Какие свойства нефти являются наиболее важными для разработки

Физические свойства нефти, так же, как и её химические характеристики, изменяются в достаточно широком диапазоне, в зависимости от её состава. Например, консистенция этой жидкости меняется от легкой и газонасыщенной до тяжелой и густой, с высоким содержанием смол. Цвет этого полезного ископаемого также меняется от светлого, почти прозрачного, до темно-коричневого, почти черного.

Загрузка …

Эти нефтяные свойства определяет преобладание в составе этой углеводородной смеси либо легких низкомолекулярных соединений, либо сложно построенных тяжелых соединений с высокой молекулярной массой. Нефть и её применение для производства различных товаров, которые называются нефтепродукты, делают это полезное ископаемое важнейшим энергоносителем в современном мире.

Химический состав нефти

Химические свойства нефти и газа зависят от химической структуры их состава. Этот состав достаточно прост. Основные его элементы – это углерод (С) и водород (Н). Углерода в нефтях содержится от 83-х до 89-ти процентов, водорода – от 12-ти до 14-ти процентов.

Также в нефтях присутствует небольшое количество серы, азота и кислорода, а также примеси различных металлов. Соединения углерода и водорода называются углеводородами (СН).

Нефть – это горючая маслянистая жидкость, цвет которой варьируется от светло-желтого до черного, состав которой в основном представлен углеводородными соединениями.

Из курса школьной химии известно, что все химические элементы образуют между собой различные соединения, соотношения элементов в которых зависит от их валентности. К примеру, вода (Н2О) – это два одновалентых атома водорода и одни двухвалентный – кислорода.

Самый простой с химической точки зрения углеводород – это метан (СН4), который является горючим газообразным веществом, составляющим основу всех природных газов. Обычно в природном газе содержание метана составляет от 90 до 95 процентов и более.

За метаном следуют: этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12), гексан (С6Н14) и так далее.
Начиная с пентана, углеводороды из газообразного состояния переходят в жидкое, то есть – в нефть.

Углерод при соединении с водородом образует огромное количество соединений, различных по своему химическому строению и свойствам.

Для удобства все нефтяные углеводороды разделены на три группы:

Алканы (метановая группа) с общей формулой СnH2n+2. Эта группа представляет собой насыщенные углеводороды, поскольку все их валентные связи задействованы. С химической точки зрения они – самые инертные, другими словами – не способны вступать в реакции с другими химическими соединениями. Структура алканов может быть или линейной (нормальные алканы), или разветвленной (изоалканы).
Цикланы (нафтеновая группа) с общей формулой СnH2n. Их главный признак – пяти – или шестичленное кольцо, состоящее из атомов углерода. Другими словами, цикланы, в отличие от алканов, имеют замкнутую в цепь циклическую структуру. Эта группа тоже представляет предельные (насыщенные) соединения и в реакции с другими химическими элементами они также почти не вступают.
Арены (ароматическая группа) с общей формулой СnH2n-6. Их структура – шестичленные циклы, в основе которых лежит ароматическое бензольное ядро (С6Н6). Их отличает наличие между атомами двойных связей. Арены бывают моноциклическими (одно бензольное кольцо), бициклическими (сдвоенные кольца бензола) и полициклическими (кольца соединены по принципу пчелиных сот).

Нефть и природный газ веществами с постоянным и строго определенным химсоставом не являются. Это сложные смеси природных углеводородов, находящихся в газообразном, жидком и твердом состоянии. Однако эта смесь не является простой в привычном понимании. Ей ближе определение «сложный раствор углеводородов», где в качестве растворителя выступают легкие соединения, а растворенные вещества – это высокомолекулярные углеводороды (в том числе асфальтены и смолы).

Основное отличие раствора от простой смеси заключается в том, что компоненты, входящие его состав, могут вступать во взаимодействие друг с другом как с химической, так и с физической точки зрения, и приобретать в результате таких взаимодействий новые свойства, которых не было в первоначальных соединениях.

Основные физические характеристики нефти

Плотность

Физические свойства нефти достаточно разнообразны, но самым важным среди них является её плотность (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.

В нефтеносных коллекторах в нефти много растворенного газа, поэтому в природных условиях её плотность меньше (в 1,2 – 1,8 раза), нежели в добытом дегазированном сырье.

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

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).

Вязкость бывает динамической и кинематической.

