Файл: Физикохимические свойства и состав нефти газа и воды. 2 Физикохимические свойства нефти 2.docx

Оглавление

Физико-химические свойства и состав нефти газа и воды.

Нефть – горючая, маслянистая жидкость, преимущественно темного цвета, представляет собой смесь различных углеводородов.

Соединения сырой нефти - это сложные вещества, состоящие из 5 элементов - C, H, S, O и N, содержание этих элементов колеблется в диапазонах 82 - 87% (С), 11 - 15% (H), 0,01 - 6% (S), 0 - 2% (O) и 0,01 - 3% (N).

Углеводороды - основные компоненты нефти и природного газа.

Метан CH4 – простейший углеводород, одновременно является основным компонентом природного газа.

В нефти встречаются следующие группы углеводородов:

метановые (парафиновые) с общей формулой СnН2n+2

нафтеновые - СnН2ni

ароматические - СnH2n-6

Преобладают углеводороды метанового ряда (метан СН4, этан С2Н6, пропан С3Н8 и бутан С4Н10), находящиеся при атмосферном давлении и нормальной температуре в газообразном состоянии.

Пентан С5Н12, гексан С6Н14 и гептан С7Н16 неустойчивы, легко переходят из газообразного состояния в жидкое и обратно. Углеводороды от С8Н18 до С17Н36 - жидкие вещества.

Углеводороды, содержащие больше 17 атомов углерода - твердые вещества (парафины). В нефти содержится 82¸87 % углерода, 11¸14 % водорода (по весу), кислород, азот, углекислый газ, сера, в небольших количествах хлор, йод, фосфор, мышьяк и т.п.

Физико-химические свойства нефти

К свойствам нефти относят:

Плотность;

Вязкость;

Давление насыщения;

Парафинистость;

Газосодержание;

Температура застывания;

Сжимаемость;

Температура вспышки;

Содержание серы;

Плотность является самым важным среди физических свойств (по-другому – удельный вес). Этот параметр зависит от молекулярных весов входящих в её состав компонентов.

---

Значение плотности нефти варьируется от 0,71 до 1,04 грамм на кубический сантиметр.

По значению этого параметра нефть делится на следующие классы:

класс очень легких нефтей (плотность – менее 0,8 грамм/см3);

легкие нефти (от 0,80 до 0,84 грамм/см3);

класс средних нефтей (от 0,84 до 0,88 грамм/см3);

тяжелые нефти (плотность – от 0,88 до 0,92 грамм/см3);

нефти очень тяжелого класса (> 0,92 грамм на кубический сантиметр).

Вязкость этого полезного ископаемого является свойством этого вещества оказывать сопротивление при перемещении относительно друг друга нефтяных частиц при движении нефти. Другими словами, этим параметром характеризуется подвижность этого углеводородного раствора. Измеряют вязкость специальным прибором – вискозиметром.

Единица измерения в системе СИ – миллипаскаль в секунду, в системе СГС – грамм на сантиметр в секунду (Пуаз).

Поднятая на поверхность нефть по этому параметру делится на:

маловязкую (вязкость – менее 5 мПа/с)

с повышенной вязкостью (от 5-ти до 25-ти мПа/с)

высоковязкую (большее 25-ти мПа/с)

Давление насыщения напрямую зависит от плотности и соотношения объёмов нефти и газа, их состава и пластовой температуры. Таким образом, чем больше нерастворимых компонентов (увеличение плотности), тем больше эта характеристика будет расти, а газ будет в свою очередь сильнее выделяться из жидкости.

Давление насыщения (Рнас) может быть меньше либо равно давлению пласта залежи (Рпл) и колеблется от 0,01 до 30 Мпа.

Парафинистость — это содержание в сырье твердых углеводородов, называемых парафинами (формулы – от С₁₇Н₃₆ до С₃₅Н₇₂) и церезинами (от С₃₆Н₇₄ до С₅₅Н₁₁₂).

В зависимости от количества твердых углеводородов (парафинов) выделяют три сорта: малосодержащие (менее 1,5 %); средне (от 1,5 до 6 %); высокосодержащие (более 6 %). Содержание парафинов колеблется от 0,2 до 30% массы и влияет на диапазон температур кипения и застывания.

Газосодержание — характеризует количество кубометров газа в одной тонне дегазированной нефти. Другими словами, газосодержание – это количественная характеристика того, сколько растворенного газа было в нефти, которая находилась в коллекторе, и какое его количество перейдет в свободное состояние в процессе извлечения сырья на поверхность.

Значение газового фактора может доходить до 300 – 500 кубометров на тонну, хотя среднее его значение варьируется от 30-ти до 100 кубометров на одну тонну.

Температура застывания

---

— показывает, при каком температурном значении в пробирке уровень охлажденной нефти не меняется при её наклоне на 45-ть градусов.

Эта характеристика важна для извлечения и транспортировки и всегда определяется. Колеблется от 32 ° до -57 ° C в зависимости от состава, чем больше парафинистых (твердых) частей, тем будет выше этот показатель.

Сжимаемость — тот параметр обусловлен упругостью нефти и характеризуется коэффициентом сжимаемости (β_Н). Этот параметр показывает величину изменения объема сырья в пласте в случае изменения давления на 0,1 МПа.

Температура воспламенения — это характеристика, при которой жидкость образует пары, достаточные для образования открытого пламени. Жидкость считается легковоспламеняющейся, если ее температура вспышки составляет менее 60 °C.

Содержание серы — весьма значимый параметр, который влияет на окислительные свойства этого полезного ископаемого. Чем больше в нем сернистых соединений – тем выше коррозионная агрессивность сырья и получаемых их него нефтепродуктов.

