Править]Физические свойства

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ

- ДАВЛЕНИЕ НАСЫЩЕНИЯ НЕФТИ ГАЗОМ.

Величина давления насыщения нефти газом зависит от количества растворенного газа, состава нефти, газа, пластовой температуры. Определяется путем исследования проб и приближений..

- СЖИМАЕМОСТЬ НЕФТИ Характеризует упругость нефти и определяется из отношения: b_н= где V –исходный объем нефти, DV - изменение объема нефти при изменении давления D p. Определяется экспериментально

- ОБЪЕМНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ НЕФТИ где V_пл объем пластовой нефти, V_сеп объем этой же нефти после сепарации при н.у. Определяется экспериментально

- ТЕМПЕРАТУРНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ ОБЪЕМНОГО РАСШИРЕНИЯ НЕФТИ. Характеризует степень расширения нефти при увеличении температуры на 1⁰С.

- ПЛОТНОСТЬ НЕФТЕЙ - r= . Зависит от состава нефти, состава и количества растворенного газа, температуры и давления. Изменяется аналогично вязкости.

-

- ВЯЗКОСТЬ НЕФТЕЙ. Это свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одних ее частиц относительно других. Уменьшается с повышением температуры и количества растворенного в нефти газа, также зависит от состава и природы растворенного газа. Определяется приборами.

ГАЗОСОДЕРЖАНИЕ – содержание газов в пробе нефти. Дает анализ кернов.

ПРОМЫСЛОВЫЙ ГАЗОВЫЙ ФАКТОР – это объем газа, выделяющегося из пластовой нефти при снижении давления до атмосферного. Количество газа, растворенного в нефти,

Нефть—это жидкий горючий минерал, состоит из органиче­ских соединений, основную часть которых составляют углево­дороды. По внешнему виду нефть — маслянистая, чаще всего темная жидкость, флюоресцирующая на свету.

Химический состав нефтей. По химическому составу нефти из различных залежей отличаются друг от друга. Всего из неф­тей выделено и идентифицировано более 500 индивидуальных химических соединений.

Элементарный состав нефтей характе­ризуется обязательным наличием пяти химических элементов — углерода, водорода, кислорода, серы и азота при резком коли­чественном преобладании первых двух — свыше 90 %. Максимальное содержание остальных трех элементов может в сумме доходить до 5—8% (главным образом за счет серы), но обычно оно намного меньше. Среди химических соединений в нефтях выделены углеводородные и гетероорганические. Углеводородные соединения подразделяются на парафиновые (метановые или алканы), нафтеновые (полиметиленовые или цикланы), ароматические (арены) и смешанные.

Гетероорганические соединения могут составлять 10—20 % на сырую нефть. В их состав кроме углерода и водорода вхо­дят главным образом кислород, сера и азот.

В золе нефтей обнаружены никель, ванадий, натрий, се­ребро, кальций, алюминий, медь и др. По-видимому, указан­ные элементы были в составе некоторых органических соедине­ний. Количество золы, образующейся при сжигании нефтей, не­велико — обычно сотые доли процента.

Классификация нефтей по химическому составу.

По количественному соотношению содержащихся в нефти различных групп углеводородов все нефти сгруппированы в четыре класса:

1) метановые, содержащие более 66% метановых углеводородов;

2) нафтеновые, содержащие более 66% нафтеновых углеводородов;

3) нафтено-метановые, в которых содержание метановых и нафтеновых углеводородов в сумме составляет более 66%;

4) все нефти "необычного состава", т. е. ароматические и др.

По содержанию парафина нефти подразделяются на три группы:

1) беспарафиновые – парафина до 1%;

2) слабопарафиновые – парафина 1 – 2%;

3) парафиновые – парафина свыше 2%.

По содержанию серы нефти делятся на две группы:

1) малосернистые – серы до 0,5%;

2) высокосернистые – серы более 0,5%.

По содержанию асфальтенов и смол выделяются три группы нефтей:

1) малосмолистые – смол менее 8%;

2) смолистые – смол 8 – 28%;

3) сильносмолистые – смол более 28%.

Физические свойства нефтей. Измерение физических пара­метров нефтей позволяет определить их товарные качества. Не­которые параметры (плотность, вязкость и др.) используются при расчете и проектировании разработки месторождений, неф­тепроводов, транспортирования нефти и т. д. В геологии из физических параметров наибольшее значение имеют плотность, оптическая активность, люминесценция и некоторые другие.

