天然气的物理性质(

波依尔定律 (2-1)
P2 - 在第二种条件下，以磅/平方英寸 （绝）表示的天然气压力； 由于在大多数应用波依尔定律时，都是 计算在第二种压力条件下，气体的体积值. 所以,可将上述公式改写为：
V
2
P V P
1 2
1
查理定律
(1)
如果压力保持不变，已知的一定 量气体的体积与它的绝对温度的 变化成正比。这一定律的数学表 达式如下:
如果气体的温度保持不变，已 知的，一定量气体的体积与它 的绝对压力的变化成反比。这 一定律的数学表达式如下:
V1 P 2 V2 P 1
(1)
波依尔定律 (2)
式中:
V1 – 在原始条件下，以立方英尺表示的 天然气体积； V2 – 在第二种条件下，以立方英尺表示 的天然气体积； P1 - 在原始条件下，以psia (磅/平方 英寸(绝对))表示的天然气压力
-93 -95 -98
密度 ρ和比容ν（1）
考虑一磅气体，并使用方程2-2和2-3 就可以计算出该气体的密度ρ和比容 v。 pv = bzT (2-6) b=o.37053zT/ γg (2-7)
0.37053zT v p g
1
(2-8)
密度 ρ和比容ν（2）
p g 1 2.6988 v zT
T/L to Fula CPF Test Separator
FT
Heater Treater
Skim Tank
Evaporation
Pond
地面流程（气）
地面流程
Ratchaburi 4100 Metering Station From Yadana Pipeline
153 km 30" Ø Ratchaburi to Wang Noi Cross Country Pipeline Ra #9 Ra #8 Ra #7 Ra #6 Ra #5 Ra #4 Ra #3 Ra #2 Ra #1
表 1 分子量
组分
甲烷 乙烷 丙烷 丁烷 戊烷 己烷 庚烷 二氧化碳 氮气 氧气冲 水污 空气
原子式
CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16 CO2 N2 O2 H2O
分子（重）量
16.043 30.070 44.097 58.124 72.151 86.178 100.205 44.011 28.016O 32.00 18.016 28.967
理想气体定律 （6）
理想气体公式可以写成很多形式。 用于确定一定量气体重量的公式如 下：
W = 0.0933×（MVP/ T） (6) 上式中的符号及单位与上式同
第二章 (真实)气体定律 (1)
1. 概述
2. 气体定律 3. 气体常数, R 4. 压缩因子（系数）, Z
第二章 气体定律
(2)
5. 密度 , ρ；比容υ 6. 摩尔分数； 体积分数和重量分数 7. 天然气的粘度
概述 （3）
3. 一般，在生产（采气、输配气）中都要 对天然气进行计量。 - 气体压力的实际测量值要高于标准压 力值许多倍； - 气体温度的实际测量值要高于标准温 度值许多倍。
概述 （4）
因此，工程人员需要计算在生 产过程中的特定压力和温度条 件下，一定量气体的体积，或 其它参数。应用气体定律就可 以进行这一类问题的计算。
V T V T
1 2
(2)
1
2
查理定律
(2)
式中: T1 – 以0R (绝对温度，F+460)表示 的气体初始温度；
T2 -以0R (绝对温度,F+460)表示的， 在第二套条件下的气体温度；
查理定律
(3)
由于在大多数应用查理定律时，都是计 算在第二套温度条件下，气体的体积值。 所以，可将上述公式改写为：
天然气的物理性质
西南石油大学石油工程学院
目 录 (1)
概述 第一章 什么是天然气? 第二章 天然气是怎样形成的? 第三章 天然气的组成?
目 录 (2)
第四章 天然气的状态方程 第五章 计算天然气的物性参数 第六章 硫化氢的危害 第七章 天然气的爆炸性
第一章 什么是天然气?
1 广义而言： 自然界所有天然生成的可燃气体，如气田 气，油田气，煤层气等。 2 凡是从地下采出的可燃气体，统称为天 然气。 3 从地下采出的在常温常压下，其相态为 气态的烃类和少量非烃类气体所组成的混 合物。
第二章 天然气是怎样形成的?
