Физические свойства нефти в стандартных условиях

ФИЗИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ НЕФТИ И ГАЗА В УСЛОВИЯХ ЗАЛЕЖЕЙ

План

Нефть и газ - как смесь углеводородов и других соединений.

Состав нефти (сера, асфальто-смолистые соединения, парафины и др

Физические свойства пластовой нефти.

Физические свойства нефти в стандартных условиях

 

При изучении физико-химических свойств нефтей, газов и воды необходимо знать:

1. Методику и условия отбора глубинных проб – глубина отбора, пластовое давление, пластовая температура. Число и качество глубинных и отобранных на поверхности проб по продуктивным пластам. Методы исследования и проводившая их организация. Обоснование полноты изученности состава и свойств нефти и газа по каждому пласту (залежи), площади и разрезу.

2. Физико-химическая характеристика нефти, газа и конденсата в пластовых и стандартных условиях: плотность, вязкость, газосодержание, объемный коэффициент, коэффициент сжимаемости, состав и др. Изменчивость отдельных показателей состава и свойств по площади залежи и разрезу и их средние значения по каждой залежи.

3. Товарная характеристика нефти, конденсата и газа: фракционный состав, теплота сгорания, содержание серы, смол, асфальтенов, масел, парафина, воды, солей, механических примесей; отнесение нефти, газа и конденсата к соответствующим группам государственных стандартов.

Нефть - это природная горючая маслянистая жидкость, распространенная в осадочной оболочке Земли; важнейшее полезное ископаемое. В состав нефти входит смесь углеводородов самого разнообразного строения. Их молекулы представляют собой и короткие цепи атомов углерода, и длинные, и нормальные, и разветвленные, и замкнутые в кольца, и многокольчатые. Путем перегонки из нефти получают различные продукты: бензин, реактивное топливо, осветительный керосин, дизельное топливо, мазут и так далее.

Свойства углеводородов (УВ) в пластовых условиях весьма разнообразны. Наряду с условиями залегания пород-коллекторов они во многом определяют природные энергетические возможности залежей, выбор методов искусственного воздействия на пласты и систем разработки, характер динамики годовых показателей разработки, возможную степень извлечения запасов из недр и др.

Кроме углеводородов в состав нефти входит небольшое количество кислородных, сернистых и немного азотистых соединений. Нефть и газ встречаются в земных недрах как вместе, так и раздельно. Нефть включает в себя большую и сложную группу жидких, газообразных и твердых углеводородов, т.е. соединения углерода и водорода, а также иных примесей (азот, кислород и серу). Свойства и состояние УВ зависят от их состава, давления и температуры в пластах. В залежах они находятся в жидком и газообразном состоянии или в виде газожидкостных смесей. В процессе разработки залежей в пластах и при подъеме на поверхность давление, а иногда и температура непрерывно меняются, что может сопровождаться изменениями состава газовой и жидкой фаз и переходом УВ из одной фазы в другую. Необходимо знать закономерности фазовых переходов, состояние и свойства УВ при различных условиях и учитывать их при подсчете запасов, проектировании и регулировании разработки, проектировании эксплуатации систем сбора и транспорта нефти и газа.

Нефть и газ представляют собой смесь УВ преимущественно метанового (парафинового) (C_n H_2n+2), нафтенового ( С_n H_2n) и в меньшем количестве ароматического (С_n H_2n-6) рядов. В поверхностных условиях УВ от метана СН₄ до бутанов С₄Н₁₀ – газы, от С₅Н₁₂ пентанов до С₁₆Н₃₄ – жидкости, от С₁₇Н₃₆ до С₃₅Н₇₂ и выше — твердые вещества, называемые парафинами и церезинами.

1.При большом количестве газа в пласте он может располагаться в виде газовой шапки над нефтью в повышенной части структуры. При этом часть жидких УВ нефти может находиться в виде паров также и в газовой шапке. При высоком давлении в пласте плотность газа становится весьма большой (приближается по величине к плотности легких углеводородных жидкостей). В этих условиях в сжатом газе растворяются значительные количества легкой нефти (С₅Н₁₂ + С₆Н₁₄). Иногда нефть оказывается полностью растворенной в газе. При извлечении такого газа на поверхность в результате снижения давления и температуры растворенная в нем нефть выпадает в виде конденсата.

