Лекція №5. Властивості нафти.

Фізичні властивості нафти, так само, як і її хімічні характеристики, змінюються в досить широкому діапазоні, в залежності від її складу. Наприклад, консистенція цієї рідини змінюється від легкої і газонасиченої до важкої і густий, з високим вмістом смол. Колір цієї корисної копалини також змінюється від світлого, майже прозорого, до темно-коричневого, майже чорного.

Ці нафтові властивості визначає переважання в складі цієї вуглеводневої суміші або легких низькомолекулярних сполук, або складно побудованих важких сполук з високою молекулярною масою. Нафта і її застосування для виробництва різних товарів, які називаються нафтопродукти, роблять це корисна копалина найважливішим енергоносієм в сучасному світі.

Хімічні властивості нафти і газу залежать від хімічної структури їх складу. Цей склад досить простий. Основні його елементи - це вуглець (С) і водень (Н). Вуглецю в нафтах міститься від 83-х до 89-ти відсотків, водню - від 12-ти до 14-ти відсотків.

Також в нафтах присутня невелика кількість сірки, азоту і кисню, а також домішки різних металів. З'єднання вуглецю і водню називаються вуглеводнями (СН). Нафта - це горюча масляниста рідина, колір якої варіюється від світло-жовтого до чорного, склад якої в основному представлений вуглеводневими сполуками.

Найпростіший з хімічної точки зору вуглеводень - це метан (СН4), який є пальним газоподібним речовиною, що становить основу всіх природних газів. Зазвичай в природному газі вміст метану становить від 90 до 95 відсотків і більше.

За метаном слідують: етан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12), гексан (С6Н14) і так далі. Починаючи з пентану, вуглеводні з газоподібного стану переходить до ліквідність, тобто - в нафту. Вуглець при з'єднанні з воднем утворює величезну кількість з'єднань, різних за своїм хімічним будовою і властивостями.

Для зручності всі нафтові вуглеводні розділені на три групи:

Алкани (метанова група) із загальною формулою СnH2n + 2. Ця група є насичені вуглеводні, оскільки всі їх валентні зв'язки задіяні. З хімічної точки зору вони - самі інертні, іншими словами - не здатні вступати в реакції з іншими хімічними сполуками. Структура алканів може бути або лінійної (нормальні алкани), або розгалуженої (ізоалкани).

Циклани (нафтенова група) із загальною формулою СnH2n. Їх головна ознака - п'яти - або шістичленне кільце, що складається з атомів вуглецю. Іншими словами, циклани, на відміну від алканів, мають замкнуту в ланцюг циклічну структуру. Ця група теж представляє граничні (насичені) з'єднання і в реакції з іншими хімічними елементами вони також майже не вступають.

Арени (ароматична група) із загальною формулою СnH2n-6. Їх структура - шестичленні цикли, в основі яких лежить ароматичне бензольне ядро ​​(С6Н6). Їх відрізняє наявність між атомами подвійних зв'язків. Арени бувають моноциклічні (одне бензольне кільце), біциклічні (здвоєні кільця бензолу) і полі циклічні (кільця з'єднані за принципом бджолиних сот).

Нафта і природний газ не є речовинами з постійним і строго визначеним хімічним складом. Це складні суміші природних вуглеводнів, що знаходяться в газоподібному, рідкому і твердому стані. Однак ця суміш не є простою в звичному розумінні. Їй ближче визначення «складний розчин вуглеводнів», де в якості розчинника виступають легкі сполуки, а розчинені речовини - це високомолекулярні вуглеводні (в тому числі асфальтени і смоли).

Фізичні властивості нафти досить різноманітні, але найважливішим серед них є її густина (по-іншому - питома вага). Цей параметр залежить від молекулярних ваг входять до її складу.

Значення густини нафти варіюється від 0,71 до 1,04 грам на кубічний сантиметр. У нафтоносних колекторах в нафти багато розчиненого газу, тому в природних умовах її густина менше (в 1,2 - 1,8 рази), ніж в здобутий дегазувати сировину.

За значенням цього параметра нафту ділиться на наступні класи:

клас дуже легкій нафті (щільність - менше 0,8 г / см3);

легкі нафти (від 0,80 до 0,84 г / см3);

клас середніх нафт (від 0,84 до 0,88 г / см3);

важкі нафти (густина - від 0,88 до 0,92 г / см3);

нафти дуже важкого класу (> 0,92 грам на кубічний сантиметр).

В'язкість цієї корисної копалини є властивістю цієї речовини чинити опір при переміщенні відносно один одного нафтових частинок при русі нафти. Іншими словами, цим параметром характеризується рухливість цієї вуглеводневої розчину.

Вимірюють в'язкість спеціальним приладом - віскозиметром. Одиниця виміру в системі СІ – Міллі Паскаль в секунду, в системі СГС - грам на сантиметр в секунду (Пуаз).

В'язкість буває динамічної і кінематичної.

