Physikalisch-chemische Eigenschaften von Öl und Parameter, die es charakterisieren: Dichte, Viskosität, Kompressibilität, Volumenkoeffizient. Ihre Abhängigkeit von Temperatur und Druck

Die physikalischen Eigenschaften von Lagerstättenölen unterscheiden sich stark von den Eigenschaften oberflächenentgaster Öle, die durch den Einfluss von Temperatur, Druck und gelöstem Gas bestimmt werden. Ändern physikalische Eigenschaften Formationsöle, die mit den thermodynamischen Bedingungen ihres Vorhandenseins in den Formationen verbunden sind, werden bei der Berechnung der Ölreserven berücksichtigt und Ölbenzin, bei der Planung, Entwicklung und dem Betrieb von Ölfeldern.

Dichte Die Menge an entgastem Öl variiert stark – von 600 bis 1000 kg/m 3 oder mehr und hängt hauptsächlich von der Kohlenwasserstoffzusammensetzung und dem Gehalt an Asphaltharzsubstanzen ab.

Die Dichte von Öl unter Lagerstättenbedingungen hängt von der Menge des gelösten Gases, der Temperatur und dem Druck ab. Mit zunehmendem Druck nimmt die Dichte leicht zu und mit zunehmenden beiden anderen Faktoren ab. Der Einfluss der letztgenannten Faktoren ist größer. Die Dichte von mit Stickstoff oder Kohlendioxid gesättigten Ölen nimmt mit steigendem Druck leicht zu.

Der Einfluss der Menge an gelöstem Gas und der Temperatur ist stärker. Daher ist die Gasdichte letztlich immer geringer als die Dichte des entgasten Öls an der Oberfläche. Mit steigendem Druck nimmt die Dichte des Öls deutlich ab, was auf die Sättigung des Öls mit Gas zurückzuführen ist. Ein Druckanstieg über den Sättigungsdruck von Öl mit Gas trägt zu einer leichten Erhöhung der Öldichte bei.

Die Dichte des Formationswassers wird neben Druck, Temperatur und gelöstem Gas stark von seinem Salzgehalt beeinflusst. Wenn die Salzkonzentration im Formationswasser 643 kg/m 3 beträgt, erreicht seine Dichte 1450 kg/m 3.

Volumenkoeffizient. Wenn sich ein Gas in einer Flüssigkeit löst, vergrößert sich sein Volumen. Das Verhältnis des Volumens einer Flüssigkeit mit darin gelöstem Gas unter Reservoirbedingungen zum Volumen derselben Flüssigkeit an der Oberfläche nach ihrer Entgasung wird als volumetrischer Koeffizient bezeichnet

b=V PL / V POV

wobei VPL das Ölvolumen unter Lagerstättenbedingungen ist; V POV - Volumen des gleichen Öls bei Luftdruck und t=20°C nach der Entgasung.

Da sich Öl sehr auflösen kann große Menge Kohlenwasserstoffgas (sogar 1000 oder mehr m 3 in 1 m 3 Öl), je nach thermodynamischen Bedingungen kann der Volumenkoeffizient von Öl 3,5 oder mehr erreichen. Die volumetrischen Koeffizienten für Formationswasser betragen 0,99–1,06.

Die Abnahme des geförderten Ölvolumens im Vergleich zum Ölvolumen in der Lagerstätte, ausgedrückt in Prozent, wird als „Schrumpfung“ bezeichnet.

u=(b-1) / b *100 %

Wenn der Druck vom anfänglichen Reservoir p 0 auf den Sättigungsdruck abnimmt, ändert sich der Volumenkoeffizient kaum, weil Öl mit darin gelöstem Gas verhält sich in diesem Bereich wie eine gewöhnliche, schwach komprimierbare Flüssigkeit, die sich bei sinkendem Druck leicht ausdehnt. Wenn der Druck sinkt, wird Gas allmählich aus dem Öl freigesetzt und das Volumenverhältnis nimmt ab. Eine Erhöhung der Öltemperatur verschlechtert die Löslichkeit von Gasen, was zu einer Verringerung des Volumenkoeffizienten führt

Viskosität. Eine der wichtigsten Eigenschaften von Öl ist die Viskosität. Die Ölviskosität wird in fast allen hydrodynamischen Berechnungen berücksichtigt, die mit dem Fördern von Flüssigkeit durch Rohrleitungen, dem Spülen von Bohrlöchern, dem Transport von Bohrlochprodukten durch Rohre im Feld, der Bearbeitung von Bohrlochsohlenzonen der Formation mit verschiedenen Methoden sowie in damit verbundenen Berechnungen zusammenhängen Ölbewegung in der Formation.

Die Viskosität von Lagerstättenöl unterscheidet sich stark von der Viskosität von Oberflächenöl, da es gelöstes Gas enthält und erhöhten Druck- und Temperaturbedingungen ausgesetzt ist. Mit zunehmender Menge an gelöstem Gas und steigender Temperatur nimmt die Viskosität von Ölen ab.

Eine Druckerhöhung unterhalb des Sättigungsdrucks führt zu einer Erhöhung des Gasfaktors und in der Folge zu einer Abnahme der Viskosität. Ein Druckanstieg über den Sättigungsdruck des Lagerstättenöls führt zu einem Anstieg der Viskosität

Mit zunehmendem Molekulargewicht des Öls nimmt seine Viskosität zu. Auch die Viskosität des Öls wird stark durch den Gehalt an Paraffinen und Asphaltharzsubstanzen beeinflusst, meist in Richtung einer Erhöhung.

Ölkompressibilität. Öl besitzt Elastizität, also die Fähigkeit, sein Volumen unter dem Einfluss von äußerem Druck zu verändern. Die Elastizität einer Flüssigkeit wird durch den Kompressibilitätskoeffizienten gemessen, der als Verhältnis der Volumenänderung der Flüssigkeit zu ihrem ursprünglichen Volumen bei Druckänderungen definiert ist:

β P =ΔV/(VΔP), wobei

ΔV – Änderung des Ölvolumens; V – anfängliches Ölvolumen; ΔP – Druckänderung

Der Kompressibilitätskoeffizient von Lagerstättenöl hängt von der Zusammensetzung, dem darin gelösten Gasgehalt, der Temperatur und dem absoluten Druck ab.

