Abstrakt na tému:
Hustota vzduchu- hmotnosť plynu zemskej atmosféry na jednotku objemu alebo špecifická hmotnosť vzduchu v prírodných podmienkach. Hodnota hustota vzduchu je funkciou výšky vykonaných meraní, jej teploty a vlhkosti. Zvyčajne sa za štandardnú hodnotu považuje 1,225 kg ⁄ m 3 , čo zodpovedá hustote suchého vzduchu pri 15°C na hladine mora.
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hustotu suchého vzduchu možno vypočítať pomocou Clapeyronovej rovnice pre ideálny plyn pri danej teplote. a tlak:
Tu ρ - hustota vzduchu, p- absolútny tlak, R- merná plynová konštanta pre suchý vzduch (287,058 J ⁄ (kg K)), T je absolútna teplota v Kelvinoch. Takže substitúciou dostaneme:
Nasledujúca tabuľka ukazuje rôzne parametre vzduchu vypočítané na základe príslušných základných vzorcov v závislosti od teploty (tlak je braný ako 101,325 kPa)
Vlhkosť je prítomnosť plynnej vodnej pary vo vzduchu, ktorej parciálny tlak nepresahuje tlak nasýtená para pre dané atmosférické podmienky. Prídavok vodnej pary do vzduchu vedie k zníženiu jeho hustoty, čo sa vysvetľuje nižšou molárna hmota voda (18 g ⁄ mol) v porovnaní s molárnou hmotnosťou suchého vzduchu (29 g ⁄ mol). Vlhký vzduch možno považovať za zmes ideálnych plynov, pričom kombinácia hustôt každého z nich umožňuje získať požadovanú hodnotu pre ich zmes. Táto interpretácia umožňuje určiť hodnotu hustoty s chybou menšou ako 0,2 % v teplotnom rozsahu od -10 °C do 50 °C a možno ju vyjadriť takto:
kde je hustota vlhkého vzduchu (kg ⁄ m³); p d- parciálny tlak suchého vzduchu (Pa); R d- univerzálna plynová konštanta pre suchý vzduch (287,058 J ⁄ (kg K)); T- teplota (K); p v- tlak vodnej pary (Pa) a R v- univerzálna konštanta pre paru (461,495 J ⁄ (kg K)). Tlak vodnej pary možno určiť z relatívnej vlhkosti:
kde p v- tlak vodnej pary; φ - relatívna vlhkosť a p sat je parciálny tlak nasýtenej pary, ktorú možno znázorniť nasledujúcim zjednodušeným výrazom:
čo udáva výsledok v milibaroch. Tlak suchého vzduchu p d určený jednoduchým rozdielom:
kde p označuje absolútny tlak uvažovaného systému.
Závislosť tlaku, teploty a hustoty vzduchu od nadmorskej výšky v porovnaní so štandardnou atmosférou ( p 0 \u003d 101325 Pa, T0\u003d 288,15 K, ρ 0 \u003d 1,225 kg / m³).
Na výpočet hustoty vzduchu v určitej výške v troposfére možno použiť nasledujúce parametre (hodnota pre štandardnú atmosféru je uvedená v parametroch atmosféry):
Pre troposféru (t.j. oblasť lineárneho poklesu teploty - to je jediná vlastnosť troposféry, ktorá sa tu používa), teplota vo výške h nadmorská výška môže byť daná vzorcom:
tlak vo výške h:
Potom možno hustotu vypočítať dosadením teploty T a tlaku P zodpovedajúcej danej výške h do vzorca:
Tieto tri vzorce (závislosť teploty, tlaku a hustoty na výške) sa používajú na zostavenie grafov zobrazených vpravo. Grafy sú normalizované - zobrazujú všeobecné správanie parametrov. "Nulové" hodnoty pre správne výpočty musia byť nahradené vždy v súlade s údajmi príslušných prístrojov (teplomer a barometer) na tento moment na hladine mora.
Vychovaný diferenciálne rovnice(1.2, 1.4) obsahujú parametre, ktoré charakterizujú kvapalinu alebo plyn: hustotu r , viskozita m , ako aj parametre porézneho média - koeficienty pórovitosti m a priepustnosť k . Pre ďalšie výpočty je potrebné poznať závislosť týchto koeficientov od tlaku.
Pokles hustoty kvapaliny. Pri stabilnej filtrácii kvapkajúcej kvapaliny možno jej hustotu považovať za nezávislú od tlaku, t. j. kvapalinu možno považovať za nestlačiteľnú: r = konšt .
