את אופי התפתחות הפיקדון ניתן לקבוע מראש באמצעות משוואות איזון החומר, שלוקח בחשבון משתנים כגון נפחי נוזלי מאגר, לחצים וטמפרטורות במאגר, דחיסות, נפחי נפט וגז ניתנים למכירה ומידת תנועת המים לתוך המאגר. נכון יותר יהיה לומר שמדובר במכלול שלם של משוואות, שבעזרתן יכול מהנדס מאגרים לחשב את כמויות הנפט, הגז ומי המתאר במאגר ולחזות את אופי וגודל השינויים בנפחים אלו במאגר. העתיד. אבל השיקול שלהם הוא מעבר לתחום של ספר זה. יש רק לזכור היטב כי מאגר הנפט והגז מאופיין במשתנים רבים הקשורים זה בזה וכי שינוי באחד מהם עשוי להיות גורם טבעי לשינוי בגורמים אחרים. הדיוק של חיזוי שינויים כאלה תלוי ברמת הדיוק של הנתונים המשמשים בעת פתרון משוואות עם משתנים שונים. על סמך הנתונים על התפתחותו הקודמת של המאגר, ניתן לבצע תחזיות כמותיות או כמותיות למחצה אובייקטיביות למדי לגבי התנהגותו של מאגר זה בעתיד.
הכרת החוקים הפיזיקליים שעליהם מבוססת משוואת איזון החומרים מאפשרת להעריך מחדש חלק מהרעיונות שהתפתחו בתקופה הראשונית של התפתחות הפיקדון. לדוגמה, אם לחץ המאגר במהלך תהליך הפיתוח יורד לאט מהצפוי על פי חישובים ראשוניים, אז זה מצביע על איזושהי מקור נוסףתזונה במאגר. לפיכך, בשדה מארה במערב ונצואלה, אופי הפקת הנפט ממאגר יצרני במרבצי הקרטיקון לא תאם את משוואת מאזן החומרים. מחקרים הראו כי מאגר זה הוטען בנוסף מהמאגר במרתף (ראה עמ' 125 ואיורים 6-31). אם נמצא כי בחלק כלשהו של המאגר, לחץ המאגר וקצב זרימת הבאר נשמרים ב- רמה גבוההלמרות הירידה הכללית שלהם בכל שאר השדה, הדבר עשוי לשמש אינדיקציה לאפשרות לקיומם של אזורים שטרם נחקרו בשדה ובכך להוביל לגילוי מאגרי נפט משמעותיים חדשים.
הסוכנות הפדרלית לחינוך המדינה הפדרלית מוסד חינוכיהשכלה מקצועית גבוהה נובגורוד אוניברסיטת המדינהאוֹתָם. ירוסלב הפקולטה הנבונה למדעי הטבע ו משאבים טבעייםהמחלקה לכימיה ואקולוגיה מדריך בסיסי לאיזון חומרים וליקי נובגורוד 2006 2 Grosheva L. P. יסודות איזון החומרים מדריך מתודולוגי / אוניברסיטת נובגורוד. המדריך המתודולוגי מיועד לתלמידי המומחיות "טכנולוגיה כימית של חומרים אנאורגניים" ו"כימיה" הלומדים חישובים טכנולוגיים ומבצעים שיעורי קורס ו תזותעל הטכנולוגיה של דשנים ומלחים מינרליים. IN מדריך מתודולוגיחישוב הכמות וההרכב של מוצרים טכניים, נחשבים חישובים סטוכיומטריים, ניתנות משוואות איזון החומר. ניתנים משימות בקרהלביצוע. © אוניברסיטת נובגורוד, 2006 © Grosheva L.P., 2006 2 3 תוכן מבוא ................................... .... ..................................................................... ............................ 4 1 חישוב הכמות וההרכב של מוצרים טכניים ........ 5 2 חישובים סטוכיומטריים ................................................... .... ................... 6 3 משוואת איזון חומרים ..................... ......... ................................ 7 4 דוגמאות לחישובים ........... ............................................................ ...................................................... 9 4.1 חישוב מקדמי צריכה .... ................................ ................................ .......................... 9 4.2 הידור של מאזני חומרים של כימיקלים בלתי הפיכים תהליכים טכנולוגיים ................................................ . ................................ 11 צ'ק-אאוט ............. ................................................................ ................. ................................ 