Плотность определяется количеством массы в единице объема. Единицей плотности является кг/м³. На практике поль­зуются относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20 °С к плотности воды при 4 °С. Плотность (относительная) нефтей колеблется чаще всего в пределах 0,82—0,92. Как исключение встречаются нефти плотностью меньше 0,77 (дистилляты естественного фрак­ционирования нефтей) и тяжелые, густые асфальтоподобные нефти, плотность которых превышает 1,000 (остатки есте­ственного фракционирования). Различия в плотности нефтей связаны с количественными соотношениями углеводородов от­дельных классов. Нефти с преобладанием метановых углеводо­родов легче нефтей, богатых ароматическими углеводородами. Плотность смолистых веществ нефти выше 1,000, поэтому чем больше их в нефти, тем выше ее плотность.

Плотность нефти зависит от соотношения количества легкокипящих и тяжелых фракций. Как правило, в легких неф­тях преобладают легкокипящие (бензин, керосин), а в тяже­лых—тяжелые компоненты (масла, смолы). Поэтому плот­ность нефти дает первое приближенное представление о ее составе.

Плотность нефтей в пластовых условиях меньше, чем на зем­ной поверхности, так как в пластовых условиях нефти содер­жат растворенные газы.

Температура кипения углеводородов зависит от их строения. Чем больше атомов углерода входит в состав моле­кулы, тем выше температура кипения. У нафтеновых и арома­тических углеводородов, у которых атомы углерода соединены в циклы (кольца), температура кипения при равном количе­стве атомов углерода выше, чем у метановых. Природная нефть содержит компоненты, выкипающие в широком интервале тем­ператур—от 30 до 600 °С.

Застывание и плавление нефтей происходит при различных температурах. Обычно нефти в природе встречаются в жидком состоянии. Однако некоторые нефти загустевают при незначительном охлаждении. Температура застывания нефти зависит от ее состава. Чем больше в ней твердых парафинов, тем выше ее температура застывания. Смолистые вещества ока­зывают противоположное влияние — с повышением их содер­жания температура застывания понижается.

Вязкость —свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц при движении. Различают динамическую (абсолютную) вязкость нефти, кинематическую и относи­тельную (удельную, условную).

Динамическая вязкость выра­жается величиной сопротивления взаимному переме­щению двух слоев жидкости с поверхностью 1 см², отстоящих друг от друга на 1 см, при относительной скорости перемеще­ния 1 см/с. За единицу динамической вязкости принят пуаз (П) с размерностью дин*с/см².

Кинематическая вязкость представляет собой отношение ди­намической вязкости данной жидкости к ее плотности при той же температуре. Единица кинематической вязкости – стокс, равный см²/с (в системе СИ — м²/с).

Условная вязкость – отношение времени истечения из вискозиметра определённого объёма жидкости ко времени истечения такого же объёма дистиллированной воды при 20 °С.

Из различных углеводородов, составляющих нефть, наимень­шей вязкостью обладают парафиновые, а наибольшей—на­фтеновые.

Испаряемость. Испарение – процесс перехода жидкости у поверхности на открытом воздухе из жидкого состояния в парообразное. При этом нефть теряет наиболее лёгкие фракции. Если нефть находится в закрытых резервуарах, то при определённых условиях возможно испарение до какой-то предельной величины. Давление паров данной жидкости, находящихся в равновесии с ней, называют упругостью паров жидкости.

Давление насыщения. В пластовых условиях важным свойством нефти является давление насыщения нефти газом. Это наименьшее давление, при котором нефть полностью насыщается газом, или давление, при незначительном снижении которого из смеси появляются пузырьки газа.

Температуры вспышки, воспламенения, самовоспламенения, плавления и застывания. Температура, при которой смесь паров нагреваемого нефтепродукта и воздуха вспыхивает при поднесении к ней огня, называется температурой вспышки. При этом нефтепродукт нагревается в строго определённых условиях, а вспыхнувшее пламя мгновенно затухает. Температура вспышки ниже, если легче фракция нефти. Так, температура вспышки бензиновых фракций до минус 40°С, керосиновых – 28-60°С, масляных – 130-325°С. По температуре вспышки судят о чистоте получаемых при перегонке фракций нефти, о возможности образования взрывчатых смесей.

Если после определения вспышки продолжать нагревание нефтепродукта, то при определённой температуре после поднесения пламени огня пары загорятся вновь и не гаснут в течение некоторого времени. Эта температура называется температурой воспламенения.

Если нефтепродукт нагреть до высоких температур, то после соприкосновения с воздухом он может самопроизвольно воспламениться. Эта температура называется температурой самовоспламенения. Сравнительно легко самовоспламеняются высококипящие нефтепродукты (тяжёлые нефтяные остатки – 300-350°С).