Entgaste Öle haben einen relativ niedrigen Kompressibilitätskoeffizienten in der Größenordnung von (4-7) * 10 -10 1/Pa und leichte Öle, die eine erhebliche Menge an gelöstem Gas enthalten, bis zu 140 * 10 -10 1/Pa. Je höher die Temperatur, desto höher ist der Kompressibilitätskoeffizient.

Dichte.

Die Dichte bezieht sich normalerweise auf die Masse einer Substanz, die in einer Volumeneinheit enthalten ist. Dementsprechend beträgt die Dimension dieser Größe kg/m3 bzw. g/cm3.

ρ=m/V

Die Dichte des Öls nimmt unter Lagerstättenbedingungen aufgrund des darin gelösten Gases und aufgrund eines Temperaturanstiegs ab. Sinkt der Druck jedoch unter den Sättigungsdruck, ist die Abhängigkeit der Öldichte nicht monoton, steigt der Druck über den Sättigungsdruck, wird das Öl komprimiert und die Dichte nimmt leicht zu.

Ölviskosität.

Die Viskosität charakterisiert die Reibungskraft (Innenwiderstand), die zwischen zwei benachbarten Schichten innerhalb einer Flüssigkeit oder eines Gases pro Flächeneinheit entsteht, wenn sie sich gegenseitig bewegen.

Die Ölviskosität wird experimentell mit einem speziellen VVD-U-Viskosimeter bestimmt. Das Funktionsprinzip eines Viskosimeters basiert auf der Messung der Fallzeit einer Metallkugel in der zu untersuchenden Flüssigkeit.

Die Viskosität von Öl wird durch die Formel bestimmt:

μ = t (ρ w – ρ f) k

t – Zeitpunkt des Ballfalls, s

ρ w und ρ w – Dichte der Kugel und der Flüssigkeit, kg/m 3

k – Viskosimeterkonstante

Ein Temperaturanstieg führt zu einer Abnahme der Ölviskosität (Abb. 2.a). Eine Druckerhöhung unterhalb des Sättigungsdrucks führt zu einer Erhöhung des Gasfaktors und in der Folge zu einer Abnahme der Viskosität. Ein Druckanstieg über den Sättigungsdruck des Lagerstättenöls führt zu einem Anstieg der Viskosität (Abb. 2.b).

Der minimale Viskositätswert tritt auf, wenn der Druck in der Formation dem Sättigungsdruck der Formation entspricht.

Ölkompressibilität

Öl hat Elastizität. Die elastischen Eigenschaften von Öl werden anhand des Ölkompressibilitätskoeffizienten beurteilt. Unter Ölkompressibilität versteht man die Fähigkeit einer Flüssigkeit, ihr Volumen unter Druckeinfluss zu ändern:

β n = (1)

β n – Ölkompressibilitätskoeffizient, MPa -1-

V n – anfängliches Ölvolumen, m 3

∆V – Messung des Ölvolumens unter dem Einfluss der Druckmessung ∆Р

Der Kompressibilitätskoeffizient charakterisiert die relative Änderung einer Ölvolumeneinheit bei einer Druckänderung pro Einheit. Sie hängt von der Zusammensetzung des Lagerstättenöls, der Temperatur und dem absoluten Druck ab. Mit steigender Temperatur steigt der Kompressibilitätskoeffizient.

Volumenkoeffizient

Unter dem volumetrischen Koeffizienten versteht man einen Wert, der angibt, wie oft das Ölvolumen unter Lagerstättenbedingungen das Volumen desselben Öls übersteigt, nachdem Gas an die Oberfläche freigesetzt wurde.

in = V pl /V Geld

c – volumetrischer Koeffizient

Vpl und Vdeg – Volumina der Lagerstätte und des entgasten Öls, m 3

Wenn der Druck vom Anfangsreservoir p 0 auf den Sättigungsdruck (Segment ab) abnimmt, ändert sich der Volumenkoeffizient kaum, weil Öl mit darin gelöstem Gas verhält sich in diesem Bereich wie eine gewöhnliche, schwach komprimierbare Flüssigkeit, die sich bei sinkendem Druck leicht ausdehnt.

Wenn der Druck sinkt, wird Gas allmählich aus dem Öl freigesetzt und das Volumenverhältnis nimmt ab. Eine Erhöhung der Öltemperatur verschlechtert die Löslichkeit von Gasen, was zu einer Verringerung des Volumenkoeffizienten führt.

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Absolute Temperatur

Es ist leicht zu erkennen, dass der Druck eines in einem konstanten Volumen eingeschlossenen Gases nicht direkt proportional zur auf der Celsius-Skala gemessenen Temperatur ist. Dies geht beispielsweise aus der Tabelle im vorherigen Kapitel hervor. Wenn bei 100 °C der Gasdruck 1,37 kg/cm2 beträgt, beträgt er bei 200 °C 1,73 kg/cm2. Die vom Celsius-Thermometer gemessene Temperatur verdoppelte sich, der Gasdruck stieg jedoch nur um das 1,26-fache. Dies ist natürlich nicht verwunderlich, da die Skala des Celsius-Thermometers willkürlich festgelegt wird und keinerlei Zusammenhang mit den Gesetzen der Gasausdehnung besteht. Mithilfe der Gasgesetze ist es jedoch möglich, eine Temperaturskala festzulegen, sodass der Gasdruck direkt proportional zur auf dieser neuen Skala gemessenen Temperatur ist. Der Nullpunkt auf dieser neuen Skala wird als absoluter Nullpunkt bezeichnet. Dieser Name wurde übernommen, weil, wie der englische Physiker Kelvin (William Thomson) (1824-1907) bewies, kein Körper unter diese Temperatur abgekühlt werden kann.

