Дросселирование газа, коэффициент Джоуля-Томсона

При движении газа по технологическому оборудованию происходит снижение (иногда резкое) давления и расширение газового потока. Такое явление отмечается на штуцерах, клапанах, кранах, задвижках, при входе в сепараторы, а также при резкой смене диаметра трубопроводов. Рас­ширение газа обычно сопровождается изменением температуры.

Изменение температуры газа при его адиабатическом расширении (дросселировании) получило название эффекта Джоуля-Томсона. Адиа­батическое расширение - расширение, происходящее в энергетически изолированной системе, т.е. без обмена теплотой или работой.

Изменение температуры газа при снижении давления на 0.1 МПа называется коэффициентом Джоуля-Томсона . Значение коэффици­ента изменяется в широких пределах и может быть положительным или отрицательным. Коэффициент зависит от диапазонов изменения дав­лений и температур, при которых происходит дросселирование, и от тепло­емкости самого газа.

Для природных газов можно определить из выражения

(2.8)

где Ср - изобарная теплоемкость, ккал/кг.моль°С,

- функция определяется по специальному графику.

Пример: Найти . Дано P₁ = 260 кгс/см²; Р₂ = 150 кгс/см²; T_i = 137°С;

С_р = 12,76. Р_кр, = 47,38; Т_кр = 200° К.

Находим:

По графику (,- обобщенная функция f (Ei)) находим, что

= 0,35, тогда

Для оценки изменения температуры газа при его дрессировании можно пользоваться специальными графиками. Коэффициент Джоуля-Томсона рассчитывается и по данным непосредственных замеров темпе­ратур и давлений до и после дросселирования.

Пример: до дросселирования P₁ =260 кгс/см², t=120°C, после дрос­селирования Р₂=150 кгс/см², t=102°C. Тогда средний коэффициент при этом определяют по формуле

(2.9)

5. Влагосодержание природного газа

Природный газ в пластовых условиях до предела возможного на­сыщен парами воды, поскольку в пласте имеется идеальный контакт газа с водой. Это прежде всего остаточная вода коллектора, занимающая до 40% объема порового пространства, далее в месторождении имеется ог­ромная поверхность контакта газа с подошвенными или краевыми вода­ми.

Влагосодержание природного газа является важнейшим парамет­ром, который определяет в значительной мере технологические режимы эксплуатации скважин и газопромысловых сооружений. Содержание во­дяных паров в газе характеризуется: абсолютной влажностью - W, отно­сительной влажностью - .

Абсолютная влажность W показывает массу водяных паров в еди­нице объема газовой смеси, приведенной к нормальным условиям (+ 20°С и 760 мм рт. ст.) и измеряется в г/м³ или кг/1000м³.

Относительная влажность - это отношение фактического со­держания паров воды в единице объема газа при данных Р и Т к его влагоемкости, т.е. к количеству водяных паров в том же объеме и при тех же Р и Т при полном насыщении.

Относительная влажность измеряется в долях единицы или в про­центах. Полное насыщение оценивается как 100%.

Влагосодержание природного газа зависит от давления; температу­ры; состава газа; минерализации воды. В процессе эксплуатации место­рождений значения температур и давлений во всей цепочке технологи­ческого оборудования изменяются.

Снижение температуры вызывает уменьшение водяных паров в га­зовой фазе. В самом пласте происходит увеличение влагосодержания газа, так как пластовое давление Р_пл (t) падает. Следовательно, объем добываемой конденсатной влаги по мере разработки и эксплуатации за­лежи возрастает.

Влагосодержание природного газа с относительной плотностью 0,6 можно с точностью до 10% определить по номограмме влагосодержа­ния, показанной на рис. 1.

Влажность газа с относительной плотностью , отличающейся от 0,6 при контакте с минерализованной водой, определяется по формуле

(2.10)

где - поправка на минерализацию воды;

- поправка на плотность газа.

Рис 1. Номограмма влагосодержания природных газов

с относительной плотностью 0,6

Поправка на: 1-NaCl; 2-NaOH; 3-MgCI₂; 4-CaCl₂;

В зависимости от Р и t влагосодержание по номограмме может из­меняться от 0.01 до 800 кг/1000м³. Для аналитических (точных) расчетов влагосодержания используется формула

(2.11)

где А - коэффициент, равный влагосодержанию идеального газа;

Р - заданное давление, кгс/см²;

В - коэффициент, зависящий от состава газа. Коэффициенты А, В находят в специальной литературе.