standard pression atmosphérique au niveau de la mer - - la densité de l'air, 0 = 101 325 Pa ;
température standard au niveau de la mer - T0= 288,15K ;
accélération chute libre au-dessus de la surface de la Terre - g= 9,80665 m ⁄ sec 2 (pour ces calculs, elle est considérée comme une valeur indépendante de la hauteur) ;
taux de chute de température (anglais) russe. avec hauteur, dans la troposphère - L
= 0,0065 K⁄m ; - pression absolue, constante universelle des gaz -
= 8,31447 J ⁄ (Mol K); masse molaire d'air sec - M

= 0,0289644 kg ⁄ Mol. Pour la troposphère (c'est-à-dire la région de diminution linéaire de la température - c'est la seule propriété de la troposphère utilisée ici), la température en altitude h

au-dessus du niveau de la mer peut être donné par la formule : Pour la troposphère (c'est-à-dire la région de diminution linéaire de la température - c'est la seule propriété de la troposphère utilisée ici), la température en altitude:

Pression en altitude

Ensuite, la densité peut être calculée en substituant la température T et la pression P correspondant à une hauteur donnée h dans la formule : Ces trois formules (dépendance de la température, de la pression et de la densité à la hauteur) sont utilisées pour construire les graphiques présentés à droite. Les graphiques sont normalisés : ils montrent le comportement général des paramètres. Les valeurs « zéro » pour des calculs corrects doivent être remplacées à chaque fois conformément aux lectures des instruments correspondants (thermomètre et baromètre) surà l'heure actuelle

au niveau de la mer. r , viscosité m , ainsi que les paramètres du milieu poreux - coefficients de porosité m et perméabilité k . Pour des calculs ultérieurs, il est nécessaire de connaître la dépendance de ces coefficients à la pression.

Les équations différentielles dérivées (1.2, 1.4) contiennent des paramètres qui caractérisent un liquide ou un gaz : densité p 0 et la densité r 0 Après avoir intégré la dernière égalité des valeurs de pression initiales

aux valeurs actuelles, on obtient :

Densité des gaz Dans ce cas, nous obtenons une dépendance linéaire de la densité à la pression. Équations d'état de Clayperon – Mendeleev:

Où R' = R/Mm– constante du gaz, en fonction de la composition du gaz.

Les constantes des gaz pour l'air et le méthane sont respectivement égales, R΄ air = 287 J/kg K˚ ; R΄ méthane = 520 J/kg K˚.

La dernière équation s’écrit parfois ainsi :

(1.50)

Conditions normales. Les liquides compressibles (gaz) présentant de faibles changements de pression et de température peuvent également être caractérisés par les coefficients de compression volumétrique et de dilatation thermique. Mais avec de grands changements de pression et de température, ces coefficients changent dans de larges limites, de sorte que la dépendance de la densité d'un gaz parfait sur la pression et la température est basée sur

Conditions standards correspondent à une température t = 20°C et une pression p à = 0,1013°MPa. La densité de l'air dans des conditions standard est égale à ρ w.st.us = 1,22 kg/m 3.

Par conséquent, à partir de la densité connue dans des conditions données, il est possible de calculer la densité du gaz à d'autres valeurs de pression et de température :

En excluant la température du réservoir, nous obtenons l'équation d'état des gaz parfaits, que nous utiliserons à l'avenir :

Où z correspondent à une température t = 0°C et une pression p à = 0,1013°MPa. La densité de l'air dans des conditions normales est égale à ρ v.n.us = 1,29 kg/m 3. z = z(p,T) . Valeurs du coefficient de supercompressibilité z sont déterminés selon les graphiques de D. Brown.

(1.56)

Pour de petits changements de pression, cette dépendance est linéaire.

Ici m 0 – viscosité à pression fixe p 0 ; βm – coefficient déterminé expérimentalement et dépendant de la composition du pétrole ou du gaz.

Où m 0 – coefficient de porosité à pression p 0 .

