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
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:
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(XρY ) 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 .
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