Динамическая показывает значение силы сопротивления перемещению жидкостного слоя, площадь которого – один квадратный сантиметр, на 1 сантиметр при скорости движения 1 сантиметр в секунду. Кинематическая вязкость характеризует свойство нефти сопротивляться перемещению одной жидкой части относительно другой, учитывая при этом силу тяжести.

Поднятая на поверхность нефть по этому параметру делится на:

№	Полезная информация
1	маловязкую (вязкость – менее 5 мПа/с)
2	с повышенной вязкостью (от 5-ти до 25-ти мПа/с)
3	высоковязкую (большее 25-ти мПа/с)

Чем легче углеводородная жидкость, тем меньше значение её вязкости. В пласте этот параметр нефти в меньше (причем – в десятки раз), чем вязкость этой же нефти, поднятой на поверхность и дегазированной. Значение этого физического параметра велико, поскольку позволяет определить масштабы миграции в процессе формирования залежей.

Величину, обратную вязкости, называют текучестью.

Содержание серы в нефти

Это – 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).

Парафинистость

Эта важная характеристика нефти, которая напрямую влияет на технологии, применяемые при ее добыче, а также на её трубопроводную транспортировку. Парафинистость – это содержание в сырье твердых углеводородов, называемых парафинами (формулы – от С17Н36 до С35Н72) и церезинами (от С36Н74 до С55Н112).

Их концентрация в некоторых случаях доходит до 13-14 процентов, а, к примеру, нефть казахского месторождения Узень вообще имеет этот показатель на уровне 35-ти процентов. Чем больше парафинистость, тем труднее добывать и транспортировать сырье. Парафины отличаются способностью к кристаллизации, что приводит к их выпадению в твердый осадок, а это закупоривает поры в продуктивном пласте, появляются отложения на стенках НКТ, в задвижках и на прочем технологическом оборудовании.

По значению этого параметра нефть бывает:

малопарафинистая (< 1,5 процентов);
парафинистая (от 1,5 до 6-ти процентов);
высокопарафинистая (> 6-ти процентов).

Газосодержание

Этот параметр по-другому называется газовый фактор.

Он 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.

Давление насыщения

Этот параметр (давление, при котором начинается парообразование) является значение давления, по достижению которого из нефти начинает выделяться газ.

В естественных условиях продуктивного слоя это давление или равно внутрипластовому, иди меньше его. В первом газ полностью растворяется в жидкости, а во втором наблюдается газовая недонасыщенность.

Сжимаемость

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

Коэффициент сжимаемости учитывают на ранних этапах разработки, когда упругость газа и жидкости в пласте еще растрачена , вследствие чего играет в энергетике пласта существенную роль.

Коэффициент теплового расширения

Этот параметр показывает, как изменяется первоначальный объем сырья в случае изменения температуры на 1 градус Цельсия.

Его используют в процессе проектирования и практического применения методов теплового воздействия на продуктивные пласты.

Объемный коэффициент

Этот показатель характеризует – какой объем в коллекторе занимает кубометр дегазированного сырья, пока оно насыщено газом.

Значение этого показателя, как правило, больше единицы. Средние значения колеблются от 1,2 до 1,8, хотя могут доходить и до двух-трех единиц. Объемный коэффициент применяется в расчетах для определения количества запасов, а также при вычислении коэффициента нефтеотдачи продуктивного слоя.

Температура застывания

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

Чем больше в нефти твердых парафинов и чем меньше смол – тем выше этот показатель.

Оптические нефтяные свойства

Основным оптическим свойством этого вещества является его способность вращать вправо (изредка–влево) плоскость поляризованного светового луча.

Основные носители оптической активности в этом полезном ископаемом – молекулы ископаемых животных и растений, которые называются хемофоссилиями.

При облучении нефтей ультрафиолетом они начинают светиться, что говорит об их способности к люминесценции.

Легкие сорта «черного золота» люминесцируют в голубом и синем спектре, а тяжелые – в желтом и желтовато-буром.

YouTube responded with an error: Access Not Configured. YouTube Data API has not been used in project 122068193747 before or it is disabled. Enable it by visiting https://console.developers.google.com/apis/api/youtube.googleapis.com/overview?project=122068193747 then retry. If you enabled this API recently, wait a few minutes for the action to propagate to our systems and retry.

Список используемой литературы:

Нефть и Нефтепродукты — Википедия
Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
Эрих В.Н. Химия нефти и газа. — Л.: Химия, 1966. — 280 с. — 15 000 экз.