Dementsprechend wird diese neue Skala als absolute Temperaturskala bezeichnet. Somit gibt der absolute Nullpunkt eine Temperatur von -273° Celsius an und stellt die Temperatur dar, unter die unter keinen Umständen ein Körper gekühlt werden kann. Die als 273°+t1 ausgedrückte Temperatur stellt die absolute Temperatur eines Körpers dar, dessen Temperatur auf der Celsius-Skala t1 entspricht. Absolute Temperaturen werden üblicherweise mit dem Buchstaben T bezeichnet. Somit ist 2730+t1=T1. Die absolute Temperaturskala wird oft als Kelvin-Skala bezeichnet und in T° K geschrieben. Basierend auf dem oben Gesagten

Das erhaltene Ergebnis kann in Worten ausgedrückt werden: Der Druck einer bestimmten Gasmasse, die in einem konstanten Volumen eingeschlossen ist, ist direkt proportional zur absoluten Temperatur. Dies ist ein neuer Ausdruck des Gesetzes von Charles.

Formel (6) ist auch praktisch, wenn der Druck bei 0 °C unbekannt ist.

Gasvolumen und absolute Temperatur

Aus Formel (6) können wir die folgende Formel erhalten:

Das Volumen einer bestimmten Gasmasse bei konstantem Druck ist direkt proportional zur absoluten Temperatur. Dies ist ein neuer Ausdruck des Gay-Lussac-Gesetzes.

Abhängigkeit der Gasdichte von der Temperatur

Was passiert mit der Dichte einer bestimmten Gasmasse, wenn die Temperatur steigt, der Druck aber unverändert bleibt?

Denken Sie daran, dass die Dichte gleich der Masse eines Körpers geteilt durch das Volumen ist. Da die Masse des Gases konstant ist, nimmt die Dichte des Gases beim Erhitzen um ein Vielfaches ab, wenn das Volumen zunimmt.

Wie wir wissen, ist das Volumen eines Gases direkt proportional zur absoluten Temperatur, wenn der Druck konstant bleibt. Folglich ist die Dichte eines Gases bei konstantem Druck umgekehrt proportional zur absoluten Temperatur. Wenn d1 und d2 die Gasdichten bei den Temperaturen t1 und t2 sind, dann gilt die Beziehung

Einheitliches Gasgesetz

Wir haben Fälle betrachtet, in denen sich eine der drei Größen, die den Zustand eines Gases charakterisieren (Druck, Temperatur und Volumen), nicht ändert. Wir haben gesehen, dass bei konstanter Temperatur Druck und Volumen durch das Boyle-Mariotte-Gesetz miteinander in Beziehung stehen; Wenn das Volumen konstant ist, hängen Druck und Temperatur durch das Charles-Gesetz zusammen. Wenn der Druck konstant ist, hängen Volumen und Temperatur durch das Gay-Lussac-Gesetz zusammen. Stellen wir einen Zusammenhang zwischen Druck, Volumen und Temperatur einer bestimmten Gasmasse her, wenn sich alle drei dieser Größen ändern.

Lassen Sie das anfängliche Volumen, den Druck und die absolute Temperatur einer bestimmten Gasmasse gleich V1, P1 und T1 und die endgültigen Werte V2, P2 und T2 sein. Sie können sich vorstellen, dass der Übergang vom Anfangs- zum Endzustand stattgefunden hat zwei Etappen. Ändern wir beispielsweise zunächst das Gasvolumen von V1 auf V2, bleibt die Temperatur T1 unverändert. Der resultierende Gasdruck wird mit Pav bezeichnet. Dann änderte sich die Temperatur von T1 auf T2 bei konstantem Volumen und der Druck änderte sich von Pav. zu P. Machen wir eine Tabelle:

Boyles Gesetz – Mariotte

Charles' Gesetz

Um dies zu ändern, schreiben wir das Boyle-Mariotte-Gesetz für den ersten Übergang

Wenn wir das Gesetz von Charles auf den zweiten Übergang anwenden, können wir schreiben

Wenn wir diese Gleichungen Term für Term multiplizieren und mit Pcp reduzieren, erhalten wir:

Das Produkt aus dem Volumen einer bestimmten Gasmasse und ihrem Druck ist also proportional zur absoluten Temperatur des Gases. Dies ist das einheitliche Gesetz des Gaszustandes bzw. die Zustandsgleichung des Gases.

Gesetz Dalton

Bisher haben wir über den Druck eines einzelnen Gases gesprochen – Sauerstoff, Wasserstoff usw. Doch in der Natur und in der Technik haben wir es sehr oft mit einem Gemisch mehrerer Gase zu tun. Das wichtigste Beispiel hierfür ist Luft, eine Mischung aus Stickstoff, Sauerstoff, Argon, Kohlendioxid und anderen Gasen. Wovon hängt der Druck eines Gasgemisches ab?

Geben Sie ein Stück einer Substanz, die Sauerstoff aus der Luft chemisch bindet (z. B. Phosphor), in den Kolben und verschließen Sie den Kolben schnell mit einem Stopfen und einem Röhrchen. an ein Quecksilbermanometer angeschlossen. Nach einiger Zeit verbindet sich der gesamte Luftsauerstoff mit Phosphor. Wir werden sehen, dass das Manometer einen geringeren Druck anzeigt als vor der Entfernung des Sauerstoffs. Das bedeutet, dass die Anwesenheit von Sauerstoff in der Luft ihren Druck erhöht.

Eine genaue Untersuchung des Drucks eines Gasgemisches wurde erstmals 1809 vom englischen Chemiker John Dalton (1766-1844) durchgeführt. Der Druck, den jedes der Gase, aus denen das Gemisch besteht, hätte, wenn die anderen Gase aus dem Gemisch entfernt würden Das von der Mischung eingenommene Volumen wird Partialdruck dieses Gases genannt. Dalton fand heraus, dass der Druck einer Gasmischung gleich der Summe ihrer Partialdrücke ist (Daltons Gesetz). Beachten Sie das zu stark komprimierte Gase Das Daltonsche Gesetz ist nicht anwendbar, ebenso wenig wie das Boyle-Mariotte-Gesetz.

PHYSIKALISCHE EIGENSCHAFTEN VON GASEN

1. Gasdichte – Masse von 1 m 3 Gas bei einer Temperatur von 0 0 und einem Druck von 0,1 MPa (760 mm Hg). Die Dichte eines Gases hängt von Druck und Temperatur ab. Die Dichte von Gasen variiert im Bereich von 0,55 – 1 g/cm3.