– coefficient caractérisant le degré d'écart de l'état d'un gaz réel par rapport à la loi des gaz parfaits (coefficient de supercompressibilité) et dépendant pour un gaz donné de la pression et de la température

Avec des changements significatifs de pression, le changement de porosité est décrit par l'équation :

et pour les grands – exponentiel :

(1.61)

Les équations d'état du liquide ou du gaz saturant la formation et du milieu poreux ferment le système d'équations différentielles.

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PROPRIÉTÉS PHYSIQUES DES GAZ 1. Densité du gaz –

masse de 1 m 3 de gaz à une température de 0 0 et une pression de 0,1 MPa (760 mm Hg). La densité d'un gaz dépend de la pression et de la température. La densité des gaz varie entre 0,55 et 1 g/cm3. Couramment utilisé densité relative

par air (valeur sans dimension - le rapport entre la densité du gaz et la densité de l'air ; dans des conditions normales, la densité de l'air est de 1,293 kg/m3). frottement interne des gaz qui se produit lors de son mouvement. La viscosité des gaz est très faible 1 . 10 -5 Pa.s. Une telle faible viscosité des gaz garantit leur grande mobilité à travers les fissures et les pores.

3. Solubilité des gaz – l'un des les propriétés les plus importantes. La solubilité des gaz dans le pétrole ou l'eau à une pression ne dépassant pas 5 MPa est soumise à la loi de Henry, c'est-à-dire la quantité de gaz dissous est directement proportionnelle à la pression et au coefficient de solubilité.

Avec plus hautes pressions La solubilité d'un gaz est déterminée par un certain nombre d'indicateurs : la température, composition chimique, minéralisation eaux souterraines etc. La solubilité des gaz d’hydrocarbures dans les huiles est 10 fois supérieure à celle de l’eau. Le gaz humide est plus soluble dans le pétrole que le gaz sec. L'huile plus légère se dissout plus de gaz que lourd.

4. Température critique gaz. Pour chaque gaz, il existe une température au-dessus de laquelle il ne se transforme pas en état liquide, quelle que soit la pression, c'est-à-dire critique t(pour CH 4 t cr = –82,1 0 C). Des homologues du méthane peuvent être trouvés dans état liquide(pour C 2 H 6 t cr = 32,2 0 C, C 3 H 8 t cr = 97,0 0 C).

5. Diffusion est le mouvement spontané des gaz vers niveau moléculaire dans le sens de concentrations décroissantes.

6. Coefficient volumique gaz de réserve est le rapport entre le volume de gaz dans des conditions de réservoir et le volume du même gaz dans des conditions standard

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

V g = V g pl / V g st

Le volume de gaz dans le réservoir est 100 fois inférieur à celui des conditions standards, car le gaz est supercompressible.

CONDENSATS DE GAZ

Non seulement le gaz peut se dissoudre dans le pétrole, mais le pétrole peut également se dissoudre dans le gaz. Cela se produit sous certaines conditions, à savoir :

1) le volume de gaz est supérieur au volume de pétrole ;

2) pression 20-25 MPa ;

3) température 90-95 0 C.

Dans ces conditions, les hydrocarbures liquides commencent à se dissoudre dans le gaz. Peu à peu, le mélange se transforme complètement en gaz. Ce phénomène est appelé évaporation rétrograde. Lorsqu'une des conditions change, par exemple lorsque la pression du réservoir diminue au cours du développement, du condensat sous forme d'hydrocarbures liquides commence à se libérer de ce mélange. Sa composition : C 5, H 12 (pentane) et plus. Ce phénomène est appelé condensation rétrograde.

Le condensat de gaz est la partie liquide des accumulations de condensats de gaz. Les condensats de gaz sont appelés huiles légères, car ils ne contiennent pas de substances résineuses asphaltiques. La densité du condensat de gaz est de 0,65 à 0,71 g/cm3. La densité des condensats de gaz augmente avec la profondeur et change également (généralement augmente) au cours du développement.

Il existe des condensats bruts et des condensats stables.