Источник

Нефть представляет собой горючую маслянистую жидкость, обладающую со специфическим запахом. Цвет – от светло-коричневого до темно-бурого.

Загрузка …

Согласно российскому госстандарту Р 51858-2002 нефть делится на:

сырую нефть, которая является природной ископаемой углеводородной смесью в жидкой форме, с широким физико-химическим составом; в ней также содержатся – вода, растворенный газ, набор минеральных солей и различные примеси механического характера; она выступает в качестве основного сырья при производстве жидких углеводородных энергоносителей (бензин, дизтопливо, мазут, керосин), а также смазочных видов масла, кокса и битума;
товарную нефть, представляющую собой нефть, которая подготовлена к поставке потребителям согласно требованиям действующих нормативов.

Химические свойства нефти

Химические свойства нефтепродуктов, если рассматривать их с точки зрения элементарного состава, во многом похожи, поскольку все эти вещества содержат углерод и водород. Эти два элемента образуют соединения различного строения.

Химический состав нефти

К ним относятся:

газы (углерод С1-С4);
углеводородные жидкости (С5-С16);
парафины (от С17).

Например, для производства моторных и смазочных масел используются соединения сразу 5-ти групп углеводородов, что позволяет получать нафтены большей плотности. С6H6, представляющие собой цепочку сразу из шести групп – это бензолы. Их плотность значительно больше, чем плотности воды, поэтому они используются как растворители.

Химия нефти – это сложная смесь органических углеводородных соединений, строение которых различно. В связи с этим, состав нефтей, добытых на разных месторождениях, зачастую сильно отличается.

Основные характеристики нефти и нефтепродуктов

Ими являются:

№	Полезная информация
1	плотность
2	вес (молекулярная масса)
3	вязкость
4	температуры вспышки, воспламенения и самовоспламенения
5	температуры застывания, помутнения и кристаллизации
6	электрические или диэлектрические характеристики
7	оптические характеристики
8	растворимость
9	растворяющая способность

Плотность

Плотность – это масса вещества, приходящаяся на единицу объема. Так как нефть в основном состоит из углеводородов, значение её плотности и плотности её фракций, как правило, меньше единицы.

Количественные показатели плотности, которую имеют нефтепродукты, следующие (в граммах на кубический сантиметр):

нефть – от 0,8 до 0,95;
бензиновые фракции – от 0,71 до 0,75;
керосины – от 0,75 до 0,78;
дизтоплива – от 0,8 до 0,85;
масляные фракции – от 0,91 до 0,98;
мазуты – примерно 0,95;
гудрон – от 0,99 до 1,0.

Плотность выше одного грамма на кубический сантиметр имеют нефтяные смолы.

Нефть обычно характеризуется так называемой относительной плотностью, которая представляет собой безразмерную величину, которая в числовом выражении равна массе нефтепродукта (при температуре её определения), деленной на массу дистиллированной воды (при температуре 4 градуса Цельсия) при равных объемах обоих веществ.

Согласно установленным ГОСТ-ом правилам, в РФ плотность определяют при 15-ти и 20-ти градусах Цельсия.

Приборами для определения плотности являются:

ареометры;
нефтеденсиметры;
гидростатические весы Мора-Вестфаля.

Существует еще пикнометрический метод определения плотности нефтепродуктов, который считается самым точным.

На величину численного значения плотности нефти существенно влияет её фракционный состав, присутствие растворенных в ней газов и концентрация смол.

Плотность является одним из нормируемых качественных показателей для нефти и нефтепродуктов.

Молекулярный вес ( масса)

Эта характеристика нефти и нефтепродуктов имеет только усредненное значение, которое зависит от их состава и соотношения их компонентов.

Первый жидкий углеводород – пентан, имеет значение молекулярного веса 72, а смолистые вещества – от полутора до двух тысяч условных единиц.

Как правило, большинство нефтей имеют значение этого параметра в диапазоне от 250-ти до 300-т условных единиц.

Чтобы максимально точно определить средний молекулярный вес нефтепродукта, используют экспериментальные данные, которые получают с помощью эбулеоскопического и криоскопического методов.

При проведении технологических расчетов этого показателя, пользуются специальными графиками, которые показывают зависимость среднего молекулярного веса либо от плотности продукта, либо от его средней температуры кипения.

Поскольку молекулярная масса нефти и нефтепродукта аддитивна, то есть получается сложением масс отдельных её компонентов, зная эти значения, а также процентное содержание компонентов в смеси, простым сложением молекулярных весов отдельных частей можно получить среднюю молекулярную массу всего нефтепродукта.

