166650 (Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей)
Описание файла
Документ из архива "Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "химия" из , которые можно найти в файловом архиве . Не смотря на прямую связь этого архива с , его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "контрольные работы и аттестации", в предмете "химия" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "166650"
Текст из документа "166650"
Физико-химические свойства нефти, газа, воды и их смесей
Способы выражения составов смесей и связь между ними
Состав смеси характеризуется числом компонентов смеси и их соотношением. Соотношения определяются долями: массовой, объемной, молярной. Сумма долей всех компонентов смеси равна 1.
Массовая и молярная доли
Массовая доля i-го компонента в смеси:
i (1.1)
mi – масса i-го компонента в смеси
r- число компонентов в растворе
Молярная доля i-го компонента в смеси равна:
i (1.2)
ni – число молей i-го компонента в смеси
ni=mi/Mi (1.3)
Из 1.2 с учетом 1.1 и 1.3 следует:
(1.4)
(1.5)
Массовая и объемная доли
Объемная доля для смесей, подчиняющихся правилу аддитивности, определяется следующим образом:
(1.6)
Vi – объем i-го компонента перед смешением при заданных температуре и давлении смеси.
Так как ( - плотность i-го компонента при заданной температуре и давлении)
(1.8)
(1.9)
Объемная и молярная доли
(1.10)
Для газообразных продуктов в первом приближении можно принять, что в диапазоне давлений, мало отличающихся от атмосферного, отношение молярной массы газа к его плотности практически постоянно, т.е. const, следовательно, для смеси газов
(1.13)
Перемешивание газонефтяных смесей различного состава
Для расчета составов смесей, получающихся в результате перемешивания r смесей пользуются следующими формулами:
Для смесей газов в нормальных (стандартных) условиях
(1.14)
Для смесей нефтей
(1.15)
Nij Nis, – молярная доля i-го компонента в j-растворе и в смеси, получаемой в результате смешивания r растворов(газов, нефтей); Vj – объем j-раствора при нормальных (стандартных) условиях; nj – число молей j-нефти.
Уравнение 1.15 является общим и справедливо для смесей веществ в любых агрегатных состояниях. Например, при перемешивании пластовых нефтей различных скважин, работающих в единый сборный коллектор, состав получающегося нефтяного газа может быть рассчитан по формуле 1.16:
1.16
Qнj – дебет сепарированной нефти j-скважины; Гj – газосодержание пластовой нефти j-скважины (объем газа приведен к нормальным или стандартным условиям).
При удалении из смеси отдельных компонентов полностью или частично, молярные доли оставшихся компонентов можно рассчитать по уравнению 1.17:
1.17
Ni молярная доля i-го компонента в смеси первоначального состава Niуд – молярная доля части i-го компонента, удаляемого из смеси: полностью
Ni =Niуд, частично - Niуд Ni
газосодержание нефти и ее объемный коэффициент
Газосодержание нефти определяют как отношение объема газа, выделяющегося из пластовой нефти в результате ее однократного разгазирования при температуре 20оС и атмосферном давлении к объему сепарированной нефти:
Г0=Vг/Vн (1.18)
Vг – объем газа однократного разгазирования при температуре 20оС и атмосферном давлении (м3), Vн – объем сепарированной нефти, остающейся после однократного разгазирования при температуре 20оС и атмосферном давлении (м3)
Массовую долю растворенного в нефти газа можно определить по формуле 1.19:
(1.19)
mн, mг – массы сепарированной нефти и газа (кг), н – плотность сепарированной нефти в стандартных условиях (кг/м3), г – плотность газа однократного разгазирования при температуре 20оС и атмосферном давлении (кг/м3)
Молярная доля растворенного в нефти газа определяется по формуле:
1.21
Мнг – молярная масса нефти с растворенным в ней газом, Мг – молярная масса газа (кг/кмоль). Если неизвестна молярная масса нефти с растворенным в ней газом, то молярную долю растворенного в нефти газа можно рассчитать по уравнению 1.22:
(1.22)
Мн – молярная масса дегазированной нефти.
Молярную массу пластовой нефти можно определить из 1.21 и 1.22
(1.23)
Поскольку молярный объем газа в стандартных условиях (20оС, 0,1МПа) можно принять равным 24,05м3/кмоль, из 1.22 следует
(1.24)
Для определения молярной массы пластовой нефти из 1.23 следует
(1.25)
физико-химические свойства пластовых вод
Состав:
Анионы: ОН-, СL-, SO42-, CO32-, HCO3-
Катионы H+, K+, Na+, NH4+, Mg2+, Ca2+, Fe2+ и др.
Микроэлементы Br-, J- и др.
Коллоидные частицы SiO2, Fe2O3, Al2O3
Растворенные газы : СО2, H2S, CH4, H2, N2 и др.
