Для определения коэффициента сверхсжимаемости (Z) природных газов, содержащих значительное количество сероводорода и углекислого газа, при давлении 0,1 - 70 МПа и температуре 293– 383 К использовалась установка фазовых равновесий Magra–PVT [2], схема которой приведена на рис. 1.

Измерение сводится к определению объема, который занимает известное количество газа при заданных давлении и температуре. Наиболее технологичным способом измерения Z считается способ сжатия газа в камере PVT, объем которой колеблется в течение опыта (нагнетание ртути, введение поршня).

Следует отметить, что для достижения высокой точности определения Z необходимо давление, температуру и объем замерять с точностью на порядок выше минимальных значений данных параметров. Разрешающая способность датчиков давлений и температур установки Magra–PVT высока, что позволяет измерять давление и температуру с достаточной точностью. Для определения истинных объемов газа при различных давлениях необходимо проведение специального комплекса тарировочных исследований, которые включают определение объемов камер PVT, поправок на их термическое расширение и механическую деформацию.

Определение объемов камер PVT и насосов осуществлялось методом замера объема тарировочной жидкости после слива ее из полностью заполненной камеры при нормальных условиях: р_кам=0,1 МПа, T_кам=293 К, число замеров не менее 20.

При объемах жидкости 0,7, 2, 3,8 л объемы камер PVT будут 705±0.5, 2114± ±2, 3604 ±3 л соответственно; объем, определенный газометрическим методом, составит 10420±10 л, объемы насосов (1 и 2) – 487,3±0,1 и 489,2±0,1 л соответственно.

Для расчета истинного объема газа (V_г) в камерах PVT использовалось следующее выражение:

где V_K – объем камеры при нормальных условиях, DV_K.T – поправка на термическое расширение камеры, DV_к.р – поправка на механическую деформацию камеры, V_рт.с – объем ртути, закачанной в камеру, по счетчику, DV_pт.т – поправка на термическое расширение закачанной в камеру ртути по показанию счетчика, DV_pт.р – поправка на механическую деформацию ртути в насосе.

Методика экспериментов по определению Z была следующей. В одну из рабочих камер PVT загружают газ сепарации при давлении 5–8 МПа и создают заданную температуру. Поэтапно повышают давление в рабочей камере до 70–80 МПа и в конце каждого этапа определяют объем V сжатого газа при давлении р. Затем снижают давление в рабочей камере и замеряют объем газа V₀ при P₀=0,1 МПа и Т₀=293 К. Вычисляют Z при текущем давлении р по формуле:

Z=pVT₀/p₀V₀T, (2)

где V₀ – объем газа при P₀=0.1 МПа и T₀= 293 К.

Коэффициенты сжимаемости пластовой смеси находили при давлении выше давления начала конденсации. Эксперименты в этом случае проводили следующим образом: пластовую смесь рекомбинировали, закачивая в камеру газ сепарации и конденсат в соответствии с величиной конденсатогазового фактора пластовой смеси и поднимая давление до 70–80 МПа при пластовой температуре. Далее изотермически снижали давление в рабочей камере и в конце каждого этапа определяли V смеси при давлении р. Снижение давления проводили до величины давления начала конденсации данной пластовой смеси. На каждом этапе снижения давления Z вычисляем по формуле:

Z=pV/NRT, (3)

где N – число молей смеси в рабочей камере, R – универсальная газовая постоянная

где V_к, V_г – объемы загруженных в рабочую камеру конденсата и газа при стандартных условиях, r_к, М_к – плотность и молекулярная масса конденсата.

Для проверки методики определения Z были найдены его значения для азота, а также для газовой смеси, состоящей из 98,68 % метана, 0,35 этана и 0,96 азота. Опыты проводили при температурах 298 и 315 К и давлениях до 49 и 69,6 МПа соответственно. Значения Z данной газовой смеси находили также по графикам Брауна с определением псевдокритических параметров по правилу Кея. Коэффициенты Z газовых смесей, доминирующим компонентом в которых является метан, определяли по этим графикам с погрешностью до 3 % в широком диапазоне изменения давления [1]. Расхождение экспериментально найденных значений Z данной газовой смеси с определенными по графикам Брауна и экспериментальных значений Z азота составило 0,2–3,3, а в среднем 1,8 %, что не выходит за рамки погрешности опытов на данной установке.

Затем были определены Z газов сепарации и пластовых газов, отобранных из скв. 42, 43, 73 Астраханского СГКМ. Составы их приведены в табл. 1, а их экспериментальные величины Z – на рис. 2.

Исходные данные для расчета Z пластовых газов по замерам для скв. 42 и 73: V₀ – 87,8 и 99,54 л; V_кон – 24,3 и 32 см³; r_кон - 0,805 и 0,817 г/см³, M – 150 и 150 г/моль соответственно.

Результаты исследований приведены в табл. 2. Эксперименты показали, что в пластовых условиях Z изучаемых газов Астраханского СГКМ не превышают 1,4.

1. Гуревич Г.Р., Брусиловский А.И. Справочное пособие по расчету фазового состояния и свойств газоконденсатных смесей. М.: Недра.– 1984.
2. Лапшин В.И., Круглое Ю.Ю., Желтов А.П. Проведение исследования фазового состояния пластовой смеси на установке Magra–PVT // ЭИ ВНИИГазпром. Сер. Геол., бурение и разработка газов., газоконденсат, м-ний.– 1987.– Вып. 5.– С. 4–7.

Таблица 2 Результаты экспериментальных исследований коэффициентов сверхсжимаемости пластового газа

Рис. 1. Схема установки Magra–PVT для исследования коэффициентов сверхсжимаемости природных газов:

1, 2 – ртутные насосы, 3 – датчик давления, контейнеры 4 – с газом, 5 –с конденсатом, 6 – камера RVT (0,7, 2 л), 7 – переключатель, 8 – датчики давления, 9 – камеры PVT (3,8 л), 10 – термостат, 11 – газометр, 12 – газовый счетчик

Рис. 2. Кривые для определения коэффициента сверхсжимаемости газов сепарации Астраханского СГКМ.

Скважины. 1 - 43, 2 - 42 T₁=298. T₂=315, T₃=334. T₄=338 К