CC BY
254
РАЗРАБОТКА И БУРЕНИЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
УДК [553.1 : 536.711]:553.981 (470.46)
В. С. Семенякин, В. Н. Шевяхова Астраханский государственный технический университет
РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ АДИАБАТЫ ГАЗОКОНДЕНСАТНЫХ СМЕСЕЙ ПО СОСТАВУ ГАЗА АСТРАХАНСКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Будем искать значение показателя адиабаты газоконденсатной смеси у в зависимости от давления Ру и температуры Ту на устье газоконденсатной скважины, используя среднестатистические значения состава газа, критических параметров и производных величин.
По методике, изложенной в [1], удельная теплоемкость газа при постоянном давлении определяется по формуле
сР = Ср +АеР, (1)
где Ср - изобарная удельная теплоемкость газа при атмосферном давлении и заданной температуре; АсР - поправка на заданное давление.
Значение сР для газа известного состава определяется по формуле
сР = ЪА , (2)
г=1
где сР - изобарная удельная теплоемкость г-го компонента газовой смеси при атмосферном давлении и заданной температуре; - массовая доля г-го
компонента газовой смеси; т - количество компонентов в составе газа. Изобарная удельная теплоемкость сР рассчитывается по формуле
сРг = Щ + п2Ог + п3Иг + N /п, (3)
где ^-, Gг■, Иг, N - величины, определяемые для каждого г-го компонента
газовой смеси по таблице из [1]; п = Т/100, где Т - заданная температура, К.
В таблице приведен расчет изобарной удельной теплоемкости срР с использованием среднестатистических значений состава газа, температуры Ту и давления Ру на устье скважин, критических параметров газа Ткр, Ркр.
Расчет изобарной удельной теплоемкости с00
по среднестатистическим значениям состава газа и температуры на устье скважины (Ту = 336,8 К, Ру = 24,1 МПа, Тпр = 1,3, Рпр = 4,1, г = 0,65, п = 3,368)
Состав газа Дж/(кг ■ К) игО„ Дж/(кг- К) и3Н„ Дж/(кг ■ К) Н/и, Дж/(кг- К) 4, Дж/(кг ■ К) 4 срі , Дж/(кгК)
компонента % моль % мас. Чі
Метан 55,59 34,56 0,3456 1 971,02 -172,64 -1,11 551,54 2 348,81 811,75
Этан 2,35 2,74 0,0274 2 106,92 -291,06 13,75 99,26 1 928,87 52,85
Пропан 1,12 1,91 0,0191 2 233,93 -371,71 23,80 -23,22 1 862,80 35,58
Изобутан 0,20 0,45 0,0045 2 295,36 -417,31 29,00 -50,03 1 857,02 8,36
н-Бутан 0,39 0,88 0,0088 2 216,58 -376,36 24,57 0,11 1 864,90 16,41
Изопентан 0,26 0,73 0,0073 2 251,14 -393,49 26,55 -45,43 1 838,77 13,42
н-Пентан 0,16 0,45 0,0045 2 214,86 -383,51 25,56 -3,33 1 853,58 8,34
Гексан 0,17 0,57 0,0057 2 224,90 -394,40 27,09 -13,60 1 843,99 10,51
Г ептан + в 0,06 0,23 0,0023 2 224,23 -398,02 28,16 -14,95 1 839,42 4,23
Сероводород 25,97 34,31 0,3431 643,22 -175,59 16,77 151,71 636,11 218,25
Углекислый газ 13,33 22,74 0,2274 867,13 -220,39 20,48 205,58 872,80 198,47
Азот 0,40 0,43 0,0043 732,37 -182,96 17,27 458,14 1 024,82 4,41
ИТОГО 100,00 100,00 1,0000 1 382,58
Поправка на заданное давление на устье скважин ДсР определяется по графику зависимости ДсР от приведенных параметров Тпр и Рпр из [1]:
Тпр = Ту / Ткр =336,8 / 260,8 = 1,3;
Рпр = Ру / Ркр =24,1 / 5,92 = 4,1;
ДсР = 1 330,7 Дж/(кг-К).
