Download Bài Giảng + Thuyết Trình Môn Tính Chất Vật Lý Tầng Chứa 3 Trường Đại Học Mỏ Địa Chất Hà Nội

Chương III
Khí tỰ nhiên và khí đỐt

khái quát chung vỀ khí thiên nhiên
Tính chẤt vẬt lý cỦa khí


khái quát chung vỀ khí thiên nhiên
Các khí tồn tại trong tự nhiên được gọi là Khí tự nhiên, bao gồm các khí trong Vũ trụ, trong Khí quyển, trong
Thuỷ quyển và lòng đất.
- Khí tự nhiên có thể phân biệt là khí cháy hoặc khí không cháy. Khí không cháy chúng ta thường gặp là: Nitơ,
Cacbonic, Ôxy và các khí trơ. Khí cháy - đây là các khí khi tiếp xúc với ôxy thì cháy và sinh nhiệt. Khí cháy
bao gồm các khí Hydrocacbon no (Mêtan, Êtan, Propan, Butan, Izobutan, Pentan), không no (Êtylen,
Propylen, Butylen, Izobutylen), Sunfuahydro, Ôxitcacbon v.v.
* Khí Mêtan - CH4: Mêtan là khí không màu, nhẹ hơn không khí, có mùi hắc nhẹ như mùi tỏi. Mêtan dễ cháy
(Tb.lửa=695-7420C), cho nhiệt lượng cao (gấp 2,5 lần than đá). Trong cấu trúc phân tử của Mêtan không chứa
liên kết C - C, là liên kết kém bền vững so với liên kết C - H, vì vậy, Mêtan có tính bền về hoá học và bền vững
về nhiệt rất cao (Tb.n = 550-6000C).
* Khí Êtan - C2 H6: Đây là khí không màu, nặng hơn không khí, khi cháy cho ánh sáng yếu. Trong tự nhiên,
không thể gặp tích tụ Êtan thuần khiết, nó chỉ có khả năng là khí đồng hành cùng Mêtan. Khả năng toả nhiệt cao
hơn Mêtan 2 lần.


khái quát chung vỀ khí thiên nhiên

* Khí Propan - C3 H8: Propan là khí không mầu, không mùi, không vị, nặng hơn không khí. Cũng chỉ có khả
năng là khí đồng hành cùng Mêtan. Khả năng toả nhiệt có thể cao gấp 2,3 lần Mêtan.
* Khí Butan - C4 H10: Butan là khí nặng, đóng vai trò khí đồng hành trong các tích tụ dầu khí. Khả năng toả
nhiệt cao có thể gấp 3,2 lần Mêtan.
* Khí Pentan - C5 H12: Pentan là thành phần phụ trong các tích tụ dầu khí. Nó chỉ tồn tại trong trạng thái khí
dưới áp suất khí quyển khi nhiệt độ lớn hơn 35-360C

* Khí Pentan - C5 H12: Pentan là thành phần phụ trong các tích tụ dầu khí. Nó chỉ tồn tại trong trạng thái khí
dưới áp suất khí quyển khi nhiệt độ lớn hơn 35-360C
* Cacbonic - CO2: Cacbonic trong điều kiện tiêu chuẩn tồn tại ở trạng thái khí, trở thành thể rắn, giống như
tuyết khô khi nhiệt độ T ≤ -780C và khi bị đốt nóng thì chuyển thẳng sang trạng thái khí (thăng hoa). Cacbonic
nặng hơn không khí gấp 1,5 lần. Khả năng hoà tan trong dầu và nước vỉa của CO2 lớn hơn các khí
Hydrocacbon và tăng lên khi áp suất tăng cao


khái quát chung vỀ khí thiên nhiên

* Khí Sunfuahydro - H2S: Đây là khí cháy không mầu, có mùi khó ngửi, hoà tan rất tốt trong nước vỉa.
Sunfuahydro là khí rất độc, có thể làm chết người với nồng độ 1%.
- Trong ngành dầu khí người ta thường sử dụng một số khái niệm
+ Khí khô - là khí mà trong thành phần của nó có khí Mêtan, Êtan, Êtylen, trong đó chủ yếu là Mêtan (>97%)
+ Khí ẩm - là khí mà trong thành phần chủ yếu là Propan, Propylen, Butan, izoButan, Butylen, hàm lượng
Mêtan không chiếm quá 3% thể tích.
+ Khí Benzen - là khí với thành phần chủ yếu là Pentan, IzoPentan, Hecxan...


