РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
«УТВЕРЖДАЮ»:
Проректор по учебной работе
_______________________ //
__________ _____________ 2013 г.
ТЕРМОДИНАМИКА УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления 010700.62 "Физика"
очная форма обучения.
ПОДГОТОВЛЕНО К ИЗДАНИЮ»:
Автор работы ______________/./
«____»___________2013г.
Рассмотрено на заседании кафедры Моделирования физических процессов и систем 30.08.2013 года. Протокол № 1. Соответствует требованиям к содержанию, структуре и оформлению.
«РЕКОМЕНДОВАНО К ЭЛЕКТРОННОМУ ИЗДАНИЮ»:
Объем 11 стр.
Зав. кафедрой ____________________//
«____»___________ 2013 г.
Рассмотрено на заседании УМК ИФиХ «____»______________ 2013 г., протокол №____.
Соответствует ГОС ВПО и учебному плану образовательной программы.
«СОГЛАСОВАНО»:
Председатель УМК _________________//
«____»_____________2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
И. о директора ИБЦ _________________/ /
«____»_____________2013 г.
«СОГЛАСОВАНО»:
Зав. методическим отделом УМУ_____________/ /
«____»_____________2013 г.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт физики и химии
КАФЕДРА МОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И СИСТЕМ
ТЕРМОДИНАМИКА УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ
Учебно-методический комплекс.
Рабочая программа для студентов направления 010700.62 "Физика"
очная форма обучения.
Тюменский государственный университет
2013
ёв. Термодинамика углеводородных систем: Учебно-методический комплекс. Рабочая учебная программа для студентов 4 курса очной формы обучения направления 010700.62 «Физика». Тюмень, 2013, 13 стр.
Рабочая программа соответствует ГОС ВПО по направлению подготовки 010700.62 «Физика».
Рабочая учебная программа дисциплины опубликована на сайте ТюмГУ: Физика [электронный ресурс] / Режим доступа: http://www. umk. *****., свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой Моделирования физических процессов и систем. Утверждено проректором по учебной работе Тюменского государственного университета.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР: заведующий кафедрой моделирования физических процессов и систем
©Тюменский государственный университет, 2013.
© , 2013 .
Рабочая программа
1. Пояснительная записка.
Данная программа реализуется в седьмом семестре: лекции - 60 ч. Контрольные мероприятия: коллоквиум, контрольные работы, зачет.
Цели и задачи курса: анализ термодинамических проблем добычи нефти и газа из недр. Формулировка задач термодинамики многокомпонентных систем по описанию и моделированию этих процессов. Изучение физико-математических методов, применяемых для решения задач фазового поведения природных углеводородных систем.
В результате изучения курса студент должен знать: основные понятия и законы, описывающие фазовое поведение индивидуальных веществ и многокомпонентных природных углеводородных систем; классические методы расчета фазового состояния многокомпонентных углеводородных систем нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождений с использованием уравнений состояния; уметь использовать методы разбиения компонентов углеводородных систем на фракции.
Для успешного освоения курса студент должен иметь представления: об основных технологиях добычи нефти и газа; об основных понятиях и методах термодинамики для описания индивидуальных веществ и многокомпонентных систем; о конечно разностных методах решения нелинейных систем уравнений и основных положениях вычислительной физики.
При изучении курса используются мультимедийные средства обучения: чтение лекций сопровождается презентационными материалами в PowerPoint и видеороликами, самостоятельная работа студентом с компьютерными комплексами Eclipse, Maple, Delphi.
1. Структура и трудоемкость дисциплины.
Данная дисциплина изучается в 8 семестре. Форма промежуточной аттестации зачет и экзамен. Общая трудоемкость дисциплины 60 часов.
Таблица 1.
Вид учебной работы | Всего часов | |
Аудиторные занятия (всего) | 36 | |
В том числе: | ||
Лекции | 36 |
|
Практические занятия (ПЗ) |
| |
Семинары (С) |
| |
Лабораторные работы (ЛР) |
| |
Самостоятельная работа (всего) | 24 |
|
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | Зачет |
|
Общая трудоемкость часов | 60 |
2. Тематический план.