Динамічна показує значення сили опору переміщенню рідинного шару, площа якого - один квадратний сантиметр, на 1 сантиметр при швидкості руху 1 сантиметр в секунду. Кінематична в'язкість характеризує властивість нафти чинити опір переміщенню однієї рідкої частини щодо іншої, з огляду на при цьому силу тяжіння.

Піднята на поверхню нафту за цим параметром ділиться на:

мало в’язкі (в'язкість - менше 5 мПа / с);

з підвищеною в'язкістю (від 5-ти до 25-ти мПа / с);

високов'язкі (більше 25-ти мПа / с).

Чим легше вуглеводнева рідина, тим менше значення її в'язкості. У пласті цей параметр нафти в менше (причому - в десятки разів), ніж в'язкість цієї ж нафти, піднятою на поверхню і дегазованої. Значення цього фізичного параметра велике, оскільки дозволяє визначити масштаби міграції в процесі формування покладів.

Величину, зворотну в'язкості, називають плинністю.

Вміст сірки в нафті - це вельми значущий параметр, який впливає на окисні властивості цієї корисної копалини. Чим більше в ньому сірчистих сполук - тим вище корозійна агресивність сировини і одержуваних їх нього нафтопродуктів.

За цим показником нафта буває:

мало сірчані (до 0,5 відсотка);

сірчані (від 0,5-ти до 2-х відсотків);

високо сірчані (> 2-х відсотків сірки).

Вміст у нафті парафінів - ця важлива характеристика нафти, яка безпосередньо впливає на технології, що застосовуються при її видобутку, а також на її трубопровідну транспортування. Парафінистої - це зміст в сировину твердих вуглеводнів, які називаються парафінами (формули - від С17Н36 до С35Н72) і церезину (від С36Н74 до С55Н112).

Їх концентрація в деяких випадках доходить до 13-14 %, а, наприклад, нафту казахського родовища Узень взагалі має цей показник на рівні 35-ти відсотків. Чим більше парафінистої, тим важче здобувати і транспортувати сировину. Парафін відрізняються здатністю до кристалізації, що призводить до їхнього випадання в твердий осад, а це закупорює пори в продуктивному пласті, з'являються відкладення на стінках НКТ, в засувках і на іншому технологічному обладнанні.

За значенням цього параметра нафта буває:

мало парафінисті  (<1,5 %);

парафінисті (від 1,5 до 6-%);

високо парафінисті (> 6%).

Газовий фактор - характеризує кількість кубометрів газу в одній тонні дегазованої нафти. Іншими словами, газовий фактор - це кількісна характеристика того, скільки розчиненого газу було в нафти, яка перебувала в колекторі, і яке його кількість перейде у вільний стан в процесі вилучення сировини на поверхню.

Значення газового фактора може доходити до 300 - 500 кубометрів на тонну, хоча середнє його значення варіюється від 30-ти до 100 кубометрів на одну тонну.

Тиск насичення – це параметр (тиск, при якому починається пароутворення) є значення тиску, по досягненню якого з нафти починає виділятися газ. У природних умовах продуктивного шару цей тиск або дорівнює внутрішньо пластовому, або менше нього. У першому газ повністю розчиняється в рідині, а в другому спостерігається газова не насиченість.

Стисливість обумовлена пружністю нафти і характеризується коефіцієнтом стисливості (βН). Цей параметр показує величину зміни обсягу сировини в пласті в разі зміни тиску на 0,1 МПа. Коефіцієнт стисливості враховують на ранніх етапах розробки, коли пружність газу і рідини в пласті ще витрачена, внаслідок чого грає в енергетиці пласта істотну роль.

Коефіцієнт теплового розширення показує, як змінюється первинний об'єм сировини в разі зміни температури на 1 градус Цельсія. Його використовують в процесі проектування і практичного застосування методів теплового впливу на продуктивні пласти.

Об'ємний коефіцієнт характеризує - який обсяг в колекторі займає кубометр дегазованого сировини, поки воно насичене газом. Значення цього показника, як правило, більше одиниці. Середні значення коливаються від 1,2 до 1,8, хоча можуть доходити і до двох-трьох одиниць. Об'ємний коефіцієнт застосовується в розрахунках для визначення кількості запасів, а також при обчисленні коефіцієнта нафтовіддачі продуктивного шару.

Температура застигання показує, при якому температурному значенні в пробірці рівень охолодженої нафти не змінюється при її нахилі на 45-ть градусів. Чим більше в нафті твердих парафінів і чим менше смол - тим вище цей показник.

Оптичні нафтові властивості - це здатність обертати вправо (зрідка-вліво) площину поляризованого світлового променя.

Основні носії оптичної активності в цій корисній копалині - молекули викопних тварин і рослин. При опроміненні нафти ультрафіолетом вона починають світитися, що говорить про їхню здатність до люмінесценції. Легкі сорти нафти люмінесцують в блакитному і синьому спектрі, а важкі - в жовтому і жовтувато-бурому) площину поляризованого світлового променя.

Остання зміна: вівторок 17 квітень 2018 13:15