По этому показателю нефть бывает:

малосернистой (до 0,5 процента);

сернистой (от 0,5-ти до 2-х процентов);

высокосернистой (> 2-х процентов серы).

Температура вспышки - при этой температуре пары нагреваемого в стандартных условиях нефтепродукта образуют с атмосферным воздухом смесь, которая вспыхивает при наличии источника пламени.

При этом, для температуры вспышки бензина и легких нефтяных фракций определятся верхний предел взрывоопасности, а для температуры вспышки остальных видов нефтепродуктов – нижний.

Значение этого показателя зависит от фракционного состава исследуемого продукта: чем ниже предел перегонки – тем ниже это значение.

Средние значения этого параметра:

для бензиновых фракций – от 30-ти до 40-ка градусов;

для керосиновых – от 30-ти до 60-ти;

для дизельного топлива разных видов – от 30-ти до 90;

для масел – от 130-ти до 320.

Температура воспламенения - при ней нагреваемый нефтепродукт, находясь в контакте с атмосферным воздухом, вспыхивает самостоятельно, без внешнего источника пламени.

Температура самовоспламенения - при ней нагреваемый нефтепродукт, находясь в контакте с атмосферным воздухом, вспыхивает самостоятельно, без внешнего источника пламени.

Это значение зависит как от фракционного состава, так и от концентрации углеводородов той или иной группы.

---

При этом, чем ниже температура кипения конкретного продукта, тем он менее опасен в плане самовоспламенения. Также значение этого показателя снижается по мере увеличения средней молекулярной массы.

Например, температура самовоспламенения тяжелых остатков нефти – от 300-т до 500 градусов, а тот же показатель для бензиновых фракций – больше 500. Однако, если появляется источник пламени (огонь или искра), то взрыво- и пожароопасность легких фракций резко возрастает.

Температура застывания - характеризует потерю текучести при низкой температуре.

Чем больше в нефтепродукте парафинов – тем выше этот показатель. Кроме того, потеря текучести вещества может быть вызвана увеличением его вязкости при понижении температуры. Важный показатель для трубопроводной и иной транспортировки.

Температура помутнения - характеризует способность топлива при низких значениях температуры поглощать из воздуха влагу, что представляет особую опасность для авиационных видов топлива, в которых эта влага может превратиться в лед.

Температура начала кристаллизации - характеризует образование в нефтепродуктах кристаллических веществ. Для топлива, использующегося в двигателях карбюраторного и реактивного типа этот показатель не должен быть выше минус 60-ти градусов.

Физико-химические свойства газа.

Газ (газообразное состояние) — агрегатное состояние вещества, характеризующееся очень слабыми связями между составляющими его частицами (молекулами, атомами или ионами), а также их большой подвижностью.

Природный газ (Natural gas) - смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ - катагенетического преобразования органического вещества осадочных горных пород.

Наиболее распространенные инертные газы: Азот, Аргон, Гелий, Ксенон, Неон, Углекислый газ (CO2).

Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится:

в газообразном состоянии - он широко распространен и содержится в пластах горных пород в недрах земли:

в виде газовых залежей (отдельных скоплений, заключенных в «ловушке» между осадочными породами),

в виде газовых шапок в нефтяных месторождениях;

в растворенном состоянии - в нефти и воде;

в твердом состоянии - в виде газовых гидратов (т.н. «горючий лед») - кристаллических соединений природного газа и воды переменного состава. Газовые гидраты - перспективный источник топлива. [2]

---

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИРОДНОГО ГАЗА:

1. Газ – без цвета, вкуса и запаха. Неядовит, нетоксичен. Обладает удушающим действием, т.е. при утечках вытесняет кислород из объёма помещений;

Плотность газа – существенно зависит от давления и температуры. Она может измеряться в абсолютных единицах (г/см3, кг/м3) и в относительных. При давлении 0,1 МПа и температуре 0°С плотность газов примерно в 1000 раз меньше плотности жидкости и изменяется для углеводородных газов от 0,0007 до 0,0015 г/см3 (в зависимости от содержания в газе легких и тяжелых углеводородов).

Относительной плотностью газа – это отношение плотности газа при атмосферном давлении (0,1 МПа) и стандартной температуре (обычно 0) к плотности воздуха при тех же значениях давления и температуры.

Критическая температура – это температура выше которой газ не может быть превращен в жидкость не при каком давлении.

Критическое давление – это давление при котором с повышением температуры нельзя испарить жидкость

Коэффициент сверх сжимаемости – отношение числа молей реального и идеального газов при одних и тех же термобарических условиях (пластовой температуре и давлении)

Объемный коэффициент газа – это коэффициент уменьшения объема газа при переходе из поверхностных, в пластовые условия и определяется по формуле:



Пересчетный коэффициент – увеличение объема газа при переходе из пластовых условий в поверхностные, величина обратная объемному коэффициенту:



Вязкость – сила внутреннего трения, возникающая между двумя слоями газа, перемещающимися параллельно друг другу с различными по величине скоростями.

Физико-химические свойства воды.

Вода (химическая формула H₂O) - неорганическое, прозрачное, безвкусное, без запаха и почти бесцветное химическое вещество, являющееся основной составляющей гидросферы Земли и жидкостей всех известных живых организмов (в которых она выступает в качестве растворителя)

Пластовая вода – это залегающая в расщелинах, трещинах и подземных порах горных пород вода, а в нефтепромышленности – это вода, которая находится в нефтяном пласте, поэтому выражение «нефтяная вода» тоже будет являться верным.

---