Таблица 2.
Тематический план
№ | Тема | недели семестра | Виды учебной работы и самостоятельная работа, в час. | Итого часов по теме | Итого количество баллов | |||
Лекции* | Семинарские (практические) занятия* | Лабораторные занятия* | Самостоятельная работа* | |||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 10 |
Модуль 1 | ||||||||
1. | Основы термодинамики многокомпонентных систем | 1-4 | 6 | 4 | 10 | 0-20 | ||
2. | Уравнения состояния систем природных углеводородов | 5-7 | 6 | 4 | 10 | 0-20 | ||
3. | Методы и алгоритмы расчета парожидкостного равновесия многокомпонентных систем. | 8-10 | 6 | 4 | 10 | 0-20 | ||
Всего | 1-10 | 18 | 12 | 30 | 0-60 | |||
Модуль 2 | ||||||||
1. | Фазовое диаграммы пар жидкость. | 11-14 | 9 | 6 | 15 | 0-20 | ||
2. | Моделирование пластовых углеводородных смесей. | 15-18 | 9 | 6 | 15 | 0-20 | ||
Всего | 11-18 | 18 | 12 | 30 | 0-40 | |||
Итого (часов, баллов): | 36 | 24 | 60 | 0 – 100 |
Таблица 3.
Виды и формы оценочных средств в период текущего контроля
№ темы | Устный опрос | Письменные работы | Технические формы контроля | Информационные системы и технологии | Итого количество баллов | ||||||||||
коллоквиумы | собеседование | ответ на семинаре | Lдомашнее задание | контрольная работа | тест | реферат | эссе | программы компьютерного тестирования | комплексные ситуационные задания | электронные практикум | другие формы | ||||
Модуль 1 | |||||||||||||||
1. Основы термодинамики многокомпонентных систем | 0-10 | 0-10 |
|
|
|
| - |
| - |
| - | 0-20 | |||
2. Уравнения состояния систем природных углеводородов | 0-10 |
| 0-10 |
|
| - |
|
|
| 0-20 | |||||
3. Методы и алгоритмы расчета парожидкостного равновесия многокомпонентных систем. | 0-20 |
|
|
|
|
|
|
| 0-20 | ||||||
Всего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 0-60 | ||
Модуль 2 | |||||||||||||||
4. Фазовое диаграммы пар жидкость. |
| 0-10 |
|
|
| 0-10 |
|
|
|
|
|
| 0-20 | ||
5. Моделирование пластовых углеводородных смесей. |
|
|
|
| 0-20 |
|
|
|
|
|
|
| 0-20 | ||
Всего |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 0-40 | ||
Итого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 0 – 100 | ||
Таблица 4.
Планирование самостоятельной работы студентов
№ | Модули и темы | Виды СРС | Неделя семестра | Объем часов | Кол-во баллов | |
обязательные | дополнительные | |||||
Модуль 1 | ||||||
1.1 | Основы термодинамики многокомпонентных систем | 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций | 1-4 | 4 | 0-3 | |
1.2 | Уравнения состояния систем природных углеводородов | 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций | 5-7 | 4 | 0-5 | |
1.3 | Методы и алгоритмы расчета парожидкостного равновесия многокомпонентных систем. | 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций | 8-10 | 4 | 0-7 | |
| Всего по модулю 1: | 12 | 0-15 | |||
Модуль 2 | ||||||
2.1 | Фазовое диаграммы пар жидкость. | 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций | 11-14 | 6 | 0-7 | |
2.2 | Моделирование пластовых углеводородных смесей. | 1. Работа с учебной литературой. 2. Выполнение домашнего задания. 3. Проработка лекций | 15-18 | 6 | 0-5 | |
Всего по модулю 2: | 12 | 0-19 | ||||
| ИТОГО: | 24 | 0-54 |
3. Содержание дисциплины по темам:
Тема 1. Основы термодинамики многокомпонентных систем. Основные понятия и определения термодинамики многокомпонентных (углеводородных) систем. Определения термодинамической системы, независимых термодинамических параметров, функции состояния, характеристических функций, экстенсивных, интенсивных, внешних и внутренних параметров, механических, тепловых и массообменных взаимодействий, открытой и закрытой систем, гомогенной и гетерогенной термодинамической системы, фазы и компонента термодинамической системы. Химический потенциал. Уравнение Гиббса-Дюгема. Правило фаз Гиббса. Летучесть и коэффициент летучести.