14 3 4 מבוא לפני שתמשיך בתכנון של מכשיר כלשהו, הכרחי לביצוע חישוב טכנולוגי וכימי מפורט של תהליך הייצור כולו או חלק ממנו הקשור ישירות למכשיר המתוכנן. כל חישוב טכנוכימי מבוסס על שני חוקים בסיסיים: 1) חוק שימור מסת החומר ו-2) חוק שימור האנרגיה. כל חישוב מהותי מבוסס על הראשון מבין החוקים הללו. חוק השימור של מסות חומרים הוא שבכל מערכת סגורה המסה של החומר נשארת קבועה, ללא קשר לשינויים שעוברים החומרים במערכת זו. ביחס לחישוב מאזן החומר של כל תהליך ייצור, חוק זה נוקט בניסוח הפשוט הבא: המסה של התוצרים הראשוניים של התהליך חייבת להיות שווה למסת התוצרים הסופיים שלו. לכן, כאשר מתבצע חישוב החומר של התהליך, יש צורך לקחת בחשבון את המסה של כל רכיב הנכנס למנגנון הנתון (הזרימה) ואת המסה של כל רכיב היוצא מהמכשיר (הוצאה). סכום התשומות של הרכיבים חייב להיות שווה לסכום הצריכה, ללא קשר להרכב המוצר בכניסה וביציאה, כלומר. ללא קשר לשינויים שהם עברו במכשיר הזה. המטרה העיקרית של מדריך זה היא להכיר לתלמידים את היסודות של חישוב מאזן החומר. 4 5 1 חישוב כמות והרכבם של מוצרים טכניים בפרקטיקה התעשייתית נאלצים להתמודד פעמים רבות עם חישוב היחסים הכמותיים בין מרכיבי התוצר הראשוני והסופי של הייצור, המבוסס על תהליכים פיזיקליים. תהליכים אלו אינם יוצרים מרכיבים חדשים, אלא רק שינויים בהרכב המוצרים המעובדים או מאוחסנים בתנאים מסוימים. לכן, בעת עריכת האיזון החומרי של תהליכים אלו, יש לזכור כי אותם רכיבים משתתפים בחלקים הנכנסים והיוצאים שלו, אך רק ביחסים כמותיים שונים. דוגמה 1. תכולת הלחות של 125 טון פחם במהלך אחסונו במחסן השתנתה מ-6.5% ל-4.2%. קבע כמה השתנה משקל הפחם. פִּתָרוֹן. משקל הלחות בכמות הפחם הראשונית הוא 125 * 0.065 = 8.125 t. משקל הפחם היבש הוא 125 - 8.125 = 116.875 טון משקל פחם עם תכולה של 4 בתוכו. 2% לחות תהיה 116.875 / (1.0 –0.042) = 122.0 ט. לפיכך, 125 טון פחם איבדו 125 –112 –3 ט' ממשקלם עקב ירידה בלחות. 1000C. במהלך ההתגבשות, התמיסה מתקררת ל-200C. קבע את התשואה של גבישי אשלגן כלורי, אם מסיסותו ב-1000C היא 56.7 גרם, וב-200C -34 גרם לכל 100 גרם מים. פִּתָרוֹן. הבה נסמן את המשקל של גבישי KCl דרך G. הריכוז הראשוני של תמיסת האשלגן כלורי C beg. \u003d 56.7 * 100 / 56.7 + 100 \u003d 36.2%, הריכוז הסופי שלו C con \u003d 34.0 * 100 / 34.0 + 100 \u003d 25.4%. הכנסה: משקל KCl ב-10 טון תמיסה ראשונית ב-1000C …………0.362*10 =3.62 טון צריכה: משקל גבישי אשלגן כלורי……………………….. Gm. משקל משקה האם………………………………………..…(10 – גרם) משקל KCl באלכוהול האם ב-200C ………………….0.254 *(10 – גרם) מכאן יש לנו 3.62 = G + 0.254 * (10 - Gm) אם נפתור את המשוואה הזו, נקבל G = 1.45 ט. חשב את הרכב הכבול לאחר הייבוש. פִּתָרוֹן. 100 ק"ג של כבול טרי שנכרה הכילו 808 + 5.2 + 0.8 = 14.8 ק"ג של חומרים נדיפים, קולה ואפר. מכאן שההרכב של כבול נטול מים הוא כדלקמן (ב%): נדיף….8.8 /*100 /14.8 = 59.5 קולה……...5.2 * 100/14.8 = 35.1 אפר………0.8 *100 /14.8 = 5.4 יבש כבול (עם 10% לחות) זה יהיה: נדיף...(100 -10) *0.595 = 53.5 ק"ג או 53.5% קולה.........(100 -10)) -0.351 = 31.6 ק"ג או 31.6% אפר... …(100 –10) * 0.054 = 4.9 ק"ג או 4.9% לחות……...10 ק"ג או 10%. רק 100 ק"ג או 100% 2 חישובים סטוכיומטריים חישובי תהליכים טכנולוגיים, כתוצאה מהם מתרחש שינוי כימי של חומר, מבוססים על חוקים סטוכיומטריים: חוק קביעות ההרכב וחוק היחסים המרובים, המבטאים את היחס ההדדי. של אטומים ומולקולות במהלך האינטראקציה הכימית שלהם זה עם זה. לפי חוק קביעות ההרכב, לכל חומר, איך שהוא מתקבל, יש הרכב מוגדר היטב. חוק היחסים המרובים הוא שבמהלך היווצרותו של כל חומר פשוט או מורכב, יסודות נכנסים למולקולה של האחרון בכמויות שוות או כפולות ממשקלם האטומי. אם אנו מייחסים את החוק הזה לנפחי החומרים הנכנסים לתגובה, אזי הוא יקבל את הניסוח הבא: אם חומרים נכנסים לתגובה כימית במצב גזי, אז באותם תנאים (P ו-T) הם יכולים להתאחד רק ב כרכים הקשורים זה לזה כמספרים שלמים. דוגמה 3 ניתוח כימי של אבן גיר טבעית הראה את הדברים הבאים. 