Häufig verwendet relative Dichte durch Luft (dimensionslose Größe - das Verhältnis der Gasdichte zur Luftdichte; bei normale Bedingungen Luftdichte 1, 293 kg/m 3).

2. Viskosität von Gasen – innere Reibung von Gasen, die während ihrer Bewegung auftritt. Die Viskosität von Gasen ist sehr niedrig 1 . 10 -5 Pa.s. Eine solch niedrige Viskosität der Gase gewährleistet ihre hohe Beweglichkeit durch Risse und Poren.

3. Löslichkeit von Gasen – eine der wichtigsten Eigenschaften. Die Löslichkeit von Gasen in Öl oder Wasser bei einem Druck von nicht mehr als 5 MPa unterliegt Henrys Gesetz, d.h. Die Menge des gelösten Gases ist direkt proportional zum Druck und zum Löslichkeitskoeffizienten.

Bei höheren Drücken wird die Gaslöslichkeit durch eine Reihe von Indikatoren bestimmt: Temperatur, chemische Zusammensetzung, Mineralisierung Grundwasser usw. Die Löslichkeit von Kohlenwasserstoffgasen in Ölen ist zehnmal höher als in Wasser. Nasses Gas ist in Öl besser löslich als trockenes Gas. Leichteres Öl löst mehr Gas als schwereres Öl.

4. Kritische Temperatur Gas. Für jedes Gas gibt es eine Temperatur, oberhalb derer es nicht in einen flüssigen Zustand übergeht, egal wie hoch der Druck ist, d. h. kritisch T(für CH 4 T cr = –82,1 0 C). Homologe von Methan können in flüssigem Zustand vorliegen (für C 2 H 6). T cr = 32,2 0 C, C 3 H 8 T cr = 97,0 0 C).

5. Verbreitung ist die spontane Bewegung von Gasen auf molekularer Ebene in Richtung abnehmender Konzentrationen.

6. Volumenkoeffizient des Lagerstättengases ist das Verhältnis des Gasvolumens unter Lagerstättenbedingungen zum Volumen desselben Gases unter Standardbedingungen

(T = 0 0 und P = 0,1 MPa).

V g = V g pl / V g st

Das Gasvolumen in der Formation ist 100-mal geringer als unter Standardbedingungen, weil Gas ist superkompressibel.

GASKONDENSATE

Nicht nur Gas kann sich in Öl lösen, sondern auch Öl kann sich in Gas lösen. Dies geschieht unter bestimmten Bedingungen, nämlich:

1) das Gasvolumen ist größer als das Ölvolumen;

2) Druck 20-25 MPa;

3) Temperatur 90-95 0 C.

Unter diesen Bedingungen beginnen sich flüssige Kohlenwasserstoffe im Gas aufzulösen. Allmählich verwandelt sich die Mischung vollständig in Gas. Dieses Phänomen nennt man retrograde Verdunstung. Wenn sich einer der Bedingungen ändert, beispielsweise wenn der Lagerstättendruck während der Entwicklung abnimmt, beginnt aus diesem Gemisch Kondensat in Form flüssiger Kohlenwasserstoffe freigesetzt zu werden. Seine Zusammensetzung: C 5, H 12 (Pentan) und höher. Dieses Phänomen nennt man retrograde Kondensation.

Gaskondensat ist der flüssige Teil von Gaskondensatansammlungen. Gaskondensate werden Leichtöle genannt, da sie keine asphaltharzhaltigen Stoffe enthalten. Die Dichte von Gaskondensat beträgt 0,65–0,71 g/cm3. Die Dichte von Gaskondensaten nimmt mit der Tiefe zu und ändert sich auch während der Entwicklung (normalerweise nimmt sie zu).

Es gibt Rohkondensat und stabiles Kondensat.

Rohöl ist eine an die Oberfläche geförderte flüssige Phase, in der gasförmige Bestandteile gelöst sind. Rohkondensat wird direkt in Feldabscheidern bei Trenndrücken und -temperaturen gewonnen.

Aus Rohgas wird durch Entgasung ein stabiles Gaskondensat gewonnen, das aus flüssigen Kohlenwasserstoffen (Pentan) und höheren Kohlenwasserstoffen besteht.

GASHYDRATE

Die meisten Gase bilden mit Wasser kristalline Hydrate – Feststoffe. Diese Stoffe werden Gashydrate genannt und entstehen bei niedrige Temperaturen, hohe Drücke und geringe Tiefen. Im Aussehen ähneln sie losem Eis oder Schnee. In Gebieten wurden Ablagerungen dieser Art gefunden Permafrost Western und Ostsibirien und in den Gewässern der Nordmeere.

Das Problem der Verwendung von Gashydraten ist noch nicht ausreichend geklärt. Bei allen Fragen der Gashydratproduktion geht es darum, in der Formation Bedingungen zu schaffen, unter denen Gashydrate in Gas und Wasser zerfallen.

Dazu benötigen Sie:

1) Druckabfall im Reservoir;

2) Temperaturanstieg;

3) Zugabe spezieller Reagenzien.

Muster und Veränderungen der Eigenschaften von Öl und Gas in Lagerstätten und Feldern