Тема 2. Уравнения состояния систем природных углеводородов. Многокоэффициентные уравнения состояния. Вириальная форма уравнения состояния. Уравнение Бенедикта-Вебба-Рубина. Уравнение Старлинга-Ханна. Кубические уравнения состояния. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Уравнение Редлиха-Квонга и его модификации. Модификация Алани-Кеннеди-Багиа. Модификация Вильсона. Модификация Чу-Праусница. Модификация Иоффе-Зудкевича. Модификация Симоне-Бихара. Модификация Барсука-Беньяминовича. Уравнение Соаве-Редлиха-Квонга. Уравнение Пенга-Робинсона и его модификации. Модификация с шифт-параметром. Обощенный вид кубического уравнения состояния.
Тема 3. Методы и алгоритмы расчета парожидкостного равновесия многокомпонентных систем. Коэффициенты распределения компонентов двухфазной системы. Уравнения фазовых концентраций двухфазных систем. Стабильность фазового состояния. Понятие и критерий стабильности фазы.
Тема 4. Фазовое диаграммы пар жидкость. Фазовые диаграммы для чистых веществ. Фазовая диаграмма “давление – температура” чистого вещества. Фазовая диаграмма “давление – удельный объем” чистого вещества. Фазовые диаграммы двухкомпонентных систем. Диаграмма давление удельный объем бинарных систем. Диаграмма “давление состав” двойных систем. Фазовая диаграмма “давление-состав” бинарной смеси метан-диоксид углерода. Фазовые диаграммы “давление - температура” бинарных смесей. Ретроградные явления. Фазовые диаграммы трехкомпонентных систем. Треугольная фазовая диаграмма для определения состава трехкомпонентной смеси. Классификация залежей по фазовому состоянию и свойствам пластовых флюидов.
Тема 5. Моделирование пластовых углеводородных смесей. Моделирование газоконденсатных систем. Методика и алгоритм определения фазового состояния газоконденсатной системы на основе разделения компонентов на фракции. Моделирование нефтяных систем на основе данных исследования глубинной пробы. Две модели пластовой нефти и алгоритмы расчета фазового состояния нефтяных систем. Метод разбиения на фракции группы 
. Метод Куртиса Витсона. Метод линеаризации молярной доли. Расчет параметров фракций-компонентов модели пластовой смеси. Корреляционные зависимости для определения критических температуры и давления. Корреляции для определения ацентрического фактора. Эффективный метод расчета критического давления и ацентрического фактора фракций группы 
.
4. Контрольные вопросы к зачету.
1. Основные понятия и определения термодинамики многокомпонентных (углеводородных) систем: определения термодинамической системы, независимых термодинамических параметров, функции состояния, характеристических функций, экстенсивных, интенсивных, внешних и внутренних параметров.
2. Основные понятия и определения термодинамики многокомпонентных (углеводородных) систем: определения механических, тепловых и массообменных взаимодействий, открытой и закрытой систем, гомогенной и гетерогенной термодинамической системы, фазы и компонента термодинамической системы.
3. Уравнения состояния систем природных углеводородов: Многокоэффициентные уравнения состояния.
4. Уравнения состояния систем природных углеводородов: вириальная форма уравнения состояния.
5. Уравнения состояния систем природных углеводородов: уравнение Бенедикта-Вебба-Рубина.
6. Уравнения состояния систем природных углеводородов: уравнение Старлинга-Ханна.
7. Кубические уравнения состояния: уравнение Ван-дер-Ваальса.