Raw représente extrait à la surface phase liquide, dans lequel les composants gazeux sont dissous. Le condensat brut est obtenu directement dans les séparateurs sur site à des pressions et températures de séparation.

Le condensat de gaz stable est obtenu à partir du gaz brut par dégazage ; il est constitué d'hydrocarbures liquides (pentane) et supérieurs.

HYDRATES DE GAZ

La plupart des gaz forment des hydrates cristallins avec l'eau - des solides. Ces substances sont appelées hydrates de gaz et se forment lorsque basses températures, hautes pressions et faibles profondeurs. En apparence, ils ressemblent à de la glace ou à de la neige. Des gisements de ce type ont été découverts dans des zones pergélisol occidental et Sibérie orientale et dans les eaux des mers du nord.

Le problème de l'utilisation des hydrates de gaz n'est pas encore suffisamment développé. Tous les problèmes liés à la production d'hydrates de gaz se résument à la création de conditions dans la formation dans lesquelles les hydrates de gaz se décomposeraient en gaz et en eau.

Pour ce faire, vous avez besoin de :

1) diminution de la pression dans le réservoir ;

2) augmentation de la température ;

3) ajout de réactifs spéciaux.

Modèles et changements dans les propriétés du pétrole et du gaz dans les réservoirs et les champs

Ainsi, en raison des changements physiques et chimiques dans les pétroles et les gaz qui se produisent sous l'influence de la pénétration de l'eau dans les gisements et des changements de pression et de température des réservoirs. Par conséquent, pour des prévisions raisonnables des changements dans les propriétés du pétrole et du gaz au cours du processus de développement, il est nécessaire d'avoir des idées claires : a) sur les schémas de changement des propriétés du pétrole et du gaz en volume du gisement avant le début de développement; b) sur les processus d'interaction physique et chimique des pétroles et des gaz avec les eaux entrant dans la formation productive (en particulier avec des eaux injectées d'une composition différente de celle de l'eau de formation) ; c) sur les directions de mouvement des fluides dans la formation productive à la suite de l'exploitation du puits ; d) les changements de pression et de température du réservoir pendant la période de développement du réservoir. Modèles de changements dans les propriétés du pétrole et du gaz en volume du gisement. L'uniformité complète des propriétés du pétrole et du gaz dissous au sein d'un même gisement est un phénomène assez rare. Pour les gisements pétroliers, les changements de propriétés sont généralement tout à fait naturels et se manifestent principalement par une augmentation de la densité, notamment densité optique, viscosité, teneur en substances asphaltiques-résineuses, paraffine et soufre à mesure que la profondeur de la formation augmente, c'est-à-dire du toit aux ailes et du toit au fond en couches épaisses. Le changement réel de densité dans la plupart des gisements ne dépasse généralement pas 0,05 à 0,07 g/cm3. Cependant, très souvent, le gradient de densité augmente et son valeurs absolues augmentent fortement au voisinage immédiat du contact huile-eau. Souvent, la densité du pétrole au-dessus de la couche isolante est presque constante dans les gisements de type « ouvert », confinés aux couches exposées à la surface et scellées par des roches asphalte-kirk, la densité du pétrole diminue avec l'augmentation de la profondeur, atteint un minimum, puis augmente à mesure qu'il se rapproche de l'OWC. Les modèles décrits sont les plus typiques des dépôts élevés dans les régions plissées. La principale raison de leur formation est la différenciation gravitationnelle (stratification) des pétroles par densité au sein du gisement, similaire à la stratification du gaz, du pétrole et de l'eau au sein du réservoir. Changements significatifs dans les propriétés des huiles dans la zone OWC et dans parties supérieures les gisements de pétrole de type ouvert sont associés à des processus oxydatifs.

Pour les gisements situés dans des zones de plate-forme avec un faible niveau de pétrole et une vaste zone OWC, la stratification gravitationnelle est beaucoup plus faible et la principale influence sur les changements dans les propriétés des pétroles est exercée par les processus oxydatifs dans la zone située sous les eaux de fond.