Вязкость

Зависит от фракционного и химического состава продукта. Вязкость бывает динамической и кинетической.

Динамическая вязкость по-другому называется внутреннее трение. Является свойством жидкости сопротивляться сдвигающим её усилиям, направленным по касательной. Этот показатель важен при расчете движения продукта.

Другое определение динамической вязкости – сопротивление, оказываемое жидкостью в случае относительного перемещения двух слоев.

Кинематическая вязкость является величиной, которая получается делением значения динамической вязкости на плотности продукта (при одинаковых температурах измерения).

Этот параметр для различных нефтей колеблется от 2-х до 300 сантистокс (при 20-ти градусах Цельсия). Средняя вязкость основного количества нефтей находится в пределах от 40-ка до 60-ти сантистокс.

Кинематическая вязкость – важнейшая характеристика смазочных масел, так как именно от её величины напрямую зависит способность смазки обеспечить нужный гидродинамический режим. Поэтому для смазочных масел этот показатель выступает главной нормирующей характеристикой.

Определяют кинематическую вязкость специальными приборами, называемыми вискозиметрами.

Чем больше молекулярный вес нефтяной фракции и температура её кипения, тем больше значение вязкости. Для сравнения скажем, что вязкость бензина при 20-ти градусах – около 0,6 сантистокс, а остаточных масел – от 300 до 400.

Вязкость масел не обладает аддитивностью, поэтому этот показатель для масляной смеси расчетным путем (средневзвешенная величина) определить нельзя. Чтобы получить значение этого параметра, используют специальные номограммы. По их кривым устанавливают, в каких пропорциях нужно смешивать компоненты, чтобы получить масла с определенной вязкостью.

Показатель вязкости находится в сильной зависимости от температуры. Чем она ниже – тем больше вязкость. С её повышением вязкость снижается. Так как многие виды масел и прочих нефтепродуктов применяются в широком температурном диапазоне, кривая вязкости является для этих веществ весьма важной характеристикой качества: чем более пологая кривая – тем качество продукта выше.

Температурно-вязкостные свойства масел оценивают по:

отношению вязкости при 50-ти градусах к вязкости при 100 градусах;
ТКВ (температурному коэффициенту вязкости);
индексу вязкости, который является условным показателем, сравнивающим исследуемое и эталонное масло. Рассчитывают его, как правило, по таблицам.

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 этом температурном значении нагреваемый нефтепродукт не только загорается от пламени, но и продолжает гореть не меньше 5-ти секунд.

Этот показатель всегда выше, чем значение температуры вспышки, причем, чем более тяжелая фракция – тем разница больше. Если в маслах присутствуют летучие примеси, то эти два показателя сближаются.

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.

Самый высокие значения этого показателя характерны для углеводородов ароматической группы.

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 транспортировке.

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.

Электрические и диэлектрические характеристики

Чистым безводным нефтяным продуктам свойственна очень низкая электропроводность, что позволяет применять, например, твердые парафины в качестве изоляторов, а некоторые виды нефтяных масел (трансформаторное, конденсаторное, изоляционное) – для использования в электротехнической аппаратуре и в кабелях высокого давления.

Оптические свойства нефти

К ним относятся:

цвет нефти и нефтепродукта;
флуоресценция (свечение в отраженном свете; ликвидируется очисткой);
оптическая активность (способность изменять плоскость поляризации вращением в правую сторону; практического применения нет).

Оптические свойства нефти и её производных характеризуют:

показатель преломления;
удельная рефракция;
рефрактометрическая разность;
удельная дисперсия.

Растворимость

Углеводороды практически не растворяются в воде.

Растворяющие свойства

В сырой нефти и в жидких углеводородах хорошо растворяются такие вещества, как сера и её соединения, йод, смолы, а также жиры растительного и животного происхождения.

Это свойство нашло широкое техническое применение в нефтехимии. Большинство растворителей, применяемых в различных отраслях промышленности, сделаны на основе нефтепродуктов.

В нефти хорошо растворяется воздух и различные газы (углерод, сероводород и так далее).

Опасные свойства нефтепродуктов:

легковоспламеняемость;
горючесть;
взрывоопасность;
испаряемость.

Список используемой литературы:

Нефть и Нефтепродукты — Википедия
Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
Эрих В.Н. Химия нефти и газа. — Л.: Химия, 1966. — 280 с. — 15 000 экз.

Источник