Also als Folge physikalischer und chemischer Veränderungen in Ölen und Gasen, die unter dem Einfluss von in Lagerstätten eindringendem Wasser sowie Änderungen des Lagerstättendrucks und der Lagerstättentemperatur auftreten. Für vernünftige Prognosen über Änderungen der Eigenschaften von Öl und Gas während des Entwicklungsprozesses ist es daher erforderlich, klare Vorstellungen zu haben: a) über die Muster der Änderungen der Eigenschaften von Öl und Gas im Verhältnis zum Volumen der Lagerstätte vor Beginn Entwicklung; b) über die Prozesse der physikalischen und chemischen Wechselwirkung von Ölen und Gasen mit Wässern, die in die produktive Formation gelangen (insbesondere mit injizierten Wässern einer anderen Zusammensetzung als Formationswasser); c) über die Richtungen der Flüssigkeitsbewegung in der produktiven Formation als Ergebnis des Bohrlochbetriebs; d) Änderungen des Lagerstättendrucks und der Lagerstättentemperatur während der Zeit der Lagerstättenentwicklung. Muster der Veränderungen der Eigenschaften von Öl und Gas nach Volumen der Lagerstätte. Eine völlige Gleichmäßigkeit der Eigenschaften von darin gelöstem Öl und Gas innerhalb einer Lagerstätte ist ein eher seltenes Phänomen. Für Ölvorkommen Normalerweise sind Eigenschaftsänderungen ganz natürlich und äußern sich vor allem in einer Zunahme der Dichte, einschließlich optischer Dichte, Viskosität, Gehalt an asphaltharzhaltigen Substanzen, Paraffin und Schwefel mit zunehmender Tiefe der Formation, d.h. vom Bogen bis zu den Flügeln und von vom Dach bis zum Sockel in dicken Schichten. Die tatsächliche Dichteänderung in den meisten Lagerstätten beträgt normalerweise nicht mehr als 0,05–0,07 g/cm3. Allerdings nehmen der Gradient des Dichtewachstums und seine absoluten Werte in unmittelbarer Nähe des Öl-Wasser-Kontakts stark zu. Oft ist die Dichte des Öls über der isolierenden Schicht nahezu konstant In Schichten, die der Tagesoberfläche ausgesetzt sind und von oben mit Asphalt-Kirk-Gesteinen versiegelt sind, nimmt die Dichte des Öls mit zunehmender Tiefe ab, erreicht ein Minimum und nimmt dann zu, wenn es sich dem OWC nähert. Die beschriebenen Muster sind am typischsten für hohe Ablagerungen in gefalteten Regionen. Der Hauptgrund für ihre Entstehung ist die gravitative Differenzierung (Schichtung) von Ölen nach Dichte innerhalb der Lagerstätte, ähnlich der Schichtung von Gas, Öl und Wasser innerhalb der Lagerstätte. Eine signifikante Veränderung der Eigenschaften von Ölen in der OWC-Zone und in den oberen Teilen offener Ölvorkommen ist mit oxidativen Prozessen verbunden.

Bei Lagerstätten in Plattformbereichen mit geringem Ölgehalt und einer ausgedehnten OWC-Zone ist die Gravitationsschichtung viel schwächer und der Haupteinfluss auf Veränderungen der Eigenschaften von Ölen wird durch oxidative Prozesse in der vom Bodenwasser unterlagerten Zone ausgeübt.

Gleichzeitig mit der Erhöhung der Öldichte steigt in der Regel seine Viskosität, der Gehalt an asphaltharzhaltigen Stoffen und Paraffin und der Gasgehalt und der Sättigungsdruck gelöster Gase nehmen ab.

Trotz der hohen Diffusionsaktivität von Gasen ist die Variabilität ihrer Zusammensetzung innerhalb einer einzelnen Lagerstätte kein seltenes Phänomen. Am deutlichsten äußert es sich im Gehalt an sauren Bestandteilen – Kohlendioxid CO 2 und insbesondere Schwefelwasserstoff H 2 S. Bei der Verteilung von Schwefelwasserstoff wird üblicherweise eine Zonierung beobachtet, die sich in einer regelmäßigen Änderung der Schwefelwasserstoffkonzentration über die Fläche ausdrückt. Normalerweise gibt es keine offensichtlichen regelmäßigen Konzentrationsänderungen entlang der Höhe der Lagerstätte.

Gaskondensatlagerstätten ohne Ölrand mit geringem Gasgehalt und geringem Kondensat-Gas-Faktor weisen in der Regel eine recht stabile Gaszusammensetzung, Zusammensetzung und Kondensatausbeute auf. Beträgt die Höhe der Gaskondensat-Lagerstätte jedoch mehr als 300 m, beginnen sich die Prozesse der Gravitationsschichtung merklich zu manifestieren, was zu einem Anstieg des Kondensatgehalts im Gefälle der Formation führt, besonders stark bei Lagerstätten mit einem Hoch Gasgehalt und einen Ölrand. Dabei kann der Kondensatgehalt in den unteren Bereichen der Lagerstätte um ein Vielfaches höher sein als im Dach der Lagerstätte. Insbesondere sind Beispiele bekannt, bei denen der Kondensat-Gas-Faktor in den Bohrlöchern des wassernahen Teils der Lagerstätte 180 cm 3 /m 3 betrug und in der Nähe des Gas-Öl-Kontakts 780 cm 3 / m 3, d. h. innerhalb Bei einer Ablagerung variierte der Kondensatgehalt um das Vierfache. Schwankungen um das 1,5- bis 2-fache sind bei vielen Feldern mit hohem Gasgehalt üblich, wenn die Kondensatausbeute mehr als 100 cm 3 /m 3 beträgt.

Dichte von Gasen

Gase zeichnen sich im Gegensatz zu Flüssigkeiten durch eine geringe Dichte aus. Normale Dichte eines Gases ist die Masse eines Liters davon bei 0 °C und einem Druck von 1 kgf/cm2. Die Masse eines Moleküls eines Gases ist proportional zu seiner Dichte.

Die Gasdichte c variiert proportional zum Druck und wird durch das Verhältnis der Gasmasse m zum Volumen V, das es einnimmt, gemessen:

Aus praktischen Gründen ist es praktisch, verschiedene Gase anhand ihrer Dichte im Verhältnis zu Luft unter denselben Druck- und Temperaturbedingungen zu charakterisieren. Da die Moleküle verschiedener Gase unterschiedliche Massen haben, ist ihre Dichte bei gleichem Druck proportional zu ihrer Molmasse.