0.5384 גרם CaO התקבלו מדגימת אבן גיר של 1.0312 גרם על ידי המסתו, ולאחר מכן משקעים של יון Ca+2 עם אמוניום אוקסלט, וחידוד משקע CaC2O4, ו-68.5 cm3 CO2 (מופחת לתנאים רגילים) התקבלו מ-0.20 g322. דגימה על ידי פירוק עם חומצה. חשב את תכולת הסידן פחמתי והמגנזיום באבן גיר, אם כל הסידן שבו הוא רק בצורת CaCO3, וחומצה פחמנית היא בצורת סידן ומגנזיום קרבונטים. פִּתָרוֹן. מול. V. CaO הוא 56.08, CO2 הוא 44, CaCO3 הוא 100.1, MgCO3 הוא 84.32. מול. נפח ה-CO2 הוא 22.26 ליטר/מול (22260 cm3/mol). על פי הניתוח, מ-100 גרם של אבן גיר טבעית, התקבלו הדברים הבאים: 6 7 0.5384 * 100/1.0312 * 56.08 = 0.931 מול CaO; 68.5 * 100 / 0.3220 * 22260 = 0.956 מול CO2. מכאן נובע ש-100 גרם אבן גיר מכילים 0.931 מול, או 0.931*100.1 = 93.2 גרם CaCO3. כמות זו של CaCO3 תשתחרר במהלך פירוק של 0.931 מול CO2 .. השאר (0.956 - 0.931) = 0.025 מול CO2. קשור באבן גיר כ-MgCO3. לכן, 100 גרם של אבן גיר מכילה 0.025 * 24.32 = 2.1 גרם של MgCO3. לפיכך, אבן גיר טבעית מכילה: 93.2% CaCO3, 2.1% MgCO3 ו-4.7% גנג. 3 משוואת איזון חומרים מאזן החומר של כל תהליך טכנולוגי או חלק ממנו מורכב על בסיס חוק שימור המשקל (מסה) של חומר: ΣGfin הוא סכום המשקלים (מסות) התוצרים הסופיים של התהליך באותן יחידות מדידה. לפיכך, אם GA ק"ג של מוצר A, GB ק"ג של מוצר B וכו' נכנסים לכל מכשיר או יחידה טכנולוגית, וכתוצאה מהעיבוד שלהם, GC kg של מוצר C, GD kg של מוצר D וכו', וכן, אם חלק מהמוצרים ההתחלתיים A (GA kg), B (GB kg) וכו', נשאר במוצרים הסופיים, אז השוויון GA + GB + .... = GA "+ GB" + GC + GD + ... .+ΔG, (3.1a) כאשר ΔG הוא אובדן הייצור של המוצר. קביעת המסה של רכיבי הקלט והתוצרים המתקבלים מתבצעת בנפרד עבור השלב המוצק, הנוזלי והגזי על פי המשוואה מכילים מספר חומרים, מה שמוביל לפישוט או סיבוך של המשוואה (3.1). בעת עריכת איזון מלא , מערכת המשוואות (3.1) נפתרת בדרך כלל עם מספר לא ידועים. במקרה זה, ניתן להשתמש בנוסחאות מתאימות כדי לקבוע את שיווי המשקל והתשואה בפועל של המכפלה, את מהירות התהליך וכו'. ה.איזון החומרים התיאורטי מחושב על סמך משוואת התגובה הסטוכיומטרית והמשקל המולקולרי של הרכיבים. מאזן החומרים המעשי מביא בחשבון את הרכב חומרי הזינה והמוצרים המוגמרים, עודף אחד ממרכיבי חומרי הגלם, מידת ההמרה, אובדן חומרי הגלם והמוצר המוגמר ועוד. 7 8 מנתוני מאזן החומרים , ניתן למצוא את הצריכה של חומרי גלם וחומרי עזר עבור קיבולת נתונה של המנגנון, עלות מוצר בית מלאכה, תשואות מוצר, נפח אזור תגובה, מספר כורים, הפסדי ייצור. על בסיס מאזן החומרים מרכיבים מאזן חום המאפשר לקבוע את הצורך בדלק, גודל משטחי חילופי חום, צריכת חום או חומרי קירור. התוצאות של חישובים אלה מסוכמות בדרך כלל בטבלת איזון חומרים. טבלת איזון חומרים טיפוסית הכנסה הוצאה סעיף הכנסה כמות, ק"ג פריט הוצאה כמות, ק"ג מוצר A GA מוצר A GA מוצר B GB (שייר) מוצר B GB (שייר) מוצר C GC מוצר D GD ייצור ΔG הפסדים סך G סך G I בדרך כלל לבצע חישובים ביחידות מסה (ק"ג, t), אתה יכול לחשב בשומות. רק עבור תגובות גז המתמשכות ללא שינוי בנפח, במקרים מסוימים ניתן להגביל את האיזון ל-m3. מאזן החומרים מורכב (בהתאם לתנאים ולמשימה) ליחידה (1 ק"ג, 1 קמ"ל וכו') או 100 יחידות (100 ק"ג) או 1000 יחידות (1000 ק"ג) מהמסה של חומר הגלם או המוצר העיקרי. לעתים קרובות מאוד, האיזון נערך עבור זרימת המסה