Под температурой плавления твёрдых нефтепродуктов (парафина, церезина) понимают температуру, при которой нефтепродукт из твёрдого состояния переходит в жидкое (в строго определённых условиях).

Температура, при которой нефтепродукт в определённых условиях испытания теряет подвижность, называется температурой застывания нефтепродукта. Эта температура зависит от содержания в нефтепродуктах твёрдых при обычной температуре углеводородов, т. е. парафинов и церезинов.

Удельная теплоёмкость. Удельная теплоёмкость нефти – количество тепла, которое необходимо затратить для нагревания 1г нефти на 1°С. Удельная теплоёмкость колеблется в пределах 0,4 – 0,5 кал (г*°С)^-1­­­­. С повышением плотности нефти она уменьшается.

Теплотворная способность. Теплотворная способность нефти – количество тепла, которое выделяется при сгорании 1 кг нефти. Низшая теплота сгорания нефти изменяется от 10300 до 10800 ккал/кг, увеличиваясь с уменьшением плотности.

Растворимость. Нефти и нефтепродукты легко растворяются в органических растворителях: бензине, хлороформе, сероуглероде и др. Растворимость нефти в воде мала. Так, в 1м³ воды может раствориться 270г керосина. Нефть и её продукты являются хорошим растворителем для ряда веществ: йода, серы, каучука, многих смол и растительных и животных жиров. Нефть ничтожно мало растворяет воду в количествах, измеряемых тысячными долями процента.

Электропроводность. Нефть и её производные по отношению к электрическому току являются изоляторами.

Газовый фактор. Количество газа, приходящееся на 1т нефти, называется газовым фактором. В пластовых условиях распределение каждого углеводорода между жидкой и газообразной фазами будет находиться в соответствии с давлением паров при данной температуре. Газ, не перешедший в жидкую фазу в пластовых условиях, может находиться в разных состояниях в зависимости от давления насыщения (свободном, растворённом, адсорбированном и т. д.).

2. Попутный нефтяной газ. Состав, основные свойства

ПНГ - углеводородный газ, находящийся в нефтяных залежах в растворенном состоянии и выделяющийся из нефти при снижении давле­ ния. Количество газов в м³, приходящееся на 1 т добытой нефти, зависит от условий формирова­ния и залегания нефтяных месторождений и мо­ жет составлять от 1-2 до нескольких тыс. м³.

Попутный нефтяной газ представляет смесь газов. Основными составляющими ПНГ являют­ ся предельные углеводороды - гомологи метана от СН₄ до С₆Н₁₄ (табл. 1). Суммарное содержа ние гексана (СбН]₄) и более тяжелых углеводоро­ дов в попутном газе, как правило, не превышает 1 %, содержание пентана (CsH ₁₂) находится в пределах 2 %. Кроме того, в ПНГ присутствуют инертные газы, в основном, азот и углекислый газ, содержание которых изменяется от 1 до 5 %. Учитывая, что суммарное содержание тя­ желых углеводородов начиная с пентана и инертных газов не превышает 8 %, для при­ ближенной оценки основных характеристик попутного газа нужно учитывать четыре первых гомолога метана.

 

 

3. Природный газ. Состав, основные свойства

Приро́дный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ.

Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При стандартных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.

Химический состав

Основную часть природного газа составляет метан (CH₄) — от 92 до 98 %. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды — гомологи метана:

§ этан (C₂H₆),

§ пропан (C₃H₈),

§ бутан (C₄H₁₀).

а также другие неуглеводородные вещества:

§ водород (H₂),

§ сероводород (H₂S),

§ диоксид углерода (СО₂),

§ азот (N₂),

§ гелий (Не).

Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество веществ, имеющих сильный неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц) (т. н. одорантов). Чаще всего в качестве одоранта применяется этилмеркаптан (16г на 1000 куб.м.природного газа).

Для облегчения транспортировки и хранения природного газа его сжижают, охлаждая при повышенном давлении.

править]Физические свойства

Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава; при нормальных условиях, если не указано другое):

§ Плотность:

§ от 0,68 до 0,85 кг/м³ относительно воздуха (сухой газообразный);

§ 400 кг/м³ (жидкий).

§ Температура самовозгорания: 650 °C;

§ Взрывоопасные концентрации смеси газа с воздухом от 5 % до 15 % объёмных;

§ Удельная теплота сгорания: 28—46 МДж/м³ (6,7—11,0 Мкал/м³)^[1];

§ Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120—130.

§ Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх^[2].