Минерализация воды
Под минерализацией воды (М) понимают общее содержание растворенных в ней солей. По В.И. Вернадскому природные воды в зависимости от массового содержания (%) в них растворенных веществ делят на:
Пресные – М 0,001 0,1
Минерализованные – М 0,1 - 5
Рассолы – М 5 35
Понятие об эквивалентной массе и эквиваленте ионов
Эквивалентом ионов вещества (Э), диссоциированного в воде, называется их молекулярная масса или часть ее, соответствующая единице валентности. Или иначе, эквивалентом иона называется отношение молекулярной массы иона к его валентности в данной химической реакции. Для определения Э нужно молекулярную массу иона, подсчитываемую как сумма атомных масс элементов, его составляющих, разделить на валентность иона (nи) в данной реакции:
Э=Ми/nи
Чтобы выразить содержание ионов вещества в растворе в миллиграмм-эквивалентах на килограмм (мг-экв/кг), нужно количество миллиграммов ионов вещества в килограмме раствора разделить на его эквивалент:
qэi= (1.26)
где qэi – концентрация i-тых ионов в растворе (мг-экв/кг), qi – массовая доля i-тых ионов в растворе, mi – масса i-тых ионов в растворе (кг), mв - масса воды в растворе (кг), k- число разновидностей ионов растворенных в воде веществ, qi103 – содержание i-тых ионов в растворе (мг/кг). Значения эквивалентов попутных вод нефтяных месторождений приведены ниже.
Ион | Na+ | K+ | Mg2+ | Ca2+ | Fe2+ | Fe3+ | H+ | NH4+ |
Эквивал. | 23,00 | 39,10 | 12,15 | 20,04 | 27,93 | 18,62 | 1,01 | 18,04 |
Ион | СL- | HCO3- | CO32 | SO42- | Br- | J- | HS- | Нафтен-ионы |
Эквивал. | 35,45 | 61,02 | 30,01 | 48,03 | 79,90 | 126,90 | 33,07 | 150-200 |
Процент-эквивалентная форма представления солевого состава воды получается следующим образом:
Ai= ; Kj= ; (1.27)
Где Ai, Kj – процент-эквивалентная доля i-аниона и j-катиона соответственно, rAi, rKj – число миллиграмм-эквивалентов в литре раствора i-аниона и j-катиона соответственно (мг-экв/л), - сумма миллиграмм-эквивалентов всех катионов и анаионов в литре раствора (мг-экв/л).
Жесткость воды
Жесткостью воды называется суммарное количество содержащихся в воде катионов кальция и магния, выраженное в молях на килограмм (литр) раствора.
В зависимости от соотношения между общей жесткостью воды Жо и содержанием в ней ионов НСО нефтепромысловые сточные воды можно разделить на две группы:
Жо - жесткие
Жо - щелочные воды
Для вод первой группы различают жесткость общую Жо, карбонатную Жк и некарбонатную Жнк, кальциевую ЖСа и магниевую ЖMg.
Для вод второй группы понятие карбонатной и некарбонатной жесткости теряет смысл, поэтому они характеризуются только общей кальциевой и магниевой жесткостью.
Между различными жесткостями существует связь:
Жо= Жк+ Жнк= ЖСа+ ЖMg
Показатель содержания водородных ионов
Важной характеристикой химическиго состава пластовой и сточной вод является содержание в ней водородных ионов. Часть молекул воды находится в диссоциированном состоянии:
Н2О=Н++ОН-
Состояние равновесия при данной температуре характеризуется константой:
К= (1.28)
Где СН+, СОН- - концентрация ионов водорода и гидроксида в воде соответственно, моль/л; СН2О – концентрация молекул воды, моль/л.
Концентрация воды постоянна и равна 55,56 моль/л. поэтому из (1.28) следует
Кв=55,56К= СН++ СОН-, где Кв – ионное произведение воды (табл. 2).
Таблица 2 Ионное произведение воды
tоС | Кв 10-14 | tоС | Кв 10-14 | tоС | Кв 10-14 | tоС | Кв 10-14 |
0 | 0,112 | 25 | 1,01 | 60 | 9,61 | 150 | 234 |
5 | 0,186 | 30 | 1,47 | 70 | 21,0 | 165 | 315 |
10 | 0,293 | 35 | 2,09 | 80 | 35,0 | 200 | 485 |
15 | 0,452 | 40 | 2,92 | 90 | 53,0 | 250 | 550 |
18 | 0,570 | 45 | 4,02 | 100 | 59,0 | 306 | 304 |
20 | 0,680 | 50 | 5,47 | 122 | 120 |
При нейтральной реакции концентрации ионов водорода и гидроксида равны, следовательно СН++ СОН-=( СН+)2. Так как при температуре 22оС Кв=10-14, то СН+=10-7моль/л. отрицательное значение логарифма концентрации водородных ионов обозначается рН.