Мұнай газының құрамы мен қасиеті

Мұнай газы ұңғы өнімінің табиғи және ажырамас бөлігі болып табылады, оның мөлшері мұнайдағы газ факторымен бағаланады.

Газ факторы бұлеркін күйінде мұнай қабатынан алынатын, сондай-ақ мұнайды айырудың әртүрлі сатыларынан соң бөлініп шыққан жалпы газ мөлшерін көрсетеді.

Әдетте газдың бірлік көлемінен немесе массасынан бөлініп шығатын газ мөлшерін қалыпты жағдайға келтіреді (Р=0,1 МПа және Т=273 К). Газ факторының өлшем бірлігі (м³/м³ немесе м³/т).

Терең жатқан өнімді қабаттардан өндірілетін жеңіл мұнайлар жоғары газ факторымен сипатталады. Шамалы тереңдіктен алынатын ауыр асфальтты-шайырлы мұнайлардың құрамында газ мөлшері көп болмайды.

Әр ұңғы бойынша газ факторын білу және игеру барысында оның өзгерісін бақылап отыру, бұл мұнай газының ресурсы жөнінде, газ құбырларының гидравликалық есептерін жүргізуде, айырғыштардың қажетті өлшемі мен санын анықтауда, газды дайындауға арналған қондырғылардың өткізгіштік қабілетін анықтауда және газды тасымалдауға арналған компрессорлардың қуаттылығын анықтауда үлкен мәлімет береді.

Мұнай газы - бұл С₁-ден С₄ -ке дейін және одан да жоғары метан қатарының көмірсутектерінің күрделі көпкомпонентті қоспалары, сондай-ақ онда көмірсутек емес газдар - азот, көмірқышқыл газы, күкіртсутек және инертті газдар болуы мүмкін.

Әртүрлі кен орындарынан өндірілетін мұнай газы компоненттік құрамы бойынша едәуір ерекшеленеді.

Қазақстанның бірқатар кен орындарындағы [7], [14] мұнайгазының көпкомпоненттік құрамы 2.2-кестеде келтірілген

2.2-кесте. Айырғыштың 1-ші сатысындағы мұнайгазының құрамы, %

Кен орны	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10	С5Н12	С6Н14	СО2	Н2S	N2	Салыс. тығыз.
Жетібай Өзен Құмкөл Қисымбай Жаңажол Теңіз	50,21 36,83 54,2 72,2 51,81	17,5 21,75 17,56 7,03 5,81 6,4	13,9 19,5 15,86 5,68 4,57 3,0	7,94 11,43 7,66 6,42 3,16 1,6	2,84 4,26 1,83 1,5 1,35 1,2	2,04 4,2 0,3 0,5 2,91 1,01	1,43 0,53 0,5 0,4 0,43 6,0	- - 0,1 - 1,59 3,8	4,13 1,40 2,98 12,92 1,06 0,9	0,78 0,9 1,1 0,767 0,8 0,75

Мұнайгазының неғұрлым бағалы компоненттеріне С₃ және одан да жоғары көмірсутектерінің фракциялары жатады. Газда қышқыл компоненттер деп аталатын Н₂S және СО₂-нің болуы, сондай-ақ су буының болуы мұнайхимиясы үшін мұнайгазын отын және шикізат ретінде қолдануды қиындатады және оны алыс қашықтыққа тасымалдау кезінде қиындықтар туғызады, сондықтан кәсіпшілікте оны дайындау: кептіру және тазарту жүзеге асырылады.

Мұнайгазының тығыздығын көбінесе қалыпты жағдайға арнап, газдың компоненттік құрамынан шыға отырып мына формула бойынша анықтайды:

r =М_қос/22,41; (2.7)

мұнда r - газ қоспасының тығыздығы, кг/м³;

М_{қос -} газ компоненттері қоспаларының молекулярлық массасы, әр компоненттің у_і мольдік үлесін ескере отырып анықтайды:

М_қос=М₁у₁+ М₂у₂+…+ М_іу_і (2.8)

Белгілі бір термобаралық жағдайда газдың тығыздығын анықтау үшін Клайперон-Менделеев теңдеуі қолданылады:

, (2.9) бұдан

(2.10)

мұнда r₀ және r_Р,Т – қалыпты жағдайдағы және берілген қысым мен температурадағы газдың тығыздығы; Р₀ мен Т₀ - қалыпты жағдайдағы қысым мен температура, МПа және К; Р мен Т - берілген қысым мен температура, МПа және К; z -газдың жоғары сығымдылық коэффициенті.