ליחידת זמן (ק"ג / שניות), ולפעמים עבור הזרימה הנכנסת למכשיר בכללותו. מקדמי צריכה הם ערכים המאפיינים צריכת סוגים שונים של חומרי גלם, מים, דלק, חשמל, קיטור ליחידת תפוקה. בעת תכנון מכשירים וקביעת הפרמטרים של המצב הטכנולוגי, נקבעים גם תנאים שבהם האינטנסיביות והפרודוקטיביות הגבוהות של התהליך משולבות באופן רציונלי עם איכות מוצר גבוהה והעלות הנמוכה ביותר האפשרית. מחיר העלות הוא הביטוי הכספי של העלויות של מפעל נתון לייצור ומכירה של מוצרים. כדי להרכיב אומדן עלות, כלומר, לחשב את העלות ליחידת ייצור, הם קובעים את סעיפי ההוצאה, לרבות מקדמי הצריכה של חומרי גלם, חומרים, דלק, אנרגיה, ומחשבים את אומדן העלות בהתחשב במחיריהם. בפועל, בדרך כלל, ככל שמקדמי הצריכה נמוכים יותר, התהליך חסכוני יותר ובהתאם גם עלות הייצור נמוכה יותר. יש חשיבות מיוחדת למקדמי הצריכה לחומרי גלם, שכן ברוב התעשיות הכימיות 60-70% מהעלות נופלת על סעיף זה. כדי לחשב את מקדמי הצריכה, יש צורך לדעת את כל שלבי התהליך הטכנולוגי, וכתוצאה מכך חומר ההזנה מומר למוצר מוגמר. מקדמי צריכה תיאורטיים Am לוקחים בחשבון את היחסים הסטוכיומטריים, לפיהם מתבצעת הפיכת החומרים ההתחלתיים למוצר המטרה. מקדמי צריכה מעשיים באפריל, בנוסף, לוקחים בחשבון הפסדי ייצור בכל שלבי התהליך, כמו גם תגובות שליליות אם הם קיימים. מקדמי הצריכה של אותו מוצר תלויים בהרכב חומרי המוצא ויכולים להיות שונים זה מזה באופן משמעותי. 4 דוגמאות לחישובים 4.1 חישוב מקדמי צריכה דוגמה 1. קבע את מקדמי הצריכה התיאורטיים עבור עפרות הברזל הבאות בתהליך התכת ברזל חזיר המכיל 92% Fe, בתנאי שהעפרות אינן מכילות פסולת סלעים וזיהומים: M Spar FeCO3 … ………………… …………………115.8 לימוניט 2 Fe2О3 *3Н2О……………………………………… 373 Goethite 2 Fe2О3 *2Н2О………………………………………… …….355 עפרת ברזל אדומה Fe2O3………………………………..159.7 עפרת ברזל מגנטית Fe3O4………………………………….231.5 М – משקל מולקולרי. פִּתָרוֹן. FeCO3 מ-1 קמ"ל של FeCO3, ניתן להשיג 1 ק"ג של Fe, או מ-115.8 ק"ג של FeCO3 - 55.9 ק"ג של Fe. לפיכך, כדי להשיג 1 ט' של ברזל יצוק עם תכולת Fe = 92% (מסה), יש צורך ב-1 * 0.92 * 115.8/ 4 * 55.9 = 1.9 t באופן דומה, אנו מוצאים את הערכים של מקדמי צריכה תיאורטיים עבור עפרות אחרות: 55.9 = 1.45 t 2 Fe2O3*2H2O 1*0.92*159.7 /255.9 = 1.33 t Fe3O4 1*0.92*231.5 /3 *55.9 = 1.28 t. וצריכת אוויר לחמצון אמוניה 3/ח. פועל 355 ימים בשנה, תפוקת תחמוצת החנקן x1 = 0.97, מידת הספיגה x2 = 0.92 ותכולת האמוניה בתערובת האמוניה-אוויר היבשה היא 7.13%. פִּתָרוֹן. חמצון של אמוניה הוא השלב הראשון בייצור חומצה חנקתית מאמוניה. לפי שיטה זו, אמוניה מתחמצנת על ידי חמצן אטמוספרי בנוכחות זרז פלטינה ב-800-9000C לתחמוצות חנקן. לאחר מכן, תחמוצת החנקן המתקבלת מתחמצנת לחנקן דו חמצני, והאחרון נספג במים ליצירת חומצה חנקתית. באופן סכמטי, התהליך יכול להיות מיוצג על ידי המשוואה הבאה: מסה NH3 - 17, HNO3 - 63. כמות האמוניה הנדרשת להשגת 100,000 טון HNO3, תוך התחשבות במידת החמצון ומידת הספיגה, תהיה 100000 * 17/63 * 0.97 * 0.92 = 30300 t צריכת אמוניה יהיה 1000 * 30300/355 * 24 = 3560 ק"ג/שעה נפח האמוניה יהיה 3560 * 22.4/17 = 4680m3 צריכת האוויר (m3/h) הנדרשת לחמצון (כחלק מתערובת האמוניה-אוויר) תהיה תערובת (% נפח), כלומר (7.13/17) * 100 / (7. 13/17) + (92.87/29) = 11.5 10
מאזן החומרים של מרבץ גז משקף את חוק שימור המסה כפי שמיושם על משקע גז (עיבוי גז, גז הידרט). בעת פיתוח שדה במשטר גז, נרשם מאזן החומרים של מרבץ גז הטופס הבא:
Мн = М(t) + Мadd(t), שבו
Mn - מסה ראשונית של גז במאגר;
M(t) - מסת הגז שנותרה במאגר עד לזמן t;
Mdob היא מסת הגז המופקת מהמשקע עד לזמן t.
