Физика пласта: Курс лекций по одноименной дисциплине, страница 21

d= ρ_г / ρ_в , где  ρ_г  –  плотность газа,  ρ_в  – воздуха.

Относительная плотность метана – 0.554, этана – 1.038, пропана – 1.523, бутана – 2.007

Плотность газов зависит от давления и температуры. Она увеличивается с увеличением давления и понижением температуры (рисунок 3.3).

Её определяют по изменению скорости истечения из отверстий. Квадраты скоростей истечения газа из отверстий обратно пропорциональны плотностям, прямо пропорциональны квадратам времени истечения одинаковых объемов газов:

V₁² / V₂² = ρ₂ / ρ₁ = t₂² / t₁²

В газовой смеси определяется средняя кажущаяся молекулярная масса:

M_ср = у₁ М₁+ у₂ М₂+   + у_n М _n = S у_i М_i,

где   М_1, М₂   М _n   – относительные молекулярные массы компонентов,  у_1, у, у_n –  мольные доли компонентов. Один кило моль любого газа занимает объем 22,4м³. Зная среднюю молекулярную массу газов можно определить их плотность по отношению к воздуху:

d = М_ср / М_возд = М / 28,97.

По известной плотности ρ₀ газа при нормальных условиях, можно определить его молекулярную массу:

М_ср = 22,4 ρ₀

При работе с газом следует учитывать его большую плотность, чем воздуха, а значит, он может накапливаться в помещениях и колодцах и создавать опасность.

Вязкость газа характеризует его состояние и закономерность движения в пластах – это сила внутреннего трения между двумя слоями газа.

Вязкость сухого газа при 0⁰С 13*10^-4 Па*с., воздуха – 17*10^-6 Па*с. Динамическая вязкость газа связана с его плотностью  ρ_ср, средней длиной свободного пути молекул  λ_ср,  средней скоростью молекул:

µ =(r V_ср λ_ср) / 3

Из приведенной зависимости следует, что при повышении давления плотность газа возрастает и уменьшается средняя длина свободного пробега молекул, но скорость их пробега не изменяется. Поэтому с увеличением давления динамическая вязкость практически остается постоянной. С увеличением температуры средняя скорость молекул возрастает (rи λ_ср  постоянны) и поэтому увеличивается вязкость газа (рисунок 3.4).

Рассмотренная выше закономерность нарушается, когда давление повышается значительно. При высоких давлениях с увеличением температуры вязкость газа понижается, аналогично изменению вязкости жидкости.

Следует учитывать влияние азота на вязкость газа, при его содержании более  5 %.

Для определения вязкости газов используют методики измерения скорости падения шарика в газе, затухания вращательных колебаний диска и др. В пластовых условиях используют капиллярный метод.

Критическая температура и давление. Для каждого газа существует температура, выше которой он не переходит в жидкое состояние при любых давлениях. Для метана критическая температура равна – 82.1 ⁰С, поэтому в недрах земной коры метан не может быть в жидком состоянии. Этан и пропан в земной коре могут находиться в жидком состоянии при давлениях выше критического, ниже которого как бы ни была низка температура, газ не переходит в жидкое состояние.

Диффузия – взаимное проникновение одного вещества в другое при их соприкосновении, что обусловлено движением молекул. Диффузия газов в пластовых условиях происходит через водонасыщенные поры и трещины пород. Явление диффузии газов играет существенную роль при формировании и разрушении залежей газа.

Растворимость газов при небольших давлениях подчиняется закону Генри, согласно которому количество растворенного газа прямо пропорционально давлению и коэффициенту растворимости. Коэффициенты растворимости газов в воде зависят от температуры и минерализации воды. При температурах до 90 ⁰С эта зависимость обратная, при боле высоких температурах – прямая. С ростом минерализации воды растворимость газа падает.

Растворимость углеводородных газов в нефти примерно в 10 раз больше, чем в воде. Чем более жирный газ и более легкая нефть, тем