Pri prechodných procesoch je potrebné brať do úvahy stlačiteľnosť kvapaliny, ktorá sa vyznačuje o objemový kompresný pomer kvapaliny b . Tento koeficient sa zvyčajne považuje za konštantný:
Integrácia poslednej rovnosti z počiatočných hodnôt tlaku p 0 a hustota r0 k aktuálnym hodnotám dostaneme:
V tomto prípade získame lineárnu závislosť hustoty od tlaku.
Hustota plynov. Stlačiteľné kvapaliny (plyny) s malými zmenami tlaku a teploty možno charakterizovať aj objemovými kompresnými pomermi a tepelná rozťažnosť. Ale pri veľkých zmenách tlaku a teploty sa tieto koeficienty menia v širokých medziach, takže závislosť hustoty ideálneho plynu od tlaku a teploty je založená na Claiperon-Mendelejevove stavové rovnice:
kde R' = R/M m je plynová konštanta, ktorá závisí od zloženia plynu.
Plynová konštanta pre vzduch a metán sú rovnaké, R΄ vzduchu = 287 J/kg K˚; R΄ metán = 520 J/kg K˚.
Posledná rovnica sa niekedy píše takto:
 | (1.50) |
Z poslednej rovnice je vidieť, že hustota plynu závisí od tlaku a teploty, takže ak je známa hustota plynu, potom je potrebné uviesť tlak, teplotu a zloženie plynu, čo je nepohodlné. Preto sa zavádzajú pojmy normálny a štandardný fyzikálny stav.
Normálne podmienky zodpovedajú teplote t = 0°C a tlaku p pri = 0,1013°MPa. Hustota vzduchu pri normálnych podmienkach rovná sa ρ v.n.us \u003d 1,29 kg / m 3.
Štandardné podmienky zodpovedajú teplote t = 20°C a tlaku p pri = 0,1013°MPa. Hustota vzduchu pri štandardné podmienky rovná sa ρ w.st.us \u003d 1,22 kg / m 3.
Preto zo známej hustoty za daných podmienok je možné vypočítať hustotu plynu pri iných hodnotách tlaku a teploty:
Bez započítania teploty zásobníka dostaneme ideálnu stavovú rovnicu plynu, ktorú budeme používať v budúcnosti:
kde z - koeficient charakterizujúci mieru odchýlky stavu reálneho plynu od zákona ideálnych plynov (koeficient superkompresibility) a závislý pre daný plyn od tlaku a teploty z = z(p, T) . Hodnoty koeficientu superstlačiteľnosti z sú určené grafmi D. Browna.
Viskozita oleja. Experimenty ukazujú, že koeficienty viskozity oleja (pri tlakoch nad saturačným tlakom) a plynu sa zvyšujú so zvyšujúcim sa tlakom. Pri výrazných zmenách tlaku (až do 100 MPa) môže byť závislosť viskozity ložiskových olejov a zemných plynov od tlaku exponenciálna:
 | (1.56) |
Pri malých zmenách tlaku je táto závislosť lineárna.
Tu m0 – viskozita pri stálom tlaku p0 ; β m - koeficient určený experimentálne a v závislosti od zloženia ropy alebo plynu.
Pórovitosť tvorby. Ak chcete zistiť, ako koeficient pórovitosti závisí od tlaku, zvážte otázku napätí pôsobiacich v poréznom médiu naplnenom kvapalinou. Keď tlak v kvapaline klesá, sily pôsobiace na kostru porézneho média sa zvyšujú, takže pórovitosť klesá.
Vzhľadom na malú deformáciu tuhej fázy sa zvyčajne uvažuje, že zmena pórovitosti závisí lineárne od zmeny tlaku. Zákon stlačiteľnosti hornín je napísaný nasledovne, úvodom tvorba koeficient objemovej pružnosti b c:
kde m0 – koeficient pórovitosti pri tlaku p0 .
Laboratórne pokusy pre rôzne zrnité horniny a terénne štúdie ukazujú, že koeficient objemovej elasticity nádrže je (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1.
Pri výrazných zmenách tlaku je zmena pórovitosti opísaná rovnicou:
a pre veľké - exponenciálne:
 | (1.61) |
V puklinových nádržiach sa priepustnosť mení intenzívnejšie v závislosti od tlaku ako v poréznych, preto v puklinových nádržiach s prihliadnutím na závislosť k(p) potrebnejšie ako v granulovaných.
Stavové rovnice kvapaliny alebo plynu saturujúcej formáciu a porézne médium dopĺňajú systém diferenciálnych rovníc.
