Природные газы и их свойства

Природные газы хорошо растворимы в подземных водах и нефтях и находятся в осадочной оболочке зем­ной коры в различных состояниях: свободном, раст­ворённом и твёрдом. В свободном состоянии они образуют газовые месторождения, пригодные для промышленной разработки. Растворённые в нефти газы называют попутными. При низких температурах и давлениях газы образуют с водой твёрдые гидраты, внешне похожие на снег.

Химический состав. Природные газы являются смесью пяти углеводородов: метана, этана, пропана, бутана и пентана. Нефтяные газы содержат в незначи­тельных количествах углекислый газ, азот, сероводород, ге­лий, аргон. Сухими называют газы с содержанием метана более 50 %, они образуют самостоятельные газовые месторождения. Жирные газы более чем наполовину состоят из этана, пропана и других тяжёлых углеводородов; это преимущественно попутные газы. Из жирных газов получают сжиженные газы или газовые бензины. На практике сухим считается такой газ, в 1 м³ которого содержится меньше 60 г газового бензина, и жирным, если в 1 м³ содержится 60–70 г газового бензина.

Физические свойства газов зависят от их химического состава. Основные параметры газов – плотность, критическое давление и температура, давление насыщения, вязкость, растворимость, и др.

Плотность – масса 1 м³ газа при температуре 0 ^оС и атмосферном давлении 0,1 МПа. На практике часто пользуются относительной плотностью газа по отношению к воздуху. Как видно в табл. 2.1, только метан легче воздуха, а остальные углеводороды тяжелее воздуха.

Критическая температура – это такая температура, выше которой газ не может превратиться в жидкость ни при каком давлении. В земной коре метан никогда не бывает в жидком состоянии, потому что там температура всегда выше критической. Критическое давление – это давление, при котором газ переходит в жидкость. Ниже этого давления газ никогда не переходит в жидкость, как бы снижали температуру. Этан, пропан и более тяжелые углеводороды могут находиться в земной коре в жидком состоянии при давлении большем, чем критическое. На малых глубинах они находятся в газообразном состоянии.

Таблица 2.1

Физические свойства газов

Давление насыщения – давление, при котором газ начинает выделяться из смеси углеводородов при уменьшении давления и повышении температуры. Из газонефтяного раствора вначале выделяется метан, а по мере уменьшения давления – последовательно этан, пропан, бутан и т.д.

Вязкость газа обычно не превышает 1 10^–5 Па с, она меньше вязкости нефти в сотню раз и меньше вязкости воды в десяток раз. При увеличении давления вязкость газа возрастает.

Растворимость газа в нефти примерно в десять раз больше, чем в воде. Жирный газ лучше растворяется в нефти, чем сухой. Легкая нефть растворяет больше газа, чем тяжелая. При растворении в нефти газ увеличивает ее объем и уменьшает плот­ность, вязкость и поверхностное натяжение

Газоконденсатные месторождения.. Если объем газовой фазы значительно превышает объем нефти, то при давлении 20–25 МПа и температуре 90–95 °С наступает обратная растворимость – теперь уже жидкие угле­водороды начинают растворяться в газе, и при определенных давлении и температуре смесь флюидов полностью превращается в газ. Такие смеси образуют газоконденсатные месторождения. При пониже­нии давления до давления насыщения из смеси начинают выпадать жидкие углеводороды (С₅Н₁₂ + высшие). Конденсат – жидкая часть газоконденсатных скоплений, их содержание в газе составляет 40–600 см³/м³. Конден­саты называют светлыми нефтями, их плотность 698–840 кг/м³. Они практически полностью выкипают до 300 °С и не содержат смолисто-асфальтовых веществ. Основные компоненты конденсатов выкипают до 150–200 ^оС. В составе конденсатов преобладают метановые угле­водороды.