משוואת איזון החומרים במאגר הגז עומדת בבסיס השיטה לקביעת מאגרי הגז הראשוניים לפי ירידת לחץ במאגר (נעשה שימוש בנתוני פיתוח שדה בפועל לפרק זמן מסוים), ומשמשת גם לקביעת אינדיקטורים לפיתוח מאגר הגז במצב גז. . במקרה של משטר מונע על ידי מים, בעת עריכת מאזן החומרים של מרבץ גז, נלקח בחשבון Bridge(t) - מסת הגז שנותרה באזור המוצף של התצורה עד לזמן t, כלומר.
Mn \u003d M (t) + Bridge (t) + Mdob (t).
המשוואה משמשת בעת ביצוע חישובים חזויים, ומשמשת גם לחידוד תכונות המאגר של אגן המים. במקרים מסוימים, במשוואות
מאזן החומרים של מרבץ הגז לוקח בחשבון את העיוות של המאגר היצרני (שינוי במקדם הנקבוביות, וכתוצאה מכך, מקדם הרוויה של הגז) עם ירידה בלחץ המאגר. במקרה של קונדנסט גז ומרבצי גז הידרט, נלקח בחשבון גם השינוי בנפח המאגר רווי הגז (ב משקעי עיבוי גזעם ירידה בלחץ המאגר נושר קונדנסט מהגז, מה שגורם לירידה בנפח, בהידרט גז - ירידה בלחץ גורמת לפירוק של הידרטים וכתוצאה מכך לעלייה בנפח רווי הגז). עבור משקע גז הידרט, מאזן החומרים של מרבץ הגז נרשם תוך התחשבות במאזן החום (עקב ירידת הטמפרטורה הנלווית לתהליך פירוק ההידרט), מאזן החום כולל גם את זרימת החום מהעברתו דרך הגג. ותחתית המבנה.
מגוון של משוואת מאזן החומרים של מרבץ גז מאפשרים לבצע חישובי גז הידרודינמיים תוך התחשבות בגורמים הגיאולוגיים והשדה הרלוונטיים (לדוגמה, תוך התחשבות בזרמי גז, חישובים מתבצעים ביחס לשדות רב שכבתיים ).
שאלה מס' 6 מאפיינים אופייניים לביטוי וביסוס אופן הפיתוח של מרבץ הגז.
המשטר של מאגר גז או פעולת מאגר מובן כביטויים של הצורה הדומיננטית של אנרגיית המאגר הגורמת לתנועת גז במאגר וגורמת להזרמת גז לבארות במהלך פיתוח המאגר. בשדות גז מתבטאים בעיקר משטרי לחץ גז ומים.
המשטר משפיע באופן משמעותי על התפתחות הפיקדון, ויחד עם גורמים אחרים, קובע את תנאי ההפעלה העיקריים, הכוללים, למשל, את קצב ירידת הלחץ וקצב זרימת הגז, השקיית באר וכו'.
אופן הפעולה של הפיקדון תלוי ב מבנה גיאולוגיפיקדונות; תנאים הידרוגיאולוגיים, גודלה ואורכה של מערכת המים; ( תכונות גשמיותוהטרוגניות של מאגרי גז; שיעור משיכת הגז מהפיקדון; שיטות המשמשות לשמירה על לחץ המאגר (עבור שדות עיבוי גז).
מצב גז (מצב גז מתרחב) במצב גז ריווי הגז של התווך הנקבובי אינו משתנה בתהליך הפיתוח, מקור האנרגיה העיקרי המקדם את תנועת הגז במערכת צינורות המאגר-גז הוא הלחץ הנוצר על ידי הגז המתרחב. בשדות גז עמוקים, לגמישות המאגר הנושא גז עשויה להיות השפעה קלה. מצב זה בא לידי ביטוי במקרה שאין מי היווצרות או אם הם למעשה אינם עוברים לתוך מאגר הגז כאשר הלחץ יורד במהלך תהליך הפיתוח.
מצב מים. המקור העיקרי לאנרגיית המאגר במצב פעולה זה של מרבץ הגז הוא ראש המים השוליים (התחתונים). משטר לחץ המים מחולק לאלסטי ונוקשה.
המשטר האלסטי קשור לכוחות האלסטיים של מים וסלע. המשטר הקשה של מאגר הגז קשור לנוכחות של מי מאגר פעילים ומאופיין בכך שבמהלך ההפעלה נכנסים מים תחתונים או שוליים למאגר הגז, וכתוצאה מכך לא רק נפח המאגר שנכבש בגז יורד, אך לחץ המאגר משוחזר לחלוטין.