Жоғары сығымдылық коэффициент - газды есептеу барысында қолданылатын ең маңызды параметр. Ол реалды (нақты) газдың идеалды газдан ауытқуын сипаттайды және Браун-Катц графигі [23] (2.1 сурет) бойынша немесе А.З.Истоминнің формуласы бойынша [9] келтірілген қысым Р_кел мен температура Т_кел негізінде анықталады (келтірілген параметрлер - газдың нақты параметрлерінің критикалықтан қаншалықты есе ерекшеленетіндігін көрсететін өлшемсіз шама).

z=1-0,01·(0,76T_кел-9,36Т_кел+13) ·(8-Р_кел) Р_кел (2.11)

Практикада ауа бойынша газдың салыстырмалы тығыздығы жөнінде түсінік кең қолданылады, яғни қалыпты жағдай кезіндегі газ тығыздығының ауа тығыздығына қатынасы:

∆=r/1,293, (2.12)

мұнда 1,293 кг/м³- қалыпты жағдайдағы ауа тығыздығы

2.1-сурет. Табиғи газдың жоғары сығымдылық коэффициенті

Келтірілген қысым мен температураны есептеу үшін табиғи газдар компоненттерінің анықтамалық көрсеткіштері 2.3 кестесінде келтірілген.

2.3 -кесте. Табиғи газдар компоненттерінің анықтамалық көрсеткіштері

Газ компоненттері	Молекулярлық масса, М, кмоль	Критикалық параметрлер
қысым, Ркр, МПа	температура, Ткр, К
СН4 С2Н6 С3Н8 n-С4Н10 і-С4Н10 n-С5Н12 і-С5Н12 С6Н14 N2 CO2 H2S H2O	16,04 30,07 44,09 58,12 58,12 72,15 72,15 86,17 28,02 44,01 34,08 18,02	4,58 4,86 4,34 3,72 3,57 3,28 3,30 2,96 3,46 7,496 8,89 22,565	190,7 369,8 407,2 425,2 470,4 126,1 304,2 373,6 647,45

Газдардың тұтқырлығы - газдың құрамына, температурасына және қысымына байланысты болады.

Мұнайгазы үшін меншікті жылусыйымдылығы мұнайдікіне ұқсас (1,7-2,1 кДж/кг×К) аралығында болады. Метандық газ үшін ең жоғарғы меншікті жылусыйымдылық 2,48 кДж/кг×К. Пропан мен бутанның болуы жалпы жылусыйымдылықты төмендетеді. Көмірсутек емес газдардың меншікті жылусыйымдылығы 1,0 аралығында болады.

Мұнайгазының жылуөткізгіштік коэффициенті 0,01-0,03 Вт/м×К аралығында болады.

Мұнайгазындағы су буының құрамы - қысым мен температураға, сондай-ақ газдың молекулярлық массасы мен қабат суының минерализациясына байланысты болады. Берілген температура кезіндегі газдағы су буының шектік құрамы шықтану нүктесі (точкой росы) деп аталады. (Практикада шықтану нүктесі деп конденсацияның басталу температурасын айтады).

2.2.Сурет. Газдағы су буының ылғалдылық құрамын анықтау үшін

қолданылатын номограмма.

Егерде су буының құрамы бұл шектен асқан болса, онда олардың конденсациясы басталады, яғни сұйық күйге өтеді.

Берілген температура мен қысым кезінде, газдың бірлік көлемінде нақты болатын су буының мөлшерін ылғалдылық құрамы деп атаймыз. Газдағы су буының массалық мөлшері г/м³ немесе кг/1000м³ көрсетіледі.

Газдың ылғалдылығын абсолюттік және салыстырмалы ылғалдылық деп екіге бөліп қарастыруға болады.