Strana 5
Absolútna teplota
Je ľahké vidieť, že tlak plynu obsiahnutého v konštantnom objeme nie je priamo úmerný teplote nameranej na stupnici Celzia. Je to zrejmé napríklad z tabuľky uvedenej v predchádzajúcej kapitole. Ak je pri 100°C tlak plynu 1,37 kg/cm2, potom pri 200°C je 1,73 kg/cm2. Teplota nameraná Celziovým teplomerom sa zdvojnásobila, pričom tlak plynu vzrástol len 1,26-krát. V tom samozrejme nie je nič prekvapujúce, pretože stupnica teplomera v stupňoch Celzia je nastavená podmienene, bez akéhokoľvek spojenia so zákonmi expanzie plynu. Pomocou zákonov o plyne je však možné stanoviť takú teplotnú stupnicu, že tlak plynu bude priamo úmerný teplote nameranej na tejto novej stupnici. Nula v tejto novej stupnici sa nazýva absolútna nula. Tento názov sa ujal preto, lebo ako dokázal anglický fyzik Kelvin (William Thomson) (1824-1907), žiadne teleso nemôže byť ochladené pod túto teplotu.
V súlade s tým sa táto nová stupnica nazýva aj stupnica absolútnych teplôt. Absolútna nula teda udáva teplotu rovnajúcu sa -273° Celzia a je to teplota, pod ktorú sa žiadne teleso nemôže za žiadnych okolností ochladiť. Teplota vyjadrená ako 273°+t1 je absolútna teplota telesa, ktorého teplota v stupňoch Celzia sa rovná t1. Zvyčajne sa absolútne teploty označujú písmenom T. Teda 2730+t1=T1. Absolútna teplotná stupnica sa často nazýva Kelvinova stupnica a píše sa T ° K. Na základe toho, čo bolo povedané
Získaný výsledok možno vyjadriť slovami: tlak daného množstva plynu uzavretého v konštantnom objeme je priamo úmerný absolútnej teplote. Toto je nové vyjadrenie Charlesovho zákona.
Vzorec (6) je tiež vhodný na použitie, keď nie je známy tlak pri 0 °C.
Objem plynu a absolútna teplota
Zo vzorca (6) možno získať nasledujúci vzorec:
Objem určitého množstva plynu pri konštantnom tlaku je priamo úmerný absolútnej teplote. Toto je nové vyjadrenie Gay-Lussacovho zákona.
Závislosť hustoty plynu od teploty
Čo sa stane s hustotou určitého množstva plynu, ak teplota stúpne a tlak zostane nezmenený?
Pripomeňme, že hustota sa rovná hmotnosti tela vydelenej objemom. Keďže hmotnosť plynu je konštantná, hustota plynu pri zahrievaní klesá toľkokrát, koľkokrát sa zväčšuje objem.
Ako vieme, objem plynu je priamo úmerný absolútnej teplote, ak tlak zostáva konštantný. Preto je hustota plynu pri konštantnom tlaku nepriamo úmerná absolútnej teplote. Ak d1 a d2 sú hustoty plynu pri teplotách t1 a t2, potom platí vzťah
Jednotné právo plynného skupenstva
Uvažovali sme o prípadoch, keď sa jedna z troch veličín charakterizujúcich stav plynu (tlak, teplota a objem) nemení. Videli sme, že ak je teplota konštantná, potom tlak a objem spolu súvisia podľa Boyleovho-Mariottovho zákona; ak je objem konštantný, potom tlak a teplota súvisia podľa Charlesovho zákona; ak je tlak konštantný, potom objem a teplota súvisia podľa Gay-Lussacovho zákona. Stanovme vzťah medzi tlakom, objemom a teplotou určitého množstva plynu, ak sa všetky tieto tri veličiny zmenia.
Nech sa počiatočný objem, tlak a absolútna teplota určitého množstva plynu rovnajú V1, P1 a T1, konečné - V2, P2 a T2 - Možno si predstaviť, že prechod z počiatočného do konečného stavu nastal v dvoch etapy. Nech sa napríklad objem plynu najskôr zmení z V1 na V2 a teplota T1 zostane nezmenená. Výsledný tlak plynu je označený Pav Potom sa teplota zmenila z T1 na T2 pri konštantnom objeme a tlak sa zmenil z Pav. k P. Urobme si tabuľku:
Boyleov zákon - Mariotte
Charlesov zákon
Po zmene, prvým prechodom napíšeme Boyleov-Mariottov zákon
Aplikovaním Charlesovho zákona na druhý prechod môžeme písať
Vynásobením týchto rovníc členmi a znížením o Pcp dostaneme:
Takže súčin objemu určitej hmoty, plynu a jeho tlaku je úmerný absolútnej teplote plynu. Toto je jednotný zákon stavu plynu alebo stavová rovnica plynu.
zákon Dalton
Doteraz sme hovorili o tlaku jedného plynu – kyslíka, vodíka atď. Ale v prírode a technike sa veľmi často stretávame so zmesou viacerých plynov. Väčšina dôležitý príklad toto je vzduch, ktorý je zmesou dusíka, kyslíka, argónu, oxid uhličitý a iné plyny. Od čoho závisí tlak zmesi plynov?