בפועל, פיקדונות, ככלל, מפותחים במצב של לחץ מים בגז (לחץ מים אלסטי). במקרה זה, הגז במאגר נע כתוצאה מהתרחבותו ומפעולת לחץ המים. יתרה מכך, כמות המים המוכנסת עקב התפשטות הגז קטנה בהרבה מהכמות הדרושה לה החלמה מלאהלַחַץ. התנאי העיקרי לתנועת המים לתוך הפיקדון הוא חיבור חלק הגז שלו עם האקוויפר. תנועת המים עלולה להוביל להצפה של בארות. יש לקחת זאת בחשבון בעת איתור בארות לפי אזור ובתכנון עומק התחתית של בארות הפקה חדשות.
במשטר לחץ המים האלסטי, מים מוכנסים למרבץ הגז המפותח עקב ירידת הלחץ במערכת וההתרחבות הנלווית של סלעי המאגר, כמו גם המים עצמם.
מאגרי גז עם משטר מונע מים, שבהם הלחץ משוחזר במלואו במהלך הפעולה, הם די נדירים. בדרך כלל, במשטר מונע מים, הלחץ משוחזר חלקית, כלומר, לחץ היווצרות יורד במהלך הפעולה, אך קצב הירידה איטי יותר מאשר במשטר הגז.
רוב שדות הגז בתקופה הראשונית מפותחים על פי משטר הגז. בדרך כלל ניתן להבחין בביטוי של משטר לחץ המים, אך לא מיד, אלא לאחר בחירה של 20-50% ממאגרי הגז מהפיקדון. בפועל, ישנם גם חריגים לכלל זה, למשל, עבור שדות גז קטנים, משטר לחץ המים יכול להופיע כמעט מיד לאחר תחילת הפעולה.
במהלך הפעלת שדות קונדנסט גז על מנת להשיג רובעיבוי על ידי הזרקה להיווצרות של גז יבש או מים לפעמים ליצור מצב לחץ גז מלאכותי או לחץ מים.
במקרים מסוימים, ביצועי המאגר בשדה רב-שכבתי יכולים להיות מושפעים מתנאי הפיתוח מעל או מתחת לאופקים הבסיסיים, למשל, עם זרימות גז.
קביעת אופן הפעולה של הפיקדון.לפני פיתוח שדה גז, ניתן לעשות רק שיקולים כלליים לגבי האפשרות לביטוי של משטר כזה או אחר. אופי המשטר נקבע על פי הנתונים המתקבלים במהלך פעולת השדה.
ניתן לקבוע את אופן הפעולה של הפיקדון על ידי משוואת איזון החומר
איפה 
- כמות גז ראשונית, נוכחית ומופקת.
החלפה במשוואה האחרונה Gדרך נפח Wוצפיפות רגז, וגם מבטאים את הצפיפות במונחים של לחץ ממשוואת המצב הכללית, יש לנו:
, (2.11)
איפה r nו p t- ממוצע שכבות משוקלל לפי נפח חלל הנקבוביות של הלחצים האבסולוטיים של המאגר, בהתאמה, ראשוני וזרם; W n, W t- נפחים ראשוניים נוכחיים של שטח נקבוביות תפוס על ידי גז; לנצח- נפח חלל הנקבוביות שנכבש על ידי מים (או גורם אחר) שנכנס למשקע הגז במהלך הזמן המקביל לירידה בלחץ מ-p n ל-p t; ש ד -כמות הגז המופקת מהמאגר כאשר הלחץ יורד מ r nלפני p t, מופחת לתנאים סטנדרטיים; z n, z t, z st- מקדמי דחיסה, בהתאמה, בתנאים ראשוניים, נוכחיים וסטנדרטיים ( z st =1), R n, R t, R st- קבוע גז בתנאים ראשוניים, נוכחיים וסטנדרטיים; T n ו-T k- טמפרטורה במשלוחים, בהתאמה, ראשוני וזרם; T st=293K. אנו יכולים להניח שכאשר גז נע במאגר
מכיוון שלשדות גז גרידא במהלך הפעולה אין שינוי בהרכב הגז, אז
ערך R . עשוי להשתנות במהלך הפעלת שדות עיבוי גז.
במשטר הגז במשוואה (2.11) לנצח=0 ו W n \u003d W= קונסט. במקרה זה, המשוואה (2.11) תכתוב מחדש בצורה:
, (2.12)
איפה 
עבור מצב הנעת גז-מים, שבו מצוין זרימת מים למאגר הגז, תלות (2.20) תיכתב בצורה מעט שונה:
. (2.13)
אופן פעולת הגז של הפיקדון מאופיין בכך שהיחס בין כמות הגז ש ד,מיוצר על פני פרק זמן מסוים, לירידת הלחץ במשקע על פני אותו פרק זמן, לפי (2.21), יש ערך קבוע:
. (2.14)
אם אגדל במהלך הפעולה, ואז מצב ההפקדה הוא לחץ גז. במקרה זה תיתכן גם זרימת גז למאגר מאופקים אחרים. במקרה של דליפת גז מהמאגר שכמותו לא נלקחת בחשבון, הערך איורד עם הזמן.
עבור משקעים רב-שכבתיים, כאשר גז זורם מאופק אחד למשנהו, כדי לקבוע את אופן הפעולה של כל פיקדון, נפתרת משוואה בצורה (2.21) או (2.23), שכמות הגז המוזרם מתווספת לאחד מהם. , וכמות הגז המוזרם מופחתת מהאחר.