Абсолюттік ылғалдылық деп қалыпты жағдай кезіндегі 1м³ газдың құрамында болатын су буының массалық құрамын айтамыз.

Салыстырмалы ылғалдылық деп ығалдылық құрамының ылғалды сыйымдылыққа қаты-насын айтамыз. Салыстырма-лы ылғалдылықты - газ құрамындағы су буының парциалды қысымының - р берілген температура кезіндегі су буының қанығу қысымына - Р қатынасымен анықтайды.

Газ жинау тораптары арқылы мұнай және табиғи газдардың қозғалысы кезінде температура мен қысым төмендеп, осының әсерінен көмірсутекті және сулы конденсаттардың бөлінуі жүреді, бұл кейбір тұстарда (төменгі жерлерде) сұйық тығындарының түзіліп пайда болуына әкеледі. Бұдан басқа белгілі бір термодинамикалық жағдайда газдар сумен байланыса отырып газ гидраттарын түзуі мүмкін. Олар өз кезегінде құбыр қабырғаларына жабысып, олардың қимасын азайтады, ал кейде құбырларды бітеп тастайды.

Газ гидраттары - бұл көмірсутектерінің сумен қатты кристалды тұрақсыз қосылыстары. Сыртқы түріне қарағанда олар сарғылт түсті жұмсақ қарға ұқсас келеді. Гидраттар қысым артқан кезде қандай да болмасын температурада пайда болады. Температура өскен кезде және қысым төмендегенде олар газ бен суға бөлінеді.

Абат сулары

Мұнай кен орындарының қабат сулары ұңғы өнімінің ажырамас құрам бөлігі болып саналады және кәсіпшілікте мұнайды жинау және дайындау кезінде едәуір қиыншылық туғызады. Әртүрлі кен орындарындағы ұңғыдан мұнаймен бірге өндірілетін қабат суларын, әдетте олардың құрамында еріген минералды тұздардың концентрациясына, газдар мен микроорганизмдердің болуына байланысты ажыратады. Қабат суларын негізгі екі топқа бөледі:

1) қатты - хлоркальцилі және хлормагнилі;

2) сілтілі - гидрокарбонатнатрилі.

Көбінесе қабат суларының негізгі басты құрамына: хлорлы натрий NaCL, хлорлы кальций CaCL₂ және хлорлы магний MgCL₂ жатады.

Қабат суларында аниондар мен катиондарға ыдырайтын көптеген тұздар еріген.

Аниондарға жататын иондар: OH^-, Cl^-, SO₄^-, HCO₃^-, CO₃^-.

Катиондарға жататын иондар: H⁺, K⁺, Na⁺, NH₄⁺, Mg⁺⁺, Ca⁺⁺, Fe⁺⁺, Ba⁺⁺, Lі⁺.

Қабат суларының құрамында коллоидтар болуы мүмкін: кремнидің қостотығы SіO₂, алюминий тотығы Al₂O₃, темір тотығы Fe₂O₃, сондай-ақ газдар: көмірқышқыл газы, күкіртсутек, азот, сутек, инертті газдар, көмірсутектері де кездеседі. Олардың арасындағы сандық (мөлшерлік) қатынас қабат суларының түрін және қасиетін анықтайды.

Бірлік көлемге келтірілген қабат суында еріген заттың мөлшерін жалпы минерализация деп атайды.

Қабат суының минерализациясы 1кг/м³-тен 200кг/м³-ке дейінгі аралықта болады, көбінесе қабат суының минерализациясы г/л өлшенеді, бұнымен қатар кәсіпшілік практикасында минерализацияны Боме градусымен (°Ве) белгілеу қолданылады

(2.13)

В.И.Вернадский [4] табиғи суларды құрамындағы тұздардың массалық үлесі (%) бойынша былай бөледі:

- құрамында 0,001-0,1% тұз болса - тұщы су;

- құрамында 0,1-5% тұз болса - минералды су;

- құрамында 5-35% тұз болса - ащы су.

