Influence of the non-equilibrium state of real gases on their properties

This scientific work presents a study of areas of application and improvement for the Clapeyron–Mendeleev equation to determine the technological parameters of natural and associated petroleum gas under field conditions. As a result of scientific and practical research and laboratory work, the authors, based on the molecular kinetic theory of gases, developed and improved the Clapeyron– Mendeleev equations of state of real gases by adding some genuine parameters for natural and associated petroleum gases produced from oil and gas condensate fields. In this regard, two additional parameters are introduced in the Clapeyron–Mendeleev equation-relative density and relative velocity of gas: and this, as a new scientific result, helps determine any parameter from the seven included in the equation of state of natural and associated petroleum gases developed by the authors. Continuous technological process according to the system of “production, collection, preparation and transportation of products (oil + gas)”, including, separately in non-equilibrium conditions of “collection, preparation and transportation of gas” due to internal energy, causes a natural change in a wide range of basic technological parameters that contribute to frequent changes in the physical and chemical state of the gas. Therefore, this work establishes that one of the main tasks is to show the composition of natural and associated petroleum gas as a result of irreversible transformations of hydrocarbon and acidic components of its internal energy, as a result of which the gas is characterised by a number of patterns in the composition and distribution of components of various hydrocarbon and heterogeneous compositions (i.e., physically and chemically heterogeneous). In these conditions, a practical calculation of gas facilities (gas treatment point, selection of gas separators, field gas pipelines, compressor stations) is carried out to determine process parameters using the Clapeyron–Mendeleev equation of state for real gases, and the results show large errors. This proves once again that many authors have developed equations of state for real gases based on the results of laboratory studies with single-atomic and laboratory gases (hydrogen, nitrogen, oxygen, carbon dioxide, etc.). However, the authors here carried out laboratory studies with products and associated petroleum gas. According to the results of laboratory studies, the authors recommend an improvement of the equation of state of natural and associated petroleum gases.

W pracy przedstawiono studium obszarów zastosowania i doskonalenia równania Clapeyrona–Mendelejewa do wyznaczania parametrów technologicznych gazu ziemnego i towarzyszącego gazu ropopochodnego w warunkach złożowych. W wyniku badań naukowych i praktycznych oraz prac laboratoryjnych autorzy, w oparciu o molekularną teorię kinetyczną gazów, opracowali i udoskonalili równania stanu gazów rzeczywistych Clapeyrona–Mendeleeva poprzez dodanie niektórych parametrów rzeczywistych dla gazu ziemnego i towarzyszących gazów ropopochodnych wydobywanych ze złóż ropnych i kondensatowych. W związku z tym do równania Clapeyrona– Mendeleeva wprowadzono dwa dodatkowe parametry – gęstość względną i prędkość względną gazu, co, jako nowy wynik naukowy, pozwala na wyznaczenie dowolnego parametru z siedmiu parametrów zawartych w opracowanym przez autorów równaniu stanu gazu ziemnego i towarzyszącego gazu ropopochodnego. Ciągły proces technologiczny zgodnie z systemem „produkcji, odbioru, przygotowania i transportu produktów (ropa + gaz)”, w tym osobno w warunkach nierównowagi „odbioru, przygotowania i transportu gazu”, ze względu na energię wewnętrzną powoduje naturalną zmianę w szerokim zakresie podstawowych parametrów technologicznych, które przyczyniają się do częstych zmian stanu fizykochemicznego gazu. Dlatego też przedmiotowa praca jako jedno z głównych zadań stawia przedstawienie składu gazu ziemnego i towarzyszącego mu gazu ropopochodnego powstałego w wyniku nieodwracalnych przemian węglowodorowych i kwasowych składników jego energii wewnętrznej, w wyniku czego gaz ten charakteryzuje się szeregiem prawidłowości pod względem składu i rozprzestrzenienia poszczególnych składników węglowodorowych (o niejednorodnym składzie pod względem fizycznym i chemicznym). W tych warunkach przeprowadzono praktyczne obliczenia dla instalacji gazowych (punkt uzdatniania gazu, dobór separatorów gazu, gazociągi terenowe, tłocznie) w celu określenia parametrów technologicznych z wykorzystaniem równania stanu Clapeyrona–Mendelejewa dla gazów rzeczywistych. Wyniki wykazują duże błędy. Dowodzi to po raz kolejny, że wielu autorów opracowało równania stanu dla gazów rzeczywistych na podstawie wyników badań laboratoryjnych z gazami jednoatomowymi i laboratoryjnymi (wodór, azot, tlen, dwutlenek węgla itp.). Natomiast obecnie autorzy przeprowadzili badania laboratoryjne z udziałem eksploatowanych węglowodorów i towarzyszącego im gazu ropopochodnego. Na podstawie wyników badań laboratoryjnych autorzy zalecili korektę równania stanu dla gazu ziemnego i towarzyszących mu gazów ropopochodnych.