2.Если количество газа в залежи по сравнению с количеством нефти мало, а давление достаточно высокое, то газ полностью находится в растворенном состоянии в нефти, и тогда газонефтяная смесь находится в пласте в жидком виде.

При извлечении нефти на поверхность в результате снижения давления растворенный газ выделяется в виде газовой фазы.

С учетом сказанного залежи УВ подразделяются на:

1) чисто газовые; 2) газоконденсатные; 3) газонефтяные или нефтегазовые (в зависимости от относительных размеров газовой шапки и нефтяной части залежи); 4) нефтяные (с различным содержанием растворенного газа).

Состав нефти

Нефть состоит преимущественно из углеводородных соединений парафинового, нафтенового и ароматического рядов. Метановые (парафиновые) углеводороды химически наиболее устойчивы, а ароматические - наименее устойчивы (в них минимальное содержание водорода), нафтеновые - занимают промежуточное положение. Ароматические углеводороды являются наиболее токсичными компонентами нефти.

В состав нефти входят также высокомолекулярные соединения, содержащие кислород, серу, азот, т.е. нафтеновые кислоты, смолы, асфальтены, парафин и др. Хотя их содержание в нефти невелико, но они существенно влияют на свойства поверхностей раздела в пласте (в частности, поверхности пустотного пространства), на закономерности движения нефти при разработке залежей. В составе нефти выделяют углеводородную, асфальтосмолистую и зольную составные части. В составе нефти выделяют порфирины и серу. Асфальтосмолистая составная часть нефти частично растворима в бензине: растворяемая часть - это асфальтены, нерастворяемая - смолы. Интересно, что в смолах содержание кислорода достигает 93% от его общего количества в составе нефти. Порфирины - это азотистые соединения органического происхождения, они разрушаются при температуре 200 -250°С. Сера присутствует в составе нефти либо в свободном состоянии, либо в виде соединений сероводородов и меркаптанов. Сера является наиболее широко распространённой коррозийной примесью, которую нужно удалять на нефтеперебатывающем заводе. Поэтому цена на нефть с высоким содержанием нефти оказывается на много ниже, чем на низкосернистую нефть. Зольная часть состава нефти - это остаток, получаемый при ее сжигании, состоящий из различных минеральных соединений.

1. Нефти содержат от долей процента до 5—6% серы. Она присутствует в них в виде свободной серы, сероводорода, а также сернистых соединений и смолистых веществ — меркаптанов, сульфидов, дисульфидов и др. По содержанию серы нефти делятся на малосернистые (содержание серы не более 0,5%), сернистые (0,5—2,0%), высокосернистые (более 2%),

2.Асфальтосмолистые вещества нефти — высокомолекулярные соединения, включающие кислород, серу и азот и состоящие из большого числа нейтральных соединений непостоянного состава. Содержание асфальтосмолистых веществ в нефти колеблется в пределах от 1 до 40 %. Наибольшее их количество отмечается в тяжелой темной нефти, богатой ароматическими УВ. Нефти по содержанию смол подразделяются на малосмолистые (содержание смол ниже 18%), смолистые ( 18—35%), высокосмолистые (свыше 35%).

3. Нефтяной парафин — это смесь твердых УВ двух групп — парафинов (С₁₇Н₃₆ – С₃₅Н₇₂) и церезинов (С₃₆Н₇₄ – С₅₅Н₁₂₂). Температура плавления первых 27 – 71⁰С, вторых -65 – 88⁰С. Нефти относят к малопарафинистым при содержании парафина менее 1,5% по массе, к парафинистым — 1,5 — 6,0 % по массе, к высокопарафинистым — более 6 %. В отдельных случаях содержание парафина превышает 25 %. При температуре его кристаллизации, близкой к пластовой, реальна возможность выпадения парафина в пласте в твердой фазе при разработке залежи.