Материал: Физика пласта. учебное пособие. Булыгин Ю.А

имеет большое значение при эксплуатации нефтяных месторождений с высоким содержанием парафина.

Давление, при котором весь газ растворяется в жидкости, т.е. переходит в жидкое состояние, называется давлением насыщения. Если пластовое давление меньше давления насыщения, то часть газа находится в свободном состоянии, залежь имеет газовую шапку. Если пластовое давление больше давления насыщения, то говорят, что нефть недонасыщена газом. Давление насыщения может соответствовать пластовому, при этом нефть будет полностью насыщена газом.

Давлением насыщения пластовой нефти называют максимальное давление, при котором газ начинает выделяться из нефти при ее изотермическом расширении в условиях термодинамического равновесия.

Давление насыщения зависит от соотношения объемов нефти и растворенного газа, их состава и пластовой температуры. С увеличением молекулярной массы нефти (плотности) этот параметр увеличивается. Чем больше в составе газа компонентов, плохо растворимых в нефти, тем больше давление насыщения. Особенно высоким давлением насыщения характеризуются нефти, в которых растворено значительное количество азота. С понижением температуры давление насыщения может значительно увеличиться.

80

9. СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ

Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений, преимущественно углеводородов, их производных и гетероатомных соединений. Свойства нефтей различных месторождений и даже различных пластов одного месторождения отличаются большим разнообразием.

По консистенции нефти различаются от легко подвижных до высоковязких (почти не текучих) или застывающих при нормальных условиях. Цвет нефтей меняется от зеленовато-бурого до черного.

В нефти содержатся следующие классы углеводородов.

Парафиновые углеводороды (алканы) – насыщенные

(предельные) углеводороды с общей формулойСnH2n 2 . Их содержание составляет 30-70 %. Различают алканы нормального строения (н-алканы – пентан и его гомологи), изостроения (изоалканы – изопентан и др.) и изопреноидного строения (изопрены – пристан, фитан и др.). В нефти присутствуют газообразные алканы от С1 до С4 (в виде растворенного газа), жидкие алканы С5 – С16 составляют основную массу жидких фракций нефти, твердые алканы С17 – С53, входящие в тяжелые нефтяные фракции – парафины.

Нафтеновые углеводороды (циклоалканы) –

насыщенные глициклические углеводороды. К ним относятся моноциклические с общей формулойСnH2n , бициклические -

75 % и растет по мере увеличения молекулярной массы нефти.

Ароматические углеводороды (арены) – соединения, в

молекулах которых присутствуют циклические π-сопряженные системы. Содержание их в нефти изменяется от 10 до 50 %. К ним относятся представители моноциклических: бензол и его

81

гомологи (толуол, о-, м-, п-ксилол и др.), бициклические: нафталин и его гомологи, тетрациклические: пирен, его гомологи и др.

Гибридные углеводороды (церезины) – углеводороды смешанного строения: парафино-нафтенового, парафиноароматического, нафтено-ароматического. В основном это твердые алканы с примесью длинноцепочечных углеводородов, содержащих циклановое или ароматическое ядро. Они являются основной составной частью парафиновых отложений в процессах добычи нефтей.

Гетероатомные соединения – углеводороды, в состав молекул которых входят кислород, сера, азот, металлы.

1.кислородсодержащие – фенолы, нафтеновые кислоты, жирные кислоты – от 0,1 до 1 %;

2.серосодержащие – меркаптаны, сульфиды, тиофены – от 0,1 до 1 – 6 %;

3.азотсодержащие – амины, пиридин, хинолин, пирролы и их производные – от 0,02 до 0,4 – 1 %;

4.порфирины – имеют структуру, в основе которой расположены четыре пиррольных кольца, координационно соединенные с атомами ванадия, никеля, – меньше 1 %;

5.смолы и асфальтены – высокомолекулярные соединения, содержащие два и более гетероатома, – от 1 до

35 %.

Подавляющая часть гетероатомных соединений

содержится в наиболее высокомолекулярных фракциях нефти, выкипающих выше 300 °С. В нефтях Западной Сибири на них приходится до 15 %.

В малых количествах содержатся минеральные вещества и вода.

Фракционный состав нефти отражает содержание соединений, выкипающих в определенных интервалах температур. Нефти выкипают в очень широком интервале температур – 28 – 540 °С.

82

Различают следующие основные фракции нефти: 28 – 180 °С – широкая бензиновая фракция; 140 – 200 °С – уайт-спирит; 180 – 320 °С – широкая керосиновая фракция;

150 – 240 °С – осветительный керосин;

180 – 280 °С – реактивное топливо; 140 – 340 °С – дизельное топливо (летнее);

180 – 360 °С – дизельное топливо (зимнее); 350 – 500 °С – широкая масляная фракция; 380 – 540 °С – вакуумный газойль.

Фракционирование осуществляется на установках АВТ

– атмосферно-вакуумная трубчатка.

9.1. Физико-химические свойства нефти

Плотность характеризует количество покоящейся массы, выраженной в единице объема:

Относительная плотность – это отношение абсолютной плотности нефти ρн к плотности воды ρв при 4 °С:

о н .

в

Плотность ρн и удельный вес γн не всегда совпадают. Под удельным весом понимается отношение веса нефти к весу воды того же объема. Обычно плотность сепарированных

кг

нефтей колеблется в пределах 820 – 950 м3 . Нефти условно различают по величине плотности:

83

кг

легкие (820 – 860 м3 ),

кг

средние (860 – 900 м3 ),

кг

тяжелые (900-950 м3 ).

Чем меньше плотность нефти, тем выше выход светлых фракций. С возрастанием температуры плотность сепарированных нефтей уменьшается, а с увеличением давления возрастает.

Плотность пластовой нефти зависит от состава нефти, давления, температур, количества растворенного газа. Здесь с увеличением пластового давления плотность нефти уменьшается до давления насыщения за счет увеличения количества растворенного газа. Не все газы, растворяясь в нефти, одинаково влияют на ее плотность. С повышением давления плотность нефти значительно уменьшается при насыщении ее углеводородными газами, а при насыщении азотом или CO2 несколько возрастает. С повышением температуры в области давлений меньше давления насыщения плотность пластовых нефтей будет возрастать.

В залежи величина плотности возрастает от купола к крыльям и к подошве.

Вязкость - одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. Величина вязкости учитывается при оценке скорости фильтрации в пласте, при выборе типа вытесняющего агента, при расчете мощности насоса добычи нефти и др.

Нефть – неидеальная система. С точки зрения физики углеводороды и гетеросоединения взаимодействуют друг с другом. С точки зрения математики все наблюдения макрохарактеристики нефтяных систем нельзя рассчитывать

84