Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей (стр. 1 из 5)

Способы выражения составов смесей и связь между ними

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

Массовая и молярная доли

Массовая доля i-го компонента в смеси:

_i(1.1)

m_i – масса i-го компонента в смеси

r- число компонентов в растворе

Молярная доля i-го компонента в смеси равна:

_i(1.2)

n_i – число молей i-го компонента в смеси

n_i=m_i/M_i(1.3)

Из 1.2 с учетом 1.1 и 1.3 следует:

(1.4)

(1.5)

Массовая и объемная доли

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

(1.6)

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

Так как

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

(1.8)

(1.9)

Объемная и молярная доли

(1.10)

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

const, следовательно, для смеси газов

(1.13)

Перемешивание газонефтяных смесей различного состава

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

Для смесей газов в нормальных (стандартных) условиях

(1.14)

Для смесей нефтей

(1.15)

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

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

1.16

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

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

1.17

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

N_i =N_iуд, частично - N_iуд

N_i

газосодержание нефти и ее объемный коэффициент

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

Г₀=V_г/V_н (1.18)

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

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

(1.19)

m_н, m_г – массы сепарированной нефти и газа (кг),

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

Молярная доля растворенного в нефти газа определяется по формуле:

1.21

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

(1.22)

М_н – молярная масса дегазированной нефти.

Молярную массу пластовой нефти можно определить из 1.21 и 1.22

(1.23)

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

(1.24)

Для определения молярной массы пластовой нефти из 1.23 следует

(1.25)

физико-химические свойства пластовых вод

Состав:

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

Катионы H⁺, K⁺, Na⁺, NH₄⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Fe²⁺идр.

Микроэлементы Br^-, J^- и др.

Коллоидные частицы SiO₂, Fe₂O₃, Al₂O₃

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

Минерализация воды

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

Пресные – М 0,001

0,1

Минерализованные – М 0,1

- 5

Рассолы – М 5

35

Понятие об эквивалентной массе и эквиваленте ионов

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

Э=М_и/n_и

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

q_эi= (1.26)

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

Ион	Na+	K+	Mg2+	Ca2+	Fe2+	Fe3+	H+	NH4+
Эквивал.	23,00	39,10	12,15	20,04	27,93	18,62	1,01	18,04
Ион	СL-	HCO3-	CO32	SO42-	Br-	J-	HS-	Нафтен-ионы
Эквивал.	35,45	61,02	30,01	48,03	79,90	126,90	33,07	150-200

Процент-эквивалентная форма представления солевого состава воды получается следующим образом:

A_i=

; K_j= ; (1.27)

Где A_i, K_j – процент-эквивалентная доля i-аниона и j-катиона соответственно, r_Ai, r_Kj – число миллиграмм-эквивалентов в литре раствора i-аниона и j-катиона соответственно (мг-экв/л),

- сумма миллиграмм-эквивалентов всех катионов и анаионов в литре раствора (мг-экв/л).

Жесткость воды

Жесткостью воды называется суммарное количество содержащихся в воде катионов кальция и магния, выраженное в молях на килограмм (литр) раствора.