Do banky vložíme kúsok látky, ktorá chemicky viaže vzdušný kyslík (napríklad fosfor), a banku rýchlo uzavrieme zátkou s hadičkou. pripojený k ortuťovému manometru. Po určitom čase sa všetok kyslík vo vzduchu spojí s fosforom. Uvidíme, že tlakomer bude ukazovať nižší tlak ako pred odstránením kyslíka. To znamená, že prítomnosť kyslíka vo vzduchu zvyšuje jeho tlak.
Presnú štúdiu tlaku zmesi plynov prvýkrát urobil anglický chemik John Dalton (1766-1844) v roku 1809. Tlak, ktorý by mal každý z plynov tvoriacich zmes, keby sa zvyšné plyny odstránili z objem, ktorý zmes zaberá, sa nazýva parciálny tlak tohto plynu. Dalton zistil, že tlak zmesi plynov sa rovná súčtu ich parciálnych tlakov. (Daltonov zákon). Všimnite si, že Daltonov zákon je neaplikovateľný na vysoko stlačené plyny, rovnako ako Boyleov-Mariottov zákon.
1. Hustota plynu - hmotnosti 1 m 3 plynu pri teplote 0 0 a tlaku 0,1 MPa (760 mm Hg). Hustota plynu závisí od tlaku a teploty. Hustota plynov sa pohybuje v rozmedzí 0,55 - 1 g / cm3.
Bežne používané relatívna hustota vzduchom (bezrozmerná hodnota - pomer hustoty plynu k hustote vzduchu; za normálnych podmienok je hustota vzduchu 1,293 kg / m 3).
2. Viskozita plynov - vnútorné trenie plynov, ktoré vzniká pri jeho pohybe. Viskozita plynov je veľmi nízka 1 . 10 -5 Pa.s. Takáto nízka viskozita plynov zabezpečuje ich vysokú pohyblivosť cez trhliny a póry.
3. Rozpustnosť plynov - jedna z najdôležitejších vlastností. Rozpustnosť plynov v oleji alebo vode pri tlaku najviac 5 MPa podlieha Henryho zákon, t.j. množstvo rozpusteného plynu je priamo úmerné tlaku a koeficientu rozpustnosti.
S viac vysoké tlaky rozpustnosť plynu je už určená množstvom ukazovateľov: teplota, chemické zloženie, mineralizácia podzemnej vody a iné.Rozpustnosť uhľovodíkových plynov v olejoch je 10-krát väčšia ako vo vode. Mokrý plyn je v oleji rozpustnejší ako suchý plyn. Ľahší olej rozpúšťa viac plynu ako ťažký olej.
4. Kritická teplota plynu. Pre každý plyn existuje teplota, nad ktorou neprechádza do kvapalného skupenstva, nech je tlak akokoľvek vysoký, t.j. kritický t(pre CH 4 t cr = -82,1 °C). Homológy metánu môžu byť v kvapalnom stave (pre C2H6 t cr \u003d 32,2 °C, C3H8 t cr = 97,0 °C).
5. Difúzia- ide o samovoľný pohyb plynov na molekulárnej úrovni v smere klesajúcich koncentrácií.
6. objemový faktor formačný plyn je pomer objemu plynu v podmienkach zásobníka k objemu toho istého plynu za štandardných podmienok
(T = 00 a P = 0,1 MPa).
V g \u003d V g pl / V g st
Objem plynu v zásobníku je 100-krát menší ako za štandardných podmienok, pretože plyn je vysoko stlačiteľný.
KONDENZÁTY PLYNU
Nielen plyn sa môže rozpúšťať v oleji, ale ropa sa môže rozpúšťať aj v plyne. Stáva sa to za určitých podmienok, konkrétne:
1) objem plynu je väčší ako objem ropy;
2) tlak 20-25 MPa;
3) teplota 90-95 0 С.
Za týchto podmienok sa v plyne začnú rozpúšťať kvapalné uhľovodíky. Postupne sa zmes úplne zmení na plyn. Tento jav sa nazýva retrográdne vyparovanie. Pri zmene jednej z podmienok, napríklad pri poklese tlaku v zásobníku počas vývoja, sa z tejto zmesi začne oddeľovať kondenzát vo forme kvapalných uhľovodíkov. Jeho zloženie: C 5, H 12 (pentán) a vyššie. Tento jav sa nazýva retrográdna kondenzácia.
