CÁLCULO DE PROPRIEDADES DE GÁS NATURAL

Propriedades Do Gás Natural

 

Na análise do comportamento total de um sistema de produção é muito importante o conhecimento da composição e das propriedades físico-químicas do fluido que será produzido para que se possa aplicar o método adequado na otimização do poço.

 

A.1 Gás natural

É uma mistura de hidrocarbonetos gasosos, presentes na forma natural nas estruturas subterrâneas19. O gás natural consiste principalmente de metano (80%) e proporções significativas de etano, propano, butano, pentano e pequenas quantidades de hexano, heptano e frações mais pesadas. Esta mistura de hidrocarbonetos gasosos apresentam algumas impurezas, principalmente de: nitrogênio (N2 ), dióxido de carbono (CO2 ) e gás sulfídrico (H2S).

 

A.1.1 Composição do gás natural

Composição típica:

־ Metano (CH4 ) usualmente > 80%

־ etano (C2H6 ) 2 a 10 %

־ outros hidrocarbonetos:

propano (C3H8 ), isobutano (i − C4H10 ) , butano normal (n − C4H10 ) , isopentano (i − C5H12 ) , pentano normal (n − C5H12 ), hexano (C6H14 ), frações mais pesadas ( + )

C7H16 ;

־ hidrocarbonetos cíclicos e aromáticos: ocasionalmente podem ocorrer em pequenas proporções;

 

A.2 Lei dos gases ideais

Um gás ideal9 é um fluido em que:

O volume ocupado pelas moléculas é pequeno em relação ao volume ocupado pelo fluido total.

As colisões intermoleculares são inteiramente elásticas, não ocorrendo portanto perda de energia na colisão.

Não tem forças atrativas ou repulsivas entre as moléculas.

A lei dos gases ideais é representada como segue:

 

pV = nRT                  eq.(A.1)

 

onde

p = Pressão absoluta, psia

V = Volume, ft3

T = Temperatura absoluta, ºR

n = Número de libras-mol, onde 1 lb-mol é o peso molecular do gás (lb)

R = Constante universal dos gases

Os valores da Constante do gás R em diferentes unidades, mostramos na tabela A.1.

O número de lb-mol de um gás é igual à massa de gás dividido por o peso molecular do gás, a lei ideal do gás pode ser expressa como:

 

pV = m/M               eq.(A.2)

 

 onde:

m = massa do gás, lb

M = peso molecular do gás, lbm lb – mol

 

TABELA A.1

Valores da Constante do Gás,                       R

Unidades R

atm, cc g − mole, º K                      82.06

BTU lb − mole,º R                          1.987

psia, cu ft lb − mole, º R                10.73

lb sq ft abs, cu ft lb − mole, º R     1544

atm, cu ft lb − mole, º R                0.730

mm Hg, liters g − mole, º K           62.37

in.Hg, cu ft lb − mole, º R            21.85

cal g − mole, º K                          1.987

kPa,m3 kg − mole, º K                 8.314

J kg − mole, º K                          8314

 Fonte: Gas Production Operations,1985

 

A.2.1 Peso molecular aparente

Uma mistura gasosa comporta-se como se fosse um gás puro com um peso molecular definido. Este peso molecular é conhecido como um peso molecular aparente e é efinido como:

 

Ma = Σ yiMi                   eq.(A.3)

 

onde

Ma = Peso molecular aparente da mistura.

yi = Fração molar do componente i.

Mi = Peso molecular do componente i.

 

A.2.2 Densidade do gás

A densidade do gás9, por definição, é a relação entre as massas específicas do gás e do ar, ambas medidas nas mesmas condições de pressão e temperatura1, isto é:

 γgás =   ρgás / ρar              eq.(A.4)

 

Admitindo-se o comportamento de gás ideal, na equação A.1, o número de moles n é a relação entre a massa de gás m e a sua massa molecular M, equação

A.2. A massa específica é definida como, a relação entre a massa e o volume, ou seja:

ρg = m/ V=  pM/ RT              eq.(A.5)

 

A.3 Gases reais

Na prática os gases não se comportam de acordo com a lei definida pela equação A.1 para as pressões e temperaturas de trabalho. O comportamento do gás natural se desvia bastante do ideal quando submetido às elevadas pressões e temperaturas dos reservatórios de petróleo. Para expressar de forma mais real a relação entre as variáveis p, V e T, um fator de correção, denominado fator de compressibilidade de gás, Z, é introduzido na equação A.1:

 

pV = ZnRT                      eq.(A.6)

 

Onde, para um gás ideal Z = 1.

O fator de compressibilidade varia com a mudança de temperatura e pressão na composição do gás. Este deve ser determinado experimentalmente.

 

A.3 Determinação da viscosidade do gás através do método de Lee, Gonzalez e Eakin

A viscosidade do gás pode ser obtida por meio de:

 

μ = 10⁻⁴ K EXP(Xρ^Y )     eq.(A.7)

 

onde

 

K = (9,4 + 0,02 M) T ^1,5 / 209 +19 M+ T

 

X = 3,5 + 986/ T  + 0,01 M;

Y = 2,4 − 0,2X

 

Nestas equações as unidades empregadas são: T =º R , μ g = cp ,

M = pesomolecular , ρ g = gr cm3 .

 

 

 Referências bibliográficas

 

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http://www.gasenergia.com.br/portal/port/noticias/artigos/expectativa.

jsp. acesso em: 17 maio 2003

 

 PORTAL GÁS E ENERGIA: artigo técnico por Flavio Santos Tojal.

Disponível em: http://www.gasenergia.com.br/portal/port/noticias/artigos/expectativa.

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