По формуле (1) определяем изобарную удельную теплоемкость газовой смеси:
срг = 1 382,6 + 1 330,7 = 2 713,3 Дж/(кг-К).
Удельную теплоемкость газовой смеси при постоянном объеме Суг определим, пользуясь формулой Майера [2]:
Суг СРг— К , (4)
где Кг - газовая постоянная.
Пользуясь универсальной газовой постоянной Ят = 8 314 Дж/(кмоль-К) и среднестатистическим значением молекулярной массы газовой смеси Мг = 25,8 кг/кмоль, определяем значение газовой постоянной для среднестатистического состава газа Кг по формуле
Кг = К /Мг . (5)
Тогда Кг = 8 314 / 25,8 = 322,3 Дж/(кг-К),
СУг= 2 713,3 - 322,3 = 2 391 Дж/(кг-К).
Для расчета показателя адиабаты газоконденсатной смеси воспользуемся среднестатистическим значением расходного массового газосо-держания х = 0,77, полученным по данным замеров на контрольных сепа-
раторах. Поскольку удельная теплоемкость жидкой фазы (конденсата) Сж на Астраханском газоконденсатном месторождении не замерялась, введем её оценку по удельной теплоемкости бензина, равной 2 100 Дж/(кг-К) [2]. Подставим исходные данные в формулу:
У = [ хСрт + (1 - х)Сж ] /[ хСуг + (1 - х)Сж ] = 0,77 2 713,3 + 0,23 2 100 2 572,24
0,77 2 391 + 0,23 2 100 2 324,07
= 1,107. (6)
Если показатель адиабаты рассчитать только по удельным теплоемкостям газовой смеси, то получим значение показателя адиабаты для газа:
К = Срг / СУг = 2 713,3 / 2 391 = 1,135.
Таким образом, наличие жидкой фазы в газоконденсатной смеси приводит к уменьшению значения показателя адиабаты по сравнению с однофазной газовой смесью. В данном случае это уменьшение составляет 2,5 % в среднем.
Для подтверждения вышеизложенного проведем анализ уравнений. Определим газовую постоянную и молекулярную массу среднестатистического состава газоконденсатной смеси, т. е. Ксм и Мсм. Из формулы (6) следует, что:
СРсм х СРг + (1 — х) Сж ; (7)
Сусм х СУГ + (1 х) Сж. (8)
Из формулы Майера находим:
Ясм СРсм - Сусм х (СРг - СУГ) хЯг. (9)
Тогда Ясм = 2 572,24 - 2 324,07 = 248,2 Дж/(кг-К)
или Ясм = 0,77- 322,3 = 248,2 Дж/(кг-К).
Молекулярная масса газоконденсатной смеси определяется по формуле
Мсм = Ят / Ясм = Ят / хЯг = Мг / х. (10)
Тогда Мсм = 8 314 / 248,2 = 33,5 кг/кмоль. Пользуясь среднестатистическим значением молекулярной массы газовой смеси Мг = 25,8 кг/кмоль и расходного массового газосодержания х = 0,77, получим тот же результат:
Мсм = 25,8 / 0,77 = 33,5 кг/кмоль,
что подтверждает правильность сделанных допущений.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Инструкция по комплексному исследованию газовых и газоконденсатных пластов и скважин / Под ред. Г. А. Зотова, З. С. Алиева. - М.: Недра, 1980.
2. КухлингХ. Справочник по физике. - М.: Мир, 1982.
Получено 26.10.05
INDICES CALCULATION OF ADIABAT OF GAS-CONDENSATE MIXTURES ON GAS COMPOSITION OF THE ASTRAKHAN GAS-CONDENSATE FIELD
V. S. Semenyakin, V. N. Shevyahova
In practice of gas-condensate wells operation, problems connected to the formation of gas-hydrates frequently arise. As a rule, to solve such a problem a gas condensate flow is heated near the wellhead up to the certain temperature with the account of heat-mass transfer on the length of blowing lines. According to the calculations, the index of the adiabat of gas condensate flow differs from the gas one on 2,5 %. At calculation of heating conditions of gas-condensate mixture in well loops one should use an index of adiabat of gas-condensate mixture.