Судың қаттылығы оның құрамындағы кальций Ca²⁺ мен магний Mg²⁺ катиондарының жалпы мөлшерімен анықталады, және килограмға (ерітінді литріне) мольмен көрсетіледі.

Қабат суларының ең маңызды сипаттамасының бірі, бұл сулы ерітіндінің қышқылдық немесе сілтілік ортада екендігін көрсететін сутегі иондарының рН концентрациялық көрсеткіші.

Су молекуласының бір бөлігі иондарға ыдырайды (диссоциаланады)

Н₂О =Н⁺+ОН^-,

Берілген температура кезіндегі тепе-теңдік күйі (жағдай) константамен сипатталады

; (2.14)

мұнда С_Н⁺ және С_ОН^- - судағы сәйкесті Н⁺ және ОН^- иондарының концентрациясы, моль/л; С_Н2О - Н₂О концентрациясы, моль/л. Су концентрациясы тұрақты және 55,56моль/л.

Демек: К_с=55,56K=C_H⁺+C_OH^- (2.15)

K_с - температураға байланысты судың иондық туындысы.

Бейтарап реакция кезінде сутегі иондарының концентрациясы мен гидроксидтік топтар тең болады:

С_Н⁺ +С_ОН^-=(C_H⁺)²; (2.16)

Су температурасы 22 °С кезінде иондық туындысы К_В=1×10^-14 болса, онда С_Н⁺=10^-7 моль/л. (2.17)

Сутегі иондарының концентрациялық логарифмінің оң мәні рН -деп белгіленеді, яғни:

-lg С_Н⁺ =pH (2.18)

немесе С_Н+ =10^-рН

22 °С температура кезіндегі химиялық таза су үшін рН=7 тең болса, онда мұндай суды бейтарап су деп атайды.

Практикада суды рН шамасы бойынша бес топқа жіктейді [2]:

1) 3-ке дейін - қышқылды;

2) 4-6 - әлсізқышқылды;

3) 7 - бейтарап;

4) 8-10 - әлсізсілтілі;

5) 11-14 - сілтілі.

рН шамасы және суда еріген оттегінің болуы жабдықтардың коррозиясына едәуір әсер етеді. Қабат суындағы еріген тұздар металл коррозиясын үдетеді. Сонымен қатар қабат суларында күкіртсутек пен көмірқышқыл газының болуы оның коррозиялық қабілетін арттыра түседі. Қабат суының жоғары температурасы да оның коррозиялық әрекеттілігін арттырады.

Құрамындағы тұзға байланысты қабат суының тығыздығы мына формула бойынша есептелуі мүмкін:

r_қс = r_с+0,764S, (2.19)

мұнда r_с - 20 °С кезіндегі тазартылған судың тығыздығы, кг/м³; S - судағы тұздың концентрациясы, кг/м³.

(t) -температурасы кезіндегі минералданған судың тығыздығын, 20°С кезіндегі қабат суының белгілі тығыздығы бойынша жуықтап анықтауға болады:

r_қс(t) = r_қс(20)-0,0714(t-20) (2.20)

Судың тұтқырлығы құрамындағы тұздарға және температураға байланысты, және осының әсерінен тығыздыққа байланысты ол мына түрде жуықтап есептелінуі мүмкін:

m_қс =m_с (t)10^0,0008831 Dr, (2.21)

мұнда m_қс - (t) температурасы кезіндегі қабат суының тұтқырлығы, мПа×с;

m_с(t)- - (t) температурасы кезіндегі тазартылған судың тұтқырлығы, мына формуламен анықталады:

m_с(t)=1353(t+50)^-1,6928, (2.22)

Dr - 20 °С кезіндегі минералданған және тазартылған су тығыздықтарының арасындағы айырмашылық, кг/м³;

Dr= r_қс - 998,3 (2.23)

Тұщы судың жылусыйымдылығы - 4,19 кДж/кг×К, кристалды NaCl - 0,88 кДж/кг×К, сондықтан минерализацияны ұлғайтқан кезде, оның жылусыйымдылығы төмендейді.

Қабат суларының жылусыйымдылық коэффициенті 0,54-0,65 Вт/м×К аралығында болады.

Дата добавления: 2015-10-23