Dichte von Gasen und das Verhältnis ihrer Dichte zur Luftdichte:

Grundlegende Gasgesetze

Ein charakteristisches Merkmal von Gasen ist, dass sie kein eigenes Volumen und keine eigene Form haben, sondern Gestalt annehmen und das Volumen des Behälters, in dem sie platziert sind, einnehmen. Gase füllen das Volumen des Gefäßes gleichmäßig aus und versuchen, sich auszudehnen und so viel Volumen wie möglich einzunehmen. Alle Gase sind stark komprimierbar. Moleküle realer Gase haben Volumen und Anziehungskräfte, obwohl diese Größen sehr unbedeutend sind. Bei Berechnungen für reale Gase verwenden sie normalerweise Gasgesetze Für ideale Gase. Ideale Gase sind gewöhnliche Gase, deren Moleküle kein Volumen haben und aufgrund des Fehlens anziehender Kräfte nicht miteinander interagieren und bei Kollisionen zwischen ihnen außer den Kräften des elastischen Stoßes keine anderen Kräfte wirken. Diese Gase folgen strikt den Gesetzen von Boyle – Mariotte, Gay-Lussac usw.

Je höher die Temperatur und je niedriger der Druck, desto eher entspricht das Verhalten realer Gase dem idealer Gase. Bei niedrigen Drücken können alle Gase als ideal angesehen werden. Bei Drücken von etwa 100 kg/cm2 betragen die Abweichungen realer Gase von den Gesetzen idealer Gase nicht mehr als 5 %. Da die Abweichungen realer Gase von den für ideale Gase abgeleiteten Gesetzen in der Regel vernachlässigbar sind, können die Gesetze für ideale Gase zur Lösung vieler praktischer Probleme frei verwendet werden.

Boyles Gesetz – Mariotte

Messungen des Gasvolumens unter dem Einfluss von Außendruck zeigten, dass zwischen Volumen V und Druck P liegt einfache Verbindung, ausgedrückt durch das Boyle-Mariotte-Gesetz: Der Druck einer gegebenen Masse (oder Menge) Gas bei einer konstanten Temperatur ist umgekehrt proportional zum Volumen des Gases:

P1: P2 = V1: V2,

wobei P1 der Gasdruck im Volumen V1 ist; P2 – Gasdruck bei Volumen V2.

Es folgt dem:

P1 * V1 = P2* V2 oder P * V= const (bei t = const).

Dieses Postulat wird wie folgt formuliert: Das Produkt aus dem Druck einer gegebenen Gasmasse und ihrem Volumen ist konstant, wenn sich die Temperatur nicht ändert (d. h. während eines isothermen Prozesses).

Nehmen wir zum Beispiel 8 Liter Gas unter dem Druck P = 0,5 kgf/cm2 und ändern den Druck bei konstanter Temperatur, dann erhalten wir folgende Daten: Bei 1 kgf/cm2 nimmt das Gas ein Volumen von 4 ein Liter, bei 2 kgf/cm2 - 2 Liter, bei 4 kgf/cm2 - 1l; bei 8 kgf/cm2 - 0,5 l.

Somit führt bei konstanter Temperatur jede Druckerhöhung zu einer Verringerung des Gasvolumens und eine Verringerung des Gasvolumens zu einer Druckerhöhung.

Der Zusammenhang zwischen Gasvolumen und Druck bei konstanter Temperatur wird häufig für verschiedene Berechnungen in der Tauchpraxis verwendet.

Gesetze von Gay-Lussac und Charles

Das Gesetz von Gay-Lussac drückt die Abhängigkeit des Volumens und des Drucks eines Gases von der Temperatur aus: Bei konstantem Druck ist das Volumen einer bestimmten Gasmasse direkt proportional zu ihrer absoluten Temperatur:

wobei T1 und T2 die Temperatur in Kelvin (K) sind, die der Temperatur in °C + 273,15 entspricht; diese. 0°C? 273 K; 100 °C - -373 K und 0 °C = -273,15 °C.

Folglich führt jede Temperaturerhöhung zu einer Volumenvergrößerung, oder mit anderen Worten, die Änderung des Volumens einer gegebenen Gasmasse V ist direkt proportional zur Änderung der Temperatur t des Gases bei konstantem Druck (d. h. während). ein isobarer Prozess). Diese Position wird durch die Formel ausgedrückt:

wobei V1 das Gasvolumen bei einer bestimmten Temperatur ist; V0 ist das anfängliche Gasvolumen bei 0 °C; b - Volumenausdehnungskoeffizient des Gases.

Beim Erhitzen verschiedener Gase bei selbe Nummer Grad ist die relative Volumenzunahme für alle Gase gleich. Koeffizient b ist ein konstanter Volumenzuwachs für alle Gase, gleich 1/273 oder 0,00367 oC-1. Dieser Koeffizient volumetrische Ausdehnung Gase zeigt an, um welchen Bruchteil des bei 0 °C eingenommenen Volumens das Volumen des Gases zunimmt, wenn es bei konstantem Druck um 1 °C erhitzt wird.

Die Beziehung zwischen Druck und Temperatur unterliegt dem gleichen Muster, nämlich: Die Druckänderung einer gegebenen Gasmasse ist direkt proportional zur Temperatur bei konstantem Volumen (d. h. bei einem isochoren Prozess: aus dem Griechischen „isos“) - gleich und „horema“ – Kapazität), was durch die Formel ausgedrückt wird:

Pt = P0 (1 + bt),

wobei Рt der Gasdruck bei einer bestimmten Temperatur ist; Р0 – anfänglicher Gasdruck bei 0° C; b - Volumenausdehnungskoeffizient des Gases.

Diese Abhängigkeit wurde von J. Charles 25 Jahre vor der Veröffentlichung von J. L. Gay-Lussac festgestellt und wird oft als Charles‘ Gesetz bezeichnet. Auch die Abhängigkeit des Volumens von der Temperatur bei konstantem Druck wurde erstmals von Charles festgestellt.

Wenn die Temperatur eines Gases sinkt, nimmt auch sein Druck ab, und bei einer Temperatur von -273,15 °C ist der Druck jedes Gases Null. Diese Temperatur wird als absolute Nulltemperatur bezeichnet. Gleichzeitig das Chaos thermische Bewegung Moleküle und die Menge an thermischer Energie wird gleich Null. Die gegebenen Abhängigkeiten, die die Gesetze von Charles und Gay-Lussac zum Ausdruck bringen, ermöglichen die Lösung wichtiger praktischer Probleme bei der Vorbereitung und Planung von Unterwassertauchgängen, wie beispielsweise die Bestimmung des Luftdrucks in Zylindern bei Temperaturänderungen, der entsprechenden Änderung der Luftreserven und der in einer bestimmten Tiefe verbrachten Zeit usw. P.

