N2的相关参数计算即图版

N2的相关参数计算即图版
一、氮气的基本性质
氮气是一种惰性气体，它的密度、粘度、导热系数都较低，在水中溶解度低，不易与地层流体及岩石矿物发生反应，可避免乳化、沉淀、堵塞地层的情况发生，也不腐蚀地面及井下设备，不助燃，不易爆，安全可靠（见表1.1）。

氮气压缩系数大，膨胀能力强，弹性能量大，是举升与驱动油流的理想气体。

氮气占空气体积约78%。

采用先进的膜分离制氮技术，立足于现场，就地取材，利用取之不尽的空气廉价资源，高效、快捷地源源不断生产出大量纯度95%以上的氮气直接注入井中。

因而价格低，来源广，施工方便，成为氮气应用技术全面大规模推广的物质基础。

表1.1 氮气的基本物性
二、物性参数计算方法
N 2的偏差系数受温度、压力的影响较大，总的变化趋势是随温度升高而增大；压力较低时，随压力升高而减小，压力较高时，随压力升高而增大。

采用P-R 状态方程可以较精确地描述N 2的偏差系数。

()()()
b v b b v v T a b v RT p -++--=
（2.1）
参数()T a 、b 如下式
c
c
p RT b 07780
.0= （2.2） ()()ωα,r c T a T a =
（2.3）
其中
c
c c p T R a 2245724
.0=
()()[]2
5.011,r i r T m T -+=ωα
226992.054226.137464.0ωω-+=i m
P-R 方程中的压缩因子Z 表达式如下[60]
()()()
023132223=-----+--B B AB Z B B A Z B Z
（2.4）
式中
()()
()222,45724.0r r r T p T T R p T a A ωα==
()r r T p RT bp B 7780.0==
（2.5） （2.6）
对于混合物方程中的参数()T a 、b 采用以下混合规则：
()()∑∑=i
j
ij j i m T a y y T a
∑=i
i i m b y b
其中
()()()()j i ij ij T a T a k T a -=1
∑∑=i
j
ij j i m A y y A
∑=i
i i m B y B
()()5
.01j i ij ij A A k A -=
式中 i y ——平衡混合气相或混合液相中各组分i 的组成；
k ij ——P-R 状态方程的二元交互作用系数； T ——温度，K ； P ——压力，atm ； Z ——压缩因子；
v ——流体摩尔体积，m 3/kmol ；
ω——偏心因子；
R ——通用气体常数，0.08314atm∙m 3/(kmol∙K)。

对于（2.4）压缩因子Z 表示的P-R 方程可以通过牛顿—拉普森迭代法求出，令
()()()()
32223231B B AB Z B B A Z B Z Z f -----+--=
（2.7）
对()Z f 对求导，得
()()()
2232123B B A B Z Z Z f --+--='
先假设一个Z 值为Z n ，
()()n
n
n n Z f Z f Z Z '-=+1
（1）如果ε<-+n n Z Z 1，那么Z n 就是所求的偏差系数Z ，即为()0=Z f ；否则令Z=Z n+1，重新计算，直到满足条件为止。

ε取0.0001即可满足工程精度。

（2）如果迭代次数超过给定的最大迭代次数，则停止迭代，此时迭代失败。

N 2的基本参数如下： P c = 33.94bar ；
T c = 126.15K ； ω = 0.04。

密度用如下等式计算：
ZRT
pM =ρ，即
ρN2 = (P N2 * 28.0134 / (Z N2 * 8.314 * (T N2 + 273))) * 1000
密度单位为kg/m 3； 则体积系数计算方法为：
ρ
ρsur
N B =
2。

三、计算结果即图版
图3.1~3.4分别为氮气在不同温度、压力下偏差因子、密度、体积系数、地
面/地下换算表。

表3.1 氮气在不同温度、压力下偏差因子表
表3.2 氮气在不同温度、压力下密度表
2
图3.1 氮气在不同温度、压力下偏差因子图版
图3.2（a）氮气在不同温度、压力下密度图版（半对数坐标）
图3.2（b）氮气在不同温度、压力下密度图版
图3.3 氮气在不同温度、压力下体积系数图版
注：地面/地下换算即每方地下N2在地面的体积
图3.4 氮气在不同温度、压力下地面/地下换算图版。