1 生油/气层，储油/气层； 2 储油/气层的构造特点
生油/气层
生油/气层
1 2 3 4 5 动植物的残骸 高温 高压 缺氧 亿万年时间前
储油/气层 1 背斜 （1）
1 背斜（2）储油/气层
1 背斜（3）— 储油/气层
1 背斜（4）—储油/气层
储油/气层
2 断层
16"
Future conn. 16"
16"
8"
16"
8"
Wang Noi 4100 Metering Station
Parallel Pipeline Wang Noi 630 Metering Station
To Wang Noi Power Plant
第三章 天然气的组成
1. 2. 3. 4. 单质和混合物 天然气是一种混合物 一般天然气的组成 天然气的性质
常把理想气体定律表达为：
pV nRT
式中
P - 气体压力； V – 气体体积；
理想气体定律 （2）
n - 气体的磅-摩尔数； R - 通用气体常数。它随着所使 用的压力、体积和温度的单位（量纲 ）不同而改变。
理想气体定律 （3）
既然气体的磅-分子数等于气体的重 × 量除以该气体的分子量。那末，我 们就可以把理想气体定律表达为：
表1的注释
上面给出的分子量是基于以下的原子重量： 氢 1.008； 碳 12.011； 氮 14.008； 氧 16.000； 氩 39.994； 空气的分子量是假定其中含有 ： 78.09% 的氮； 20.95% 的氧； 0.93% 的氩和 0.03% 的二氧化碳的结 果。
理想气体定律 （1）
天然气混合物 (1)
1. 碳氢化合物 --甲烷 --乙烷 --丙烷 --丁烷 --戊烷 --己烷 --庚烷
. . . .
CH4
C2H6
C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 C7H16.. CnH2n+2
天然气混合物 (2)
• 1. 碳氢化合物： 烃类
天然气混合物 (3)
天然气混合物 (4)
天然气混合物 (5)
2. 天然气中的非碳氢化合物 -- 氮 N2 -- 二氧化碳 CO2 -- 氦 He -- 硫化氢 H2S -- 氧 O2 -- 水蒸汽 H2O
第四章 气体的状态方程
1. 波依尔定律 2. 3. 4. 5. 查理定律 尼古拉杜尔斯定律 理想气体定律 真实气体的状态方程
波依尔定律 (1)
T V V T
2 2 1
（1）
1
尼古拉-杜尔斯定律 （1）
该定律描述的是： 在相同压力和相同温度下，所有 气体都具有相同的体积。 据此，就有： 它们都具有相同的分子数。
尼古拉-杜尔斯定律 （2）
一定体积下,以磅表示的气体重量 在数值上等于它的分子量(众所周 知的摩尔体积)；在温度为60 0F;压 力为14.73 磅/平方英寸(绝)(psia) 时,气体的体积为378.9立方英尺。
(10.732 )(144 ) 53.356 b 28.964 g g
(2-5)
压缩系数 （1）
实际上，压缩系数z是一个变量。 它的值取决于气体的： -- 压力； -- 温度； -- 组分中除烃以外的其它组分
压缩系数 （2）
对于大多数工程目的，通过引入下列概 念的计算可以满足工程计算的需要： - 视对比压力： ppr = p/ppc - 视对比温度：Tpr = T/ TPC 上式中的Ppc和TPC分别为视临界压力和 视临界温度
气体常数R （4）
对于一磅气体： Pv=bzT
b=R/M (2-3)
取空气的平均分子量为： 28.964 以及 天然气相对于空气的比重为γg。天然 气的分子量就等于: M = 28.964γg
wk.baidu.com 气体常数R （5）
此时可得： b = 10.732/28.964γg = 0.37053/γg (2-4) 以立方英尺( cu ft)；磅/平方英尺（绝 ） （psi）； 0R-1；和 磅（ lb）表示 的公式为：
概述 （1）
1.工程师所关心的是： -- 气体开采（采气）； -- 气体输送； -- 可出售天然气的性质； -- 取暖用天然气的数量； -- 热值和品质（质量）。
概述 （2）