Plynný kondenzát je kvapalná časť akumulácie plynového kondenzátu. Plynové kondenzáty sa nazývajú ľahké oleje, pretože neobsahujú asfaltové živicové látky. Hustota plynového kondenzátu je 0,65-0,71 g/cm3. Hustota plynových kondenzátov rastie s hĺbkou a mení sa (zvyčajne sa zvyšuje) aj počas vývoja.
Rozlišujte medzi surovým kondenzátom a stabilným.
Surová je kvapalná fáza extrahovaná na povrch, v ktorej sú rozpustené plynné zložky. Surový kondenzát sa získava priamo v poľných separátoroch pri separačných tlakoch a teplotách.
Zo surového plynu sa jeho odplynením získava stabilný plynný kondenzát, ktorý pozostáva z kvapalných uhľovodíkov (pentán) a vyšších.
HYDRÁTY PLYNU
Väčšina plynov tvorí s vodou kryštalické hydráty - pevné látky. Tieto látky sa nazývajú hydráty plynov a vznikajú pri nízke teploty pri vysokých tlakoch a v malých hĺbkach. Vyzerajú ako voľný ľad alebo sneh. Ložiská tohto typu sa našli v permafrostových oblastiach západnej a východnej Sibíri a vo vodách severných morí.
Problém používania hydrátov plynov ešte nie je dostatočne rozvinutý. Všetky otázky výroby hydrátov plynu sa redukujú na vytváranie podmienok v zásobníku, za ktorých by sa hydráty plynu rozložili na plyn a vodu.
Na to potrebujete:
1) zníženie tlaku v zásobníku;
2) zvýšenie teploty;
3) pridanie špeciálnych činidiel.
Vzorce a zmeny vlastností ropy a plynu v ložiskách a ložiskách
Je to dôsledok fyzikálnych a chemických zmien v olejoch a plynoch, ku ktorým dochádza vplyvom prenikania vody do usadenín a zmien tlaku a teploty v nádrži. Pre rozumné prognózy zmien vlastností ropy a plynu v procese vývoja je preto potrebné mať jasné predstavy: a) o zákonitostiach zmien vlastností ropy a plynu z hľadiska objemu ložiska. pred začiatkom vývoja; b) o procesoch fyzikálnej a chemickej interakcie olejov a plynov s vodami vstupujúcimi do zásobníka (najmä s injektovanými vodami iného zloženia ako formačná voda); c) o smeroch pohybu tekutín v nádrži v dôsledku prevádzky vrtu; d) zmeny tlaku a teploty v nádrži počas obdobia vývoja ložiska. Vzorce zmien vlastností ropy a plynu podľa objemu ložiska.Úplná jednotnosť vlastností ropy a plynu v nej rozpusteného v medziach jedného ložiska je dosť vzácna vec. U ložísk ropy sú zmeny vlastností zvyčajne dosť pravidelné a prejavujú sa predovšetkým nárastom hustoty, vrátane optickej hustoty, viskozity, obsahu asfaltovo-živičných látok, parafínu a síry pri zväčšovaní hĺbky útvaru, teda od kupoly po krídla a od strechy po podrážku v hrubých vrstvách. Skutočná zmena hustoty vo väčšine ložísk zvyčajne nepresahuje 0,05-0,07 g/cm3. Veľmi často sa však gradient zvyšovania hustoty a jej absolútne hodnoty prudko zvyšujú v tesnej blízkosti kontaktu oleja s vodou. Hustota ropy nad izolačnou vrstvou je často prakticky konštantná. -Kir skaly, hustota ropy klesá s zväčšujúcou sa hĺbkou dosiahne minimum a potom sa zväčší, keď sa priblíži k OWC. Opísané vzory sú najtypickejšie pre vysoké nánosy ložísk v zvrásnených oblastiach. Hlavným dôvodom ich vzniku je gravitačná diferenciácia (stratifikácia) rop podľa hustoty vo vnútri ložiska, podobne ako vrstvenie plynu, ropy a vody v ložisku. Významná zmena vlastností olejov v zóne OWC a v horných častiach ropných ložísk otvoreného typu je spojená s oxidačnými procesmi.
Pre ložiská plošinových oblastí s nízkou hladinou ložísk ropy a rozsiahlou zónou WOC je gravitačná stratifikácia oveľa slabšia a hlavný vplyv na zmenu vlastností ropy majú oxidačné procesy v zóne pod spodnou vodou.
Súčasne so zvyšovaním hustoty ropy sa spravidla zvyšuje jej viskozita, znižuje sa obsah asfaltovo-živičných látok a parafínu, ako aj obsah plynov a saturačný tlak rozpustených plynov.