Simultanément à l'augmentation de la densité du pétrole, sa viscosité, en règle générale, la teneur en substances résineuses asphaltiques et en paraffine augmente, et la teneur en gaz et la pression de saturation des gaz dissous diminuent.

Malgré la forte activité de diffusion des gaz, la variabilité de leur composition au sein d’un même gisement est loin d’être un phénomène rare. Il se manifeste le plus fortement dans la teneur en composants acides - dioxyde de carbone CO 2 et surtout sulfure d'hydrogène H 2 S. Le zonage est généralement observé dans la répartition du sulfure d'hydrogène, exprimé par un changement régulier des concentrations de sulfure d'hydrogène sur la zone. Il n’y a généralement pas de changements réguliers évidents dans la concentration le long de la hauteur du gisement.

Les dépôts de condensats de gaz sans bord d'huile avec une faible teneur en gaz et un faible facteur de condensat-gaz ont généralement une composition de gaz, une composition et un rendement en condensat assez stables. Cependant, lorsque la hauteur du gisement de gaz-condensats est supérieure à 300 m, les processus de stratification gravitationnelle commencent à se manifester sensiblement, entraînant une augmentation de la teneur en condensats dans le pendage de la formation, particulièrement fortement pour les gisements à haute niveau de teneur en gaz et un rebord d'huile. Dans ce cas, la teneur en condensats dans les zones inférieures du gisement peut être plusieurs fois supérieure à celle du toit du gisement. En particulier, des exemples sont connus où le facteur condensat-gaz dans les puits de la partie proche de l'eau du gisement était de 180 cm 3 /m 3, et près du contact gazole - 780 cm 3 / m 3, c'est-à-dire dans un dépôt, la teneur en condensats variait de 4 fois. Des fluctuations de 1,5 à 2 fois sont courantes dans de nombreux domaines avec étages élevés teneur en gaz lorsque le condensat sort de plus de 100 cm 3 /m 3.

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Température absolue

Il est facile de voir que la pression d’un gaz enfermé dans un volume constant n’est pas directement proportionnel à la température, mesuré sur l’échelle Celsius. Cela ressort clairement, par exemple, du tableau donné dans chapitre précédent. Si à 100°C la pression du gaz est de 1,37 kg/cm2, alors à 200°C elle est de 1,73 kg/cm2. La température mesurée par le thermomètre Celsius a doublé, mais la pression du gaz n'a augmenté que de 1,26 fois. Il n'y a bien sûr rien d'étonnant à cela, puisque l'échelle du thermomètre Celsius est réglée arbitrairement, sans aucun lien avec les lois de la dilatation des gaz. Il est cependant possible d'utiliser lois sur le gaz, établir une échelle de température telle que la pression du gaz soit directement proportionnelle à la température mesurée sur cette nouvelle échelle. Le zéro dans cette nouvelle échelle s'appelle zéro absolu. Ce nom a été adopté car, comme l'a prouvé le physicien anglais Kelvin (William Thomson) (1824-1907), aucun corps ne peut être refroidi en dessous de cette température.

Conformément à cela, cette nouvelle échelle est appelée échelle de température absolue. Ainsi, zéro absolu indique une température égale à -273° Celsius, et représente la température en dessous de laquelle aucun corps ne peut en aucun cas être refroidi. La température exprimée par 273°+t1 représente la température absolue d'un corps dont la température sur l'échelle Celsius est égale à t1. Les températures absolues sont généralement désignées par la lettre T. Ainsi, 2730+t1=T1. L'échelle de température absolue est souvent appelée échelle Kelvin et s'écrit T° K. Sur la base de ce qui précède

Le résultat obtenu peut être exprimé en mots : la pression d'une masse donnée de gaz enfermée dans un volume constant est directement proportionnelle température absolue. Il s'agit d'une nouvelle expression de la loi de Charles.

La formule (6) est également pratique à utiliser dans le cas où la pression à 0°C est inconnue.