2. 本教材中所说的气体体积都是基 于“标 准状态”下的体积。除非另 有说明。标准压力为：14.65 磅/平 方英寸（绝）（psia）；标准温度 为： 60 0F。
尼古拉-杜尔斯定律 （3）
表1-1给出了碳氢化合物和其它常与天然 气相关组分的原子式和分子重量。从表 上我们可以看出甲烷的分子（重）量为 16.043。结合上面有关分子体积的解释 可知其体积为378.9 立方英尺。当温度 为60 0F ；压力为14.73 磅/平方英寸 （绝）（psia）时，它的重量为16.043 磅（lb）。
气体定律
气体定律的表达式 :
PV= nRT
PV= nZRT
(2-1)
(2-2)
气体常数R （1）
气体常数R的值取决于在方程 2-2 中各参数所使用的单位 （量纲）: PV=nZRT
气体常数R （2）
式中：
P – 绝对压力，磅/平方英寸（绝） （ psia）； V - 气体体积，立方英尺（ cu ft）； z - 压缩系数, 比值；
CO2 N2 H2S
ppc
+4 +8 +12 +17 +21
Tpc
-1 -3 -5 -7 -9
ppc Tpc
-1 -3 -5 -7 -9 -3 -6 -9 -11 -14
ppc Tpc
-2 +4 +7 +10 +15 -2 -2 -3 -3 -4
+147 +152 +156
-57 -59 -61
-57 -59 -61
气体常数R （3）
n - 磅-摩尔数； T - 绝对温度, (0F + 459.67)； 众所周知得到的是兰金温标下的温度； 或 0R。
气体常数R （3）
气体常数R的值为： R = 10.732（立方英尺； 0R；磅摩尔） (cu ft, psia, 0R-1, lbmole-1)； R = 1.545 （立方英尺；磅/平方英 尺； 0R；磅-摩尔）(cu ft, lb /sq ft, oR-1 lb-mole) 。
压缩系数 （3）
压缩系数 （4）
Ppr = P/Ppc ; Tpr = T/ Tpc 上式中所有的单位都是要以绝对 单位表示： 压力— 磅/平方英寸（绝） （ psia）； 温度— 兰金温度 (0F + 460).
天然气中含有二氧化碳、氮气和二氧化硫 的视临界性质
CO2或N2 的体积％
1 2 3 4 5 . . 34 35 36
钻井（4）
钻头
挪威海上钻井平台
采油/气 （1）
采油树
（井口装置）
采油/气（2）
采油树 （井口装置）
采油/气（3）
井底装置
采油/气（4）
驱动类型
采油/气（5）——地面流程
地面流程
地面流程（油）
Transfer Pumps
FT FT
Inlet Manifold
16 Heavy Crude Wells 4 Light Crude Wells
储油/气层
3 向斜 4 岩性尖灭
4
岩性尖灭
储油/气层
储油/气层条件
1 2 3 4 5 高温 高压 不渗透的盖层 不渗透的底层（底水，盐丘等） 封闭系统（圈闭）
描述储油层的重要参数
• • • • 1.孔隙度 2.渗透率 3.饱和度
储油孔隙空间
储油裂缝空间
地震勘探
钻井（1）
钻井（2）
钻井(3)
(2-9)
上式中的密度和比容单位是： 磅/立方英尺（ lb/cu ft ）。
算例 （1-1）
确定天然气的密度和比容。 已知在2.765 psia 和179 0F条件下 ：
γg = 0.642； CO2=2.0%,； N2 = 3.0% ； ppc = 670 + 8 - 5 = 673 ppr = 2,765/ 673 = 4.11 Tpc = 372 – 3 - 9 = 360 Tpr = (460 +179)/360 = 1.78
PV=10.722 ×（W/M）×T (5)
理想气体定律 （4）
式中：P – 气体压力，磅/平方英寸(绝） （psia)； V – 气体体积，立方英尺； W – 气体重量，磅； M – 气体分子量； 0R – 气体的绝对温度（华氏）。
理想气体定律 （5）
当压力以磅/平方英寸（绝）表示； 并使用常用的通用气体常数值 1,544时 ，就得到公式中的常数 10.722 。