Napriek vysokej difúznej aktivite plynov nie je variabilita ich zloženia v rámci jedného zásobníka ani zďaleka zriedkavým javom. Najvýraznejšie sa prejavuje v obsahu kyslých zložiek - oxidu uhličitého CO 2 a najmä sírovodíka H 2 S. V distribúcii sírovodíka sa zvyčajne dodržiava zonácia, ktorá sa prejavuje v pravidelnej zmene koncentrácií sírovodíka nad Oblasť. Obvykle nie sú viditeľné pravidelné zmeny koncentrácie pozdĺž výšky ložiska.
Ložiská plynového kondenzátu bez olejového okraja s nízkym obsahom plynu a nízkym pomerom plynu a kondenzátu majú spravidla pomerne stabilné zloženie plynu, zloženie a výťažnosť kondenzátu. Keď je však výška ložiska plynového kondenzátu viac ako 300 m, začnú sa zreteľne prejavovať procesy gravitačnej stratifikácie, čo vedie k zvýšeniu obsahu kondenzátu po poklese súvrstvia, obzvlášť prudko pri ložiskách s vysokou hladina plynového ložiska a olejový ráfik. V tomto prípade môže byť obsah kondenzátu v spodných oblastiach ložiska niekoľkonásobne vyšší ako v oblúku ložiska. Konkrétne sú známe príklady, keď pomer kondenzátu a plynu vo vrtoch časti ložiska v blízkosti vody bol 180 cm 3 /m 3 a v blízkosti kontaktu plyn-olej - 780 cm 3 / m 3, tj v rámci rovnaký nános, obsah kondenzátu sa zmenil 4 krát. Kolísanie 1,5--2 krát je bežné pre mnohé polia s vysokým obsahom plynu s výstupom kondenzátu viac ako 100 cm3/m3.
Vplyv teploty a tlaku na hustotu plynu Plyny sa na rozdiel od kvapkajúcich kvapalín vyznačujú výraznou stlačiteľnosťou a vysokými hodnotami koeficientu tepelnej rozťažnosti. Závislosť hustoty plynu od tlaku a teploty určuje stavová rovnica. Väčšina jednoduché vlastnosti má plyn riedený do takej miery, že interakciu medzi jeho molekulami možno ignorovať. Ide o ideálny (dokonalý) plyn, pre ktorý platí Mendelejevova-Clapeyronova rovnica:
Vplyv teploty a tlaku na hustotu plynu р - absolútny tlak; R - merná plynová konštanta, rozdielna pre rôzne plyny, ale nezávislá od teploty a tlaku (pre vzduch R = 287 J / (kg K); T - absolútna teplota. Správanie sa skutočných plynov v podmienkach vzdialených od skvapalnenia sa na správanie dokonalých plynov a pre ne v širokom rozsahu je možné použiť stavové rovnice dokonalých plynov.
Vplyv teploty a tlaku na hustotu plynu V technických výpočtoch sa hustota plynu zvyčajne uvádza do normálnych fyzikálnych podmienok: T=20°C; p = 101325 Pa. Pre vzduch za týchto podmienok je ρ = 1,2 kg / m 3. Hustota vzduchu za iných podmienok je určená vzorcom:
Vplyv teploty a tlaku na hustotu plynu Podľa tohto vzorca pre izotermický dej (T = const): Adiabatický dej je dej, ktorý prebieha bez vonkajšieho prenosu tepla. Pre adiabatický proces je k=cp/cv adiabatická konštanta plynu; cp - tepelná kapacita, plyn pri konštantnom tlaku; cv - to isté, pri konštantnom objeme.
Vplyv teploty a tlaku na hustotu plynu Dôležitou charakteristikou, ktorá určuje závislosť zmeny hustoty so zmenou tlaku v pohybujúcom sa prúde je rýchlosť šírenia zvuku a. V homogénnom prostredí sa rýchlosť šírenia zvuku určí z výrazu: Pre vzduch a = 330 m/s; pre oxid uhličitý 261 m/s.
Vplyv teploty a tlaku na hustotu plynu Keďže objem plynu do značnej miery závisí od teploty a tlaku, závery získané pri štúdiu kvapkajúcich kvapalín možno rozšíriť na plyny iba vtedy, ak sú zmeny tlaku a teploty v rámci javu pod vplyvom úvaha. 3 Keď sa plyny pohybujú vysokou rýchlosťou, môžu nastať výrazné tlakové rozdiely, ktoré spôsobujú výraznú zmenu hustoty plynov. Pomer medzi rýchlosťou pohybu a rýchlosťou zvuku v ňom umožňuje posúdiť potrebu zohľadnenia stlačiteľnosti v každom konkrétnom prípade.