8. Кубические уравнения состояния: уравнение Редлиха-Квонга и модификации Алани-Кеннеди-Багиа и Вильсона.
9. Кубические уравнения состояния: уравнение Редлиха-Квонга и и модификации Чу-Праусница и Иоффе-Зудкевича.
10. Кубические уравнения состояния: уравнение Редлиха-Квонга и и модификации Симоне-Бихара и Барсука-Беньяминовича.
11. Кубические уравнения состояния: обощенный вид кубического уравнения состояния.
12. Методы и алгоритмы расчета парожидкостного равновесия многокомпонентных систем: коэффициенты распределения компонентов двухфазной системы.
13. Методы и алгоритмы расчета парожидкостного равновесия многокомпонентных систем: уравнения фазовых концентраций двухфазных систем.
14. Методы и алгоритмы расчета парожидкостного равновесия многокомпонентных систем: стабильность фазового состояния.
15. Методы и алгоритмы расчета парожидкостного равновесия многокомпонентных систем: понятие и критерий стабильности фазы.
16. Фазовые диаграммы пар жидкость: фазовая диаграмма “давление – температура” чистого вещества.
17. Фазовые диаграммы пар жидкость: фазовая диаграмма “давление – удельный объем” чистого вещества.
18. Фазовые диаграммы пар жидкость: диаграмма давление удельный объем бинарных систем.
19. Фазовые диаграммы пар жидкость: диаграмма “давление состав” двойных систем.
20. Классификация залежей по фазовому состоянию и свойствам пластовых флюидов.
21. Моделирование пластовых углеводородных смесей: моделирование газоконденсатных систем.
22. Моделирование пластовых углеводородных смесей: моделирование нефтяных систем на основе данных исследования глубинной пробы.
23. Метод разбиения на фракции группы : метод Куртиса-Витсона.
24. Метод разбиения на фракции группы : метод линеаризации молярной доли.
6. Темы рефератов для самостоятельной работы
(24 ч. самостоятельной работы)
1. Основные понятия и определения термодинамики многокомпонентных (углеводородных) систем: химический потенциал. Уравнение Гиббса-Дюгема.
2. Основные понятия и определения термодинамики многокомпонентных (углеводородных) систем: правило фаз Гиббса. Летучесть и коэффициент летучести.
3. Кубические уравнения состояния: уравнение Соаве-Редлиха-Квонга.
4. Кубические уравнения состояния: уравнение Пенга-Робинсона.
5. Кубические уравнения состояния: модификация уравнения Пенга-Робинсона с шифт-параметром.
6. Фазовые диаграммы пар жидкость: фазовые диаграммы “давление - температура” бинарных смесей.
7. Фазовые диаграммы пар жидкость: ретроградные явления.
8. Фазовые диаграммы пар жидкость: фазовые диаграммы трехкомпонентных систем.
9. Расчет параметров фракций-компонентов модели пластовой смеси.
10. Корреляционные зависимости для определения критических температуры, давления и ацентрического фактора.
11. Эффективный метод расчета критического давления и ацентрического фактора фракций группы .
7. Литература.
Основная литература:
1. Геология и геохимия нефти и газа [Электронный ресурс] : учебник / , , . - М.: Издательство Московского университета, 20с326-7. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=136819 (дата обращения 29.01.2014)
2. Папуша, сплошных сред [Электронный ресурс] : учебник / . - Москва — Ижевск: Институт компьютерных исследований, 20с023-7. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=114734 (дата обращения 29.01.2014)
Дополнительная литература:
1. Гольдаде, конденсированного состояния [Электронный ресурс] / , . - Минск: Белорусская наука, 20с. - . Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=93309 (дата обращения 29.01.2014)
Программное обеспечение и Интернет – ресурсы:
1. Электронная библиотека Попечительского совета механико-математического факультета Московского государственного университета http://lib.mexmat.ru
2. eLIBRARY – Научная электронная библиотека (Москва) http://elibrary.ru/
3. Электронная Университетская библиотека: http://biblioclub.ru/