מאזן החומרים משמש לשליטה בייצור, להסדרת הרכב המוצרים ולביסוס הפסדי ייצור. בעזרת איזון החומרים ניתן לקבוע את המדדים הכלכליים של תהליכים טכנולוגיים ושיטות ייצור (הפסדי ייצור, מידת השימוש במרכיבי חלב, צריכת חומרי גלם, תפוקת המוצר המוגמר)
האיזון החומרי מבוסס על חוק שימור החומר, הכתוב מתמטית בצורה של שתי משוואות.
משוואה ראשונההוא מאזן חומרי הגלם והמוצרים המופקים ממנו
איפה Mעם , M G , M n - מסה, בהתאמה, של חומרי גלם, מוגמרים ומוצרי לוואי, ק"ג, פ- הפסדי ייצור, ק"ג.
לאחר העיבוד, מסת המוצרים המתקבלים קטנה מהמסה של חומרי גלם מעובדים. ההבדל ביניהם הוא הפסדי ייצור. הפסדי ייצור מתבטאים גם כאחוז מכמות חומרי הגלם המעובדים:
ואז משוואה (1) מקבלת את הצורה
(2)
משוואה שנייהאיזון החומרים מבוסס על מסת החומר היבש של חלב או רכיבים בודדים
אם החלקים המרכיבים של החלב אינם עוברים שינויים כימיים במהלך תהליכים טכנולוגיים, אזי הכמות שלהם בחומר הגלם צריכה להיות שווה לכמות במוצרי הלוואי המוגמרים. ניתן להרכיב את האיזון של חלקי החלב במהלך עיבודו באופן הבא:
(3)
איפה חעם , ח G , ח n הוא חלק המסה של מרכיבי החלב, בהתאמה, בחומרי גלם, במוצרי מוגמרים ובתוצרי לוואי, %; פח, - אובדן רכיבי חלב, ק"ג.
הפסדים מבוטאים כאחוז ממרכיבי החלב הכלולים בחומר הגלם:
איפה נ h - אובדן מרכיבי חלב, %.
לאחר החלפה פ h במשוואה (3), המשוואה השנייה של מאזן החומר תקבל את הצורה
(4)
אובדן מרכיבי חלב נח ואובדן חומרי גלם נ, מבוטאים באחוזים, שווים מבחינה מספרית.
ניתן לערוך את האיזון עבור כל חלק בחלב - שומן ו, מוצקי חלב עם, שאריות חלב רזה יבשות (SOMO) על אודות. לפיכך, מאזן השומן במהלך הפרדת החלב
איפה ו M , ו sl , ו ob, - חלק המוני של שומן, בהתאמה, בחלב, שמנת ו חלב דל - שומן, %; נ g – איבוד שומן במהלך הפרידה, %
לייצור אבקת חלב ומרוכז, ניתן לערוך את האיזון לפי שאריות החלב היבשות:
(5)
איפה M cg - מסת חלב מרוכז, ק"ג, עםנ.מ , עם cg - חלק מסה של שאריות חלב יבשות, בהתאמה, בחלב מנורמל ומרוכז,%; נ c.v - איבוד מוצקים בייצור חלב מרוכז, %.
במשוואה (5) חסר מונח אחד, שכן בזמן עיבוי וייבוש, תוצר הלוואי (מים) אינו מכיל מוצקי חלב.
פתרון יחד את המשוואה הראשונה (2) והשנייה (4) של מאזן החומרים, ניתן לקבוע את מסת חומרי הגלם מתוך מוצר מוגמרבְּ- הרכב ידועחומרי גלם, מוצרים מוגמרים ומוצרי לוואי או לקבוע את מסת המוצר המוגמר לפי מסת חומרי הגלם:
(6)
(7)
(8)
חישובי חומר מבוצעים בדרך כלל תוך התחשבות בהפסדי ייצור. בחישובים משוערים, הם מוזנחים. המסה של חומרי גלם ומוצרי לוואי מוגמרים, לא כולל הפסדים, נקבעת על ידי הנוסחאות
(9)
(10)
(11)
יש צורך לקבוע את מסת השמנת לייצור 500 ק"ג חמאה, אם חלק השומן בחמאה הוא 78%, בשמנת - 38%, בחלב חמאה - 0.7%. הפסדים סטנדרטיים בהפקת נפט הם 0.6%.
כדי לפתור את הבעיה, אנו משתמשים בנוסחה (7):
ניתן לקבוע את מסת המוצר המוגמר לפי חומרי גלם או את מסת חומרי הגלם לפי המוצר המוגמר הן לפי השיטה האלגברית (לפי נוסחאות) והן לפי השיטה הגרפית (לפי משולש החישוב).
המהות של שיטת החישוב באמצעות משולש היא כדלקמן. בקודקודי המשולש נרשם שבר המסה של אחד ממרכיבי החלב הכלולים בחומר הגלם חעם, מוכן ח g וצד ח n מוצר.
חמר נא הצדדים הפנימייםאה משולש
רשום את הערך של מסת חומרי הגלם טעם,
ח G - חעם ח G - ח n סיים ט g וצד M n מוצרים
Mפ M c מול המסה המתאימה
הם חלק המוני של החלק המרכיב של החלב
חעם M G ח n ka. בצדדים החיצוניים של המשולש
חעם - ח n יש את ערך ההפרש בין שברי המסה של חלקי החלב המרכיבים (הממוקמים בקודקודי המשולש), המתקבל על ידי הפחתת הערך הקטן מהערך הגדול יותר.