Vplyv teploty a tlaku na hustotu plynu Ak sa kvapalina alebo plyn pohybuje, potom na posúdenie stlačiteľnosti nepoužívajú absolútnu hodnotu rýchlosti zvuku, ale Machovo číslo, ktoré sa rovná pomeru rýchlosti prúdenia k rýchlosť zvuku. М = ν/а Ak je Machovo číslo oveľa menšie ako jednotka, potom kvapkajúcu kvapalinu alebo plyn možno považovať za prakticky nestlačiteľné
Rovnováha plynu Pri malej výške stĺpca plynu možno považovať jeho hustotu za rovnakú pozdĺž výšky stĺpca: potom tlak vytvorený týmto stĺpcom je určený základnou rovnicou hydrostatiky. o vysoká nadmorská výška stĺpec vzduchu, jeho hustota v rôznych bodoch už nie je rovnaká, takže hydrostatická rovnica v tomto prípade neplatí.
Rovnováha plynu Ak vezmeme do úvahy rovnicu diferenciálneho tlaku pre prípad absolútneho pokoja a dosadíme do nej hodnotu hustoty, máme Na integráciu tejto rovnice je potrebné poznať zákon zmeny teploty vzduchu vzhľadom na výšku vzduchu. stĺpec. Zmenu teploty nie je možné vyjadriť jednoduchou funkciou výšky alebo tlaku, takže riešenie rovnice môže byť len približné.
Plynová rovnováha Pre jednotlivé vrstvy atmosféry s dostatočnou presnosťou možno predpokladať, že zmena teploty v závislosti od výšky (a pre baňu - od hĺbky) nastáva podľa lineárneho zákona: T \u003d T 0 + αz , kde T a T 0 sú absolútna teplota vzduchu vo výške (hĺbke) z a na povrchu zeme α-teplotný gradient charakterizujúci zmenu teploty vzduchu s nárastom výšky (-α) alebo hĺbky (+ a) o 1 m, K / m.
Rovnováha plynu Hodnoty koeficientu α sú rôzne v rôznych oblastiach pozdĺž výšky v atmosfére alebo pozdĺž hĺbky v bani. Okrem toho závisia aj od meteorologických podmienok, ročného obdobia a iných faktorov. Pri určovaní teploty v troposfére (t.j. do 11 000 m) sa zvyčajne berie α = 0,0065 K/m, vlhko - 0,01.
Rovnováha plynu Dosadením vzorca pre zmenu teploty do rovnice diferenčného tlaku a jeho integráciou dostaneme Rovnica je vyriešená vzhľadom na H, pričom prirodzené logaritmy sa nahradia desatinnými, α - jej hodnota z rovnice cez teplotu, R - hodnota pre vzduch sa rovná 287 J / (kg K); a náhrada g = 9,81 m/s2.
Plynová rovnováha V dôsledku týchto akcií sa barometrický vzorec H \u003d 29, 3 (TT 0) (lg p / p 0) / (lg. T 0 / T), ako aj vzorec na určenie tlaku, kde n sa určuje podľa vzorca
STÁLENÝ POHYB PLYNU V POTRUBIACH Zákon zachovania energie v mechanickej forme pre prvok dĺžky dx kruhového potrubia s priemerom d za predpokladu, že zmena geodetickej výšky je malá v porovnaní so zmenou piezometrického tlaku, má tvarový proces s konštantným polytropickým exponentom n = const a za predpokladu, že λ = const po integrácii sa získa zákon rozloženia tlaku pozdĺž plynovodu
STÁLÝ POHYB PLYNU V POTRUBIACH
STÁLENÝ POHYB PLYNU V POTRUBIACH M ω Pri n = 1 platia vzorce pre ustálený izotermický prúd plynu. Koeficient hydraulického odporu λ pre plyn v závislosti od Reynoldsovho čísla možno vypočítať zo vzorcov používaných pri prúdení tekutín.
Pri presune reálnych uhľovodíkových plynov pre izotermický proces sa používa stavová rovnica, kde faktor stlačiteľnosti z prírodných uhľovodíkových plynov je určený z experimentálnych kriviek alebo analyticky z približných stavových rovníc.
ω
Odvodené diferenciálne rovnice (1.2, 1.4) obsahujú parametre, ktoré charakterizujú kvapalinu alebo plyn: hustotu r , viskozita m , ako aj parametre porézneho média - koeficienty pórovitosti m a priepustnosť k . Pre ďalšie výpočty je potrebné poznať závislosť týchto koeficientov od tlaku.
Pokles hustoty kvapaliny. Pri stabilnej filtrácii kvapkajúcej kvapaliny možno jej hustotu považovať za nezávislú od tlaku, t. j. kvapalinu možno považovať za nestlačiteľnú: r = konšt .