Volume de gaz et température absolue

A partir de la formule (6), on peut obtenir la formule suivante :

Le volume d'une certaine masse de gaz à pression constante est directement proportionnel à la température absolue. Il s'agit d'une nouvelle expression de la loi de Gay-Lussac.

Dépendance de la densité du gaz sur la température

Qu'arrive-t-il à la densité d'une certaine masse de gaz si la température augmente mais la pression reste inchangée ?

Rappelons que la densité est égale à la masse d'un corps divisée par son volume. Puisque la masse du gaz est constante, lorsqu'il est chauffé, la densité du gaz diminue autant de fois que le volume augmente.

On le sait, le volume d'un gaz est directement proportionnel à la température absolue si la pression reste constante. Par conséquent, la densité d’un gaz à pression constante est inversement proportionnelle à la température absolue. Si d1 et d2 sont les densités de gaz aux températures t1 et t2, alors la relation est vraie

Loi unifiée sur le gaz

Nous avons considéré des cas où l'une des trois grandeurs caractérisant l'état d'un gaz (pression, température et volume) ne change pas. Nous avons vu que si la température est constante, alors la pression et le volume sont liés entre eux par la loi de Boyle-Mariotte ; si le volume est constant, alors la pression et la température sont liées par la loi de Charles ; Si la pression est constante, alors le volume et la température sont liés par la loi de Gay-Lussac. Établissons un lien entre la pression, le volume et la température d'une certaine masse de gaz si ces trois quantités changent.

Laissez le volume initial, la pression et la température absolue d'une certaine masse de gaz être égaux à V1, P1 et T1, et les finaux - V2, P2 et T2 - Vous pouvez imaginer que la transition de l'état initial à l'état final s'est produite dans deux étapes. Par exemple, changeons d'abord le volume de gaz de V1 à V2, et la température T1 reste inchangée. La pression du gaz résultante sera notée Pav. Ensuite, la température est passée de T1 à T2 à volume constant et la pression est passée de Pav. à P. Faisons un tableau :

Loi de Boyle - Mariotte

La loi de Charles

Changer, pour la première transition on écrit la loi de Boyle-Mariotte

En appliquant la loi de Charles à la deuxième transition, on peut écrire

En multipliant ces égalités terme par terme et en les réduisant par Pcp on obtient :

Ainsi, le produit du volume d'une certaine masse de gaz et de sa pression est proportionnel à la température absolue du gaz. C'est la loi unifiée de l'état du gaz ou l'équation d'état du gaz.

Loi Dalton

Jusqu'à présent, nous avons parlé de la pression d'un seul gaz - oxygène, hydrogène, etc. Mais dans la nature et dans la technologie, nous avons très souvent affaire à un mélange de plusieurs gaz. La plupart exemple important Il s'agit de l'air, qui est un mélange d'azote, d'oxygène, d'argon, de dioxyde de carbone et d'autres gaz. De quoi dépend la pression d’un mélange gazeux ?

Placez dans le flacon un morceau d'une substance qui lie chimiquement l'oxygène de l'air (par exemple, le phosphore) et fermez rapidement le flacon avec un bouchon et un tube. connecté à un manomètre à mercure. Après un certain temps, tout l’oxygène de l’air se combinera avec le phosphore. Nous verrons que le manomètre indiquera moins de pression qu’avant le retrait de l’oxygène. Cela signifie que la présence d’oxygène dans l’air augmente sa pression.

Une étude précise de la pression d'un mélange de gaz a été réalisée pour la première fois par le chimiste anglais John Dalton (1766-1844) en 1809. La pression qu'aurait chacun des gaz composant le mélange si les autres gaz étaient retirés du Le volume occupé par le mélange est appelé pression partielle de ce gaz. Dalton a découvert que la pression d'un mélange de gaz est égale à la somme de leurs pressions partielles. (Loi de Dalton). A noter que la loi de Dalton n'est pas applicable aux gaz hautement comprimés, tout comme la loi de Boyle-Mariotte.