Ideale Gaszustandsgleichung

Verknüpft man den Zusammenhang zwischen Volumen, Druck und Temperatur und drückt ihn in einer Gleichung aus, so erhält man die Zustandsgleichung eines idealen Gases, die das Boyle-Mariotte- und das Gay-Lussac-Gesetz vereint. Diese Gleichung wurde zuerst von B.P. Clayperon abgeleitet, indem er die von seinen Vorgängern vorgeschlagenen Gleichungen umwandelte. Clayperons Gleichung besagt, dass das Produkt aus dem Druck eines Gases einer bestimmten Masse und seinem Volumen geteilt durch die absolute Temperatur ein konstanter Wert ist, der nicht vom Zustand abhängt, in dem sich das Gas befindet. Eine Möglichkeit, diese Gleichung zu schreiben, ist:

In diesem Fall hängt die Gaskonstante r von der Art des Gases ab. Beträgt die Gasmasse ein Mol (Gramm-Molekül), dann ist die Gaskonstante R universell und hängt nicht von der Art des Gases ab. Für eine Gasmasse von 1 Mol hat die Gleichung folgende Form:

Der genaue Wert von R beträgt 8,314510 J mol -1 K-1

Wenn wir nicht 1 Mol, sondern eine beliebige Menge Gas mit der Masse m nehmen, kann der Zustand eines idealen Gases durch die für Berechnungen geeignete Mendeleev-Claiperon-Gleichung in der Form ausgedrückt werden, in der er erstmals von D. I. niedergeschrieben wurde im Jahr 1874:

wobei m die Gasmasse ist, g; M ist die Molmasse.

Die ideale Gaszustandsgleichung kann für Berechnungen in der Tauchpraxis verwendet werden.

Beispiel. Bestimmen Sie das Volumen, das 2,3 kg Wasserstoff bei einer Temperatur von + 10 °C und einem Druck von 125 kgf/cm2 einnehmen

wobei 2300 die Gasmasse ist, g; 0,082 - Gaskonstante; 283 - Temperatur T (273+10); 2 ist die Molmasse von Wasserstoff M. Aus der Gleichung folgt, dass der Druck, den das Gas auf die Gefäßwände ausübt, gleich ist:

Dieser Druck verschwindet entweder bei m > 0 (wenn das Gas fast verschwindet) oder bei V>? (wenn sich das Gas unbegrenzt ausdehnt) oder bei T > 0 (wenn sich die Gasmoleküle nicht bewegen).

Van-der-Waals-Gleichung

Sogar M. V. Lomonosov wies darauf hin, dass das Boyle-Mariotte-Gesetz bei sehr hohen Drücken nicht gelten kann, wenn die Abstände zwischen Molekülen mit ihrer eigenen Größe vergleichbar sind. Anschließend wurde vollständig bestätigt, dass die Abweichungen vom Verhalten idealer Gase bei sehr hohen Drücken und sehr niedrigen Temperaturen erheblich sein werden. In diesem Fall liefert die ideale Gasgleichung falsche Ergebnisse, ohne die Wechselwirkungskräfte zwischen Gasmolekülen und dem von ihnen eingenommenen Volumen zu berücksichtigen. Daher schlug Jan Diederik van der Waals 1873 vor, zwei Korrekturen an dieser Gleichung vorzunehmen: für den Druck und für das Volumen.

Avogadros Gesetz

Avogadro stellte eine Hypothese auf, nach der unter gleichen Temperatur- und Druckbedingungen alle idealen Gase, unabhängig von ihrer chemischen Natur, die gleiche Anzahl von Molekülen pro Volumeneinheit enthalten. Daraus folgt, dass die Masse gleicher Gasvolumina proportional zu ihrer Molekülmasse ist.

Basierend auf dem Avogadro-Gesetz kann man bei Kenntnis der Volumina der untersuchten Gase deren Masse bestimmen und umgekehrt aus der Masse des Gases sein Volumen bestimmen.

Gesetze der Gasdynamik

Daltons Gesetz. Der Druck eines Gasgemisches ist gleich der Summe der Partialdrücke (Partialdrücke) der einzelnen Gase, aus denen das Gemisch besteht, d. h. den Drücken, die jedes Gas einzeln erzeugen würde, wenn es im Volumen von derselben Temperatur aufgenommen würde die Mischung.

Der Partialdruck des Gases Pr ist proportional zum Prozentsatz C des gegebenen Gases und zum absoluten Druck Pabs Gasgemisch und wird durch die Formel bestimmt:

Pr = Pa6с С/100,

wobei Pr der Partialdruck des Gases in der Mischung ist, kg/cm2; C ist der volumetrische Gasgehalt in der Mischung, %.

Dieses Gesetz lässt sich veranschaulichen, indem man ein Gasgemisch in einem geschlossenen Volumen mit einem Satz unterschiedlich schwerer Gewichte vergleicht, die auf einer Waage platziert sind. Offensichtlich übt jedes Gewicht einen Druck auf die Waage aus, unabhängig davon, ob sich andere Gewichte darauf befinden.

In der Regel nimmt die Dichte mit abnehmender Temperatur zu, obwohl es Stoffe gibt, deren Dichte sich anders verhält, beispielsweise Wasser, Bronze und Gusseisen. Somit hat die Dichte von Wasser bei 4 °C einen Maximalwert und nimmt sowohl mit zunehmender als auch mit abnehmender Temperatur relativ zu dieser Zahl ab.

Wenn sich der Aggregatzustand ändert, ändert sich die Dichte eines Stoffes schlagartig: Beim Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand und beim Erstarren der Flüssigkeit nimmt die Dichte zu. Eine Ausnahme von dieser Regel bildet zwar Wasser; seine Dichte nimmt mit zunehmender Erstarrung ab.

Das Verhältnis des P. zweier Stoffe unter bestimmten physikalischen Standardbedingungen wird als relativer P. bezeichnet: Bei flüssigen und festen Stoffen wird es üblicherweise im Verhältnis zum P. von destilliertem Wasser bei 4 °C bestimmt, bei Gasen im Verhältnis zum P. von trockener Luft oder Wasserstoff unter normalen Bedingungen.