Pri prechodných procesoch je potrebné brať do úvahy stlačiteľnosť kvapaliny, ktorá sa vyznačuje o objemový kompresný pomer kvapaliny b . Tento koeficient sa zvyčajne považuje za konštantný:
Integrácia poslednej rovnosti z počiatočných hodnôt tlaku p 0 a hustota r0 k aktuálnym hodnotám dostaneme:
V tomto prípade získame lineárnu závislosť hustoty od tlaku.
Hustota plynov. Stlačiteľné kvapaliny (plyny) s malými zmenami tlaku a teploty možno charakterizovať aj koeficientmi objemovej kompresie a tepelnej rozťažnosti. Ale pri veľkých zmenách tlaku a teploty sa tieto koeficienty menia v širokých medziach, takže závislosť hustoty ideálneho plynu od tlaku a teploty je založená na Claiperon-Mendelejevove stavové rovnice:
kde R' = R/M m je plynová konštanta, ktorá závisí od zloženia plynu.
Plynová konštanta pre vzduch a metán sú rovnaké, R΄ vzduchu = 287 J/kg K˚; R΄ metán = 520 J/kg K˚.
Posledná rovnica sa niekedy píše takto:
 | (1.50) |
Z poslednej rovnice je vidieť, že hustota plynu závisí od tlaku a teploty, takže ak je známa hustota plynu, potom je potrebné uviesť tlak, teplotu a zloženie plynu, čo je nepohodlné. Preto sa zavádzajú pojmy normálny a štandardný fyzikálny stav.
Normálne podmienky zodpovedajú teplote t = 0°C a tlaku p pri = 0,1013°MPa. Hustota vzduchu sa za normálnych podmienok rovná ρ v.n.us = 1,29 kg/m3.
Štandardné podmienky zodpovedajú teplote t = 20°C a tlaku p pri = 0,1013°MPa. Hustota vzduchu za štandardných podmienok je ρ w.st.us = 1,22 kg/m3.
Preto zo známej hustoty za daných podmienok je možné vypočítať hustotu plynu pri iných hodnotách tlaku a teploty:
Bez započítania teploty zásobníka dostaneme ideálnu stavovú rovnicu plynu, ktorú budeme používať v budúcnosti:
kde z - koeficient charakterizujúci mieru odchýlky stavu reálneho plynu od zákona ideálnych plynov (koeficient superkompresibility) a závislý pre daný plyn od tlaku a teploty z = z(p, T) . Hodnoty koeficientu superstlačiteľnosti z sú určené grafmi D. Browna.
Viskozita oleja. Experimenty ukazujú, že koeficienty viskozity oleja (pri tlakoch nad saturačným tlakom) a plynu sa zvyšujú so zvyšujúcim sa tlakom. Pri výrazných zmenách tlaku (až do 100 MPa) môže byť závislosť viskozity ložiskových olejov a zemných plynov od tlaku exponenciálna:
 | (1.56) |
Pri malých zmenách tlaku je táto závislosť lineárna.
Tu m0 – viskozita pri stálom tlaku p0 ; β m - koeficient určený experimentálne a v závislosti od zloženia ropy alebo plynu.
Pórovitosť tvorby. Ak chcete zistiť, ako koeficient pórovitosti závisí od tlaku, zvážte otázku napätí pôsobiacich v poréznom médiu naplnenom kvapalinou. Keď tlak v kvapaline klesá, sily pôsobiace na kostru porézneho média sa zvyšujú, takže pórovitosť klesá.
Vzhľadom na malú deformáciu tuhej fázy sa zvyčajne uvažuje, že zmena pórovitosti závisí lineárne od zmeny tlaku. Zákon stlačiteľnosti hornín je napísaný nasledovne, úvodom tvorba koeficient objemovej pružnosti b c:
kde m0 – koeficient pórovitosti pri tlaku p0 .
Laboratórne experimenty pre rôzne zrnité horniny a terénne štúdie ukazujú, že koeficient objemovej elasticity útvaru je (0,3 - 2) 10 -10 Pa -1.
Pri výrazných zmenách tlaku je zmena pórovitosti opísaná rovnicou:
a pre veľké - exponenciálne:
 | (1.61) |
V puklinových nádržiach sa priepustnosť mení intenzívnejšie v závislosti od tlaku ako v poréznych, preto v puklinových nádržiach s prihliadnutím na závislosť k(p) potrebnejšie ako v granulovaných.
Stavové rovnice kvapaliny alebo plynu saturujúcej formáciu a porézne médium dopĺňajú systém diferenciálnych rovníc.