Xét

Tính chẤt vẬt lý cỦa khí
1. Khối lượng riêng (mật độ) của khí
Khối lượng riêng của khí là khối lượng của một đơn vị thể tích khí đó ở điều kiện tiêu chuẩn (T = 00C và P =
1at = 760mHg). Đơn vị đo là kg/m3 thường dùng g/cm3
2. Độ nhớt của khí
Độ nhớt tuyệt đối của khí là lực ma sát trong xuất hiện khi các phân tử khí chuyển động tương đối. Chúng thường
có giá trị rất nhỏ, không vượt quá 0,01cP
- Ở điều kiện nhiệt độ và áp suất thấp, độ nhớt và một số tính chất khác của khí tự nhiên gần giống với
tính chất của khí lý tưởng. Khi áp suất của khí tăng lên, khoảng cách giữa các phân tử khí giảm đi làm cho

tần số va chạm giữa chúng tăng lên, dẫn tới độ nhớt của khí phải tăng.
- Khí tồn tại trong chế độ nhiệt động khắc nghiệt (áp suất và
nhiệt độ đều cao). Ở điều kiện áp suất cao sự biến đổi độ nhớt
của khí khi nhiệt độ tăng sẽ tương tự như chất lỏng (độ nhớt
giảm) vì khi đó khoảng cách giữa các phân tử là nhỏ, rất gần
với khoảng cách phân tử trong chất lỏng, các phân tử có thể
liên kết tạm thời với nhau thành một tổ hợp. Khi nhiệt độ tăng
khả năng liên kết tạm thời trở nên khó khăn hơn, phân tử tự do
hơn, độ nhớt giảm đi

40
30
20
15
10

70,3 MPa
56,2
35,7 42,4
28,1
21,2
14,05
10,5
7,05
4,92 2,8
50
0
Nhiệt độ (T0C)

100

150

200

250

300

Hình:III.1 Sơ đồ tương quan độ nhớt động học của khí với nhiệt độ và áp suất

350


Tính chẤt vẬt lý cỦa khí
3. Hiện tượng phun khí
Hiện tượng phun khí còn được gọi là khí dòng là hiện tượng xâm nhập và dịch chuyển của các phần tử
khí theo các khe hổng nhỏ với chênh lệch áp suất nhỏ.
Độ phun khí đựơc đo bằng lượng khí di chuyển qua một đơn vị diện tích chất cho khí thấm qua sau một
đơn vị thời gian. Nó phụ thuộc vào:
- Độ chênh áp suất đã gây ra phun khí
- Độ nhớt của khí

P

P

- Tính chất của vật chất cho khí thấm qua và cấu trúc khe hở trong đá

1

2


Tính chẤt vẬt lý cỦa khí
4. Tính chất hoà tan của khí
Khí hoà tan trong nước
- Ở điều kiện tiêu chuẩn, lượng khí hoà tan trong nước không nhiều, nhưng trong điều kiện vỉa với nhiệt
độ và áp suất cao, diện tích mặt tiếp xúc khí nước lớn thì lượng khí hoà tan trong nước không còn là nhỏ
Khí hoà tan trong hầu hết các loại nước ngầm với hàm lượng rất khác nhau tuỳ thuộc vào điều kiện
nhiệt động cụ thể. Các khí hoà tan trong nước nhiều nhất là H2S, CO2 ,thường gặp hơn cả là Nitơ;
Cacbonic và Mêtan, ít hơn là: Ôxy; Argon; Hêli; Êtan; Propan và Butan
 Khí hoà tan trong dầu mỏ
- Khí Hydrocacbon rất dễ hoà tan trong dầu mỏ. Lượng khí hoà tan phụ thuộc vào nhiều yếu tố: độ nhớt,
độ nén và mật độ của dầu; chế độ nhiệt động vỉa chứa v.v.
- Dầu mỏ có khối lượng riêng nhỏ hoà tan khí được nhiều hơn dầu có khối lượng riêng lớn
- Khả năng tan của khí trong chất lỏng giảm đi khi chúng ở dạng hỗn hợp.
7


Tính chẤt vẬt lý cỦa khí
5. Kích thước phân tử
6. Khối lượng phân tử
7. Các tính chất nhiệt của khí
8. Sự hấp thụ khí
9. Khuyếch tán khí
10. Tính đàn hồi của khí