בהתאם לכלל המשולש המחושב, הם מרכיבים פרופורציה: היחס בין הצלעות הפנימיות לחיצוניות הוא ערך קבוע למשולש זה:
מיחס זה קבע את הערכים הנדרשים.
הבסיס לקבלת משוואת הכור מכל סוג הוא מאזן החומרים, שנערך עבור אחד ממרכיבי תערובת התגובה.
בואו נעשה איזון כזה עבור המגיב הראשוני אבתגובה פשוטה בלתי הפיכה א→ ר.
IN השקפה כלליתמשוואת איזון החומר:
איפה ב א(pr) - כמות מגיב אכניסה ליחידת זמן בנפח התגובה שעבורו נערך המאזן;
ב א(זרימה) - כמות מגיב אנצרך ליחידת זמן בנפח התגובה.
בהתחשב בכך שהמגיב נכנס לכור אמושקע בשלושה כיוונים, אנו יכולים לכתוב:
איפה ב א(c.r.) - כמות מגיב א, הנכנסת לתגובה כימית בנפח התגובה ליחידת זמן;
ב א(st) - ניקוז מגיב א, כלומר כמות מגיב א, השארת נפח התגובה ליחידת זמן;
ב א(nak) – הצטברות ריאגנטים א, כלומר כמות מגיב א, נשאר בנפח התגובה ללא שינוי ליחידת זמן.
בהתחשב במשוואה (3), משוואה (2) כתובה כך:
הבדל בין ב א(בְּ ב א(st) הוא כמות המגיב א, נישא על ידי זרימת ההסעה B A(conv):
אם לוקחים זאת בחשבון, ניתן לכתוב את המשוואה (4):
בכל מקרה ספציפי, משוואת איזון החומר לובשת צורה אחרת.
ניתן לעשות את האיזון
v עבור יחידת נפח של מסת התגובה,
v עבור נפח אינסופי (יסודי),
v כמו גם הכור בכללותו.
יחד עם זאת, אפשר לספור זורמים חומרים,
עובר בנפח ליחידת זמן,
· או להפנות זרמים אלה למול 1 של הריאגנט או המוצר הראשוניים.
בכללי, מתי ריכוז המגיב אינו קבוע ב נקודות שונותכור אוֹ לא יציב בזמן, האיזון החומרי הוא בצורה דיפרנציאלית לנפח היסודי של הכור:
איפה ג א- ריכוז ריאגנטים אבתערובת התגובה;
איקס, y, זהן קואורדינטות מרחביות;
הם המרכיבים של מהירות הזרימה;
דהוא מקדם הדיפוזיה המולקולרית וההסעה;
ר א- מהירות תגובה כימית.
צד שמאלמשוואות (7)מאפיין שינוי כלליריכוז החומר ההתחלתי בזמן בנפח יסודי,שעבורו נערך המאזן. זה הצטברות של חומר א, התואם את הערך ב א(נאק) במשוואה (6).
קבוצת האיברים הראשונה בצד ימין של המשוואה(7) משקף אעקב העברהמסת התגובה שלו באותו כיוון של הזרימה .
קבוצת האיברים השנייה בצד ימין של המשוואה(7) משקף שינוי בריכוז הריאגנטים א בנפח יסודי כתוצאה מהעברתו באמצעות דיפוזיה.
שתי הקבוצות הללו של הצד הימני של המשוואה מאפיינות את ההעברה הכוללת של החומר בתווך נע על ידי הסעה ודיפוזיה. במשוואה (6), הם תואמים לערך В А(conv) – העברה כוללת כזו של חומר נקראת העברת מסה הסעה, או דיפוזיה הסעה).
ולבסוף מונח rAמופעים שינוי בריכוז הריאגנטים א בנפח יסודי באמצעות תגובה כימית . במשוואה (6), זה מתאים לערך ב א(ה.ר.
לגבי סוג הכור ואופן פעולתו משוואה דיפרנציאליתניתן לשנות את איזון החומרים (7), מה שמקל על הפתרון.
במקרה הזה, כאשר פרמטרי התהליך קבועים לאורך נפח הכור ולאורך זמן, אין צורך לערוך מאזן בצורה דיפרנציאלית. היתרה היא במונחים סופיים , לוקח את ההפרש בין ערכי הפרמטרים בכניסה וביציאה של הכור.
כל התהליכים המתרחשים בכורים כימיים מחולקים ל:
נייח (מיושב);
לא נייח (לא נייח).
תהליכים נייחים הם תהליכים אשר במערכת או בנפח היסודי של תערובת התגובה הנבדקת, פרמטרי התהליך (לדוגמה, ריכוז מגיב A, טמפרטורה וכו') אינם משתנים עם הזמן,לכן, אין הצטברות של חומר (או חום) בכורים, ונגזרת הזמן של הפרמטר שווה לאפס.
במצבים לא נייחים פרמטרים אינם קבועים לאורך זמןותמיד יש הצטברות של חומר (חום).