Die SI-Einheit von P. ist kg/m 3 , im CGS-Einheitensystem g/cm 3 . In der Praxis werden auch nicht-systemische P-Einheiten verwendet: g/l, t/m 3 usw.

Zur Messung der Dichte von Stoffen werden Dichtemessgeräte, Pyknometer, Aräometer und hydrostatische Wägegeräte eingesetzt (siehe Mora-Waagen). . DR. Methoden zur Bestimmung der Dichte basieren auf dem Zusammenhang der Dichte mit den Parametern des Zustands eines Stoffes bzw. mit der Abhängigkeit der in einem Stoff ablaufenden Prozesse von seiner Dichte ideales Gas kann berechnet werden durch Staatsgleichung r = Uhr/RT, wo p ist der Gasdruck, m ist sein molekulare Masse (Molmasse), R - Gaskonstante , T - absolute Temperatur oder beispielsweise durch die Ausbreitungsgeschwindigkeit des Ultraschalls bestimmt (hier ist b adiabatisch Kompressibilität Gas).

Der Bereich der P-Werte natürlicher Körper und Umgebungen ist außergewöhnlich groß. Somit überschreitet die Dichte des interstellaren Mediums 10 -21 nicht kg/m 3 , der durchschnittliche P. der Sonne beträgt 1410 kg/m 3 , Erde - 5520 kg/m 3 , höchste P. Metalle - 22.500 kg/m 3 (Osmium), P. Substanzen von Atomkernen - 10 17 kg/m 3 , schließlich kann die Dichte von Neutronensternen offenbar 10 20 erreichen kg/m 3 .

Druckanzeige ist ein mechanisches Messgerät, das strukturell aus einem Zifferblatt aus Stahl oder Kunststoff mit einer Feder in Form eines Rohrs besteht und zur Messung des Drucks flüssiger und gasförmiger Substanzen bestimmt ist.

Bei mechanischen Manometern wird der gemessene Druck mit Hilfe eines Messelements in mechanische Bewegung umgewandelt, was zu einer mechanischen Auslenkung der Zeiger oder anderer Teile des Zählwerks, der Aufzeichnung der Messergebnisse sowie Signalgeräten und Druckstabilisierung im führt Systeme des kontrollierten Objekts. Als empfindliche Elemente mechanischer Manometer werden Rohrfedern, harmonische (Balg-) und Flachmembranen sowie andere Messmechanismen eingesetzt, bei denen unter Druckeinwirkung elastische Verformungen oder Elastizitäten spezieller Federn entstehen.

Je nach Genauigkeit werden alle mechanischen Manometer unterteilt in: technische Manometer, Kontrollmanometer und Standardmanometer. Technische Manometer haben die Genauigkeitsklasse 1,5; 2,5; 4; Kontrolle 0,5; 1,0; beispielhaft 0,16; 0,45.

Gauge-Rohrfedern sind hohle Rohre mit ovalem oder anderem Querschnitt, die entlang eines Kreisbogens, entlang einer Schrauben- oder Spirallinie gebogen sind und eine oder mehrere Windungen aufweisen. Die übliche und in der Praxis am häufigsten verwendete Konstruktion verwendet Einwindungsfedern. Die schematischen und strukturellen Diagramme eines Manometers mit einer eingängigen Rohrfeder sind in Abb. 2 dargestellt.

Abb.2. Mechanisches Manometer und seine Eigenschaften

Das Ende der Druckfeder 5 ist an der Armatur 1 angelötet. Das zweite Lötende K ist über eine Stange 3 gelenkig mit dem Hebel des Zahnradsektors 4 verbunden. Die Zähne des Sektors stehen im Eingriff mit dem Abtriebszahnrad 6, das montiert ist auf der Achse 7 der Pfeile 9. Um Vibrationen des Pfeils aufgrund der Lücken zwischen den Zähnen zu vermeiden, verwendet das Getriebe eine Spiralfeder 2, deren Enden mit dem Gehäuse und der Achse 7 verbunden sind. Darunter befindet sich eine feste Skala der Pfeil.

Unter dem Einfluss der Druckdifferenz innen und außen verändert die Rohrfeder die Form ihres Querschnitts, wodurch sich ihr abgedichtetes Ende K proportional zur Betriebsdruckdifferenz verschiebt.

Das Blockschaltbild eines mechanischen Manometers (Abb. 2,b) besteht aus drei linearen Gliedern I, II, III, deren statische Eigenschaften in Diagrammen dargestellt sind und in denen sich die Bewegung des freien Endes der Rohrfeder befindet , ist der Anfangsbuchstaben Zentralwinkel Rohrfeder. Aufgrund der Linearität aller Verbindungen ist die gesamte statische Kennlinie des Manometers linear und die Skala einheitlich. Der Eingangswert von Link I ist der gemessene Druck und der Ausgangswert ist die Bewegung des freien (gelöteten) Endes der Messfeder5. Die Stange 3 mit dem Getriebesektorhebel 4 bildet das zweite Glied. Der Eingabewert von Link II ist und der Ausgabewert ist die Winkelabweichung des Endes der manometrischen Feder. Der Eingabewert von Link III (Link III ist ein Zahnradsektor, der mit dem angetriebenen Zahnrad 6 kämmt) ist die Winkelabweichung und der Ausgang ist die Winkelabweichung des Zeigers 9 von der Nullmarke der Skala 8.

Für Messungen im Tiefvakuumbereich werden mechanische Druckmessgeräte eingesetzt. In Verformungsdruckmessgeräten elastisches Element, mit dem Indikator verbunden, biegt sich unter dem Einfluss der Differenz zwischen gemessenem Druck und Referenzdruck (Atmosphäre oder Hochvakuum). Bei Balg-Industriemanometern der Serie BC-7 bewirkt der gemessene Druck eine Bewegung des Balgs, die an den Schreiber übertragen wird. Diese Geräte verfügen über eine lineare Skala bis 760 Torr und eine Genauigkeit von 1,6 %.