Состав и свойства нефти и газа

При анализе нефтей различают элементарный состав, групповой и фракционный.

Элементарный состав нефти: углерода С=84—88%, водорода Н=12—14%, в сумме содержание кислорода, серы и азота O+S+N составляет 1—2%. Содержание металлов в нефти менее 1% (ва­надий, никель, свинец, железо и др.).

По групповому составу в нефти выделяются следующие груп­пы углеводородов (УВ): 1) УВ метанового (парафинового) ряда с формулой С_пН_2п+2 (предельные УВ). Эту группу составляют ал-каны, парафины. 2) УВ нафтенового ряда с формулой С Н (не­предельные УВ), называемые циклопарафинпми, цикланами. 3) Ароматические или бензольные УВ — циклического строе­ния, называемые аренами. 4) Кислородные, сернистые и азоти­стые соединения, называемые гетероэлементами. К ним отно­сятся нафтеновые и жирные кислоты, фенолы, эфиры, тиофан, пиридин. Указанные высокомолекулярные соединения входят в состав асфальтово-смолистой части нефти. Чем больше гетероэлементов в нефти, тем более густой и вязкой она является, тем сложнее ее извлекать (поднимать на поверхность).

Фракционный состав нефти — выделение фракций по темпера­туре выкипания. Фракция, выкипающая до 60°С — петролейный эфир, до 200°С — бензиново-лигроиновая, от 200 до 300°С — ке-росино-газойлевая фракция, от 300 до 350°С — соляровая фрак­ция, выше 350°С остается мазут.

Таким образом, нефть имеет сложный химический состав и представляет собой смесь различных углеводородных соедине­ний, а также в небольших количествах примесь металлов (V, Ni, Pb, Fe и др.)

Метановые УВ в природных условиях могут входить в состав нефти и газа, а по физическому состоянию могут относиться к газам, жидкостям и твердым веществам. Метановые УВ от СН₄ до С₄Н₁₀ — газы, от С₅Н_П до С₎₆Н_ЗЛ — жидкости, от С₁₇Н₃₆ до С₃₅Н₇₂ — твердые вещества, называемые парафинами или цере­зинами. Иногда в нефти присутствует большое количество пара­финов (20-30%).

Простейшие нафтеновые и ароматические УВ-жидкие, а бо­лее тяжелые, состоящие из двух-трех колец, — твердые при ком­натной температуре.

В состав природных газов входят: простейшие метановые УВ, в том числе предельные: метан СН₄, этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н_|0 и в небольших количествах непредельные УВ: эти­лен С₂Н₄, пропилен С₃Н₆ и др. Кроме УВ в состав газов входят: С0₂, N₂, Н₂, H₂S, Не, Аг и др.

Редко в природных газах встречается ртуть, например, на мес­тоскоплений Слохтерен в Нидерландах (запасы составляют 340 т).

По товарным качествам (по ГОСТу) нефти подразделяются на классы — по содержанию серы: малосернистые — серы до 0,5%, высокосернистые — более 0,5%; на подклассы — по содер­жанию смол: малосмолистые — менее 8%, смолистые — от 8 до 28%, сильно смолистые — более 28%; на типы — по содержанию парафина: беспарафинистые — до 1%, слабопарафинистые — от 1 до 2%, парафинистые — более 2%.

Газы классифицируются по содержанию в них паров бензи­на (в г на I м³ газа): более 201 — газы жирные, 101—200 — полужирные, 11 — 100 — тощие, до 10 — сухие. Попутные сухие газы, которые добываются на нефтяных местоскоплениях с тя­желыми нефтями, имеют содержание метана более 50%, а жирные газы, которые добываются с легкими нефтями, содержат метана менее 50%.

Конденсат — смесь жидких УВ с газом в пластовых условиях. Сырой конденсат — УВ в стандартных условиях, находящиеся в жидком состоянии с растворенными в них газами. Конденсат, состоящий только из жидких УВ (от пентанов и выше) при стан­дартных условиях, называют стабильным. До 200°С выкипает 60— 80% конденсатов, но есть такие, конец кипения которых лежит в пределах 350—500°С. Наличие высококипящих УВ в конденса­тах отличает их от выделяемых из попутных газов газовых бензи­нов, имеющих конец кипения не выше 130—160°С. Конденсат-ность — содержание жидких УВ в газе в пластовых условиях (см³/м³, г/м³).

По физическим свойствам нефти и газа можно выделить не­которые общие свойства, а также — специфические, характер­ные либо только для нефти, либо только для газа.

Из общих свойств выделим: плотность, теплоту сгорания, ра­створимость.

Плотность (г/см³, кг/м³) — масса единицы объема. Для нефти она рассчитывается при Т = 20°С и сравнивается с плотностью дистиллированной воды того же объема при Т = 4°С. Значения плотности для нефти колеблются от 0,760 до 1,00 г/см³.

Плотность для газа рассчитывается как относительная плот­ность по воздуху (плотность воздуха = 1,293 кг/м³). Плотность газа составляет 0,573—0,835 кг/м³.

Теплота сгорания или теплотворная способность (ккал, кДж) для нефти — это количество теплоты, выделяемой 1 кг при сго­рании до конца (до С0₂+ Н₂0), и составляет 10 500—10 900 ккал. Для газа — эта величина значительно выше — в среднем 35 160 ккал. Теплота сгорания для газа — количество теплоты, выделя­емой 1м³ газа при полном сгорании.

Растворимость — объединяющее свойство, хотя имеет неко­торые различия. Нефть в воде растворяется очень плохо, но хо­рошо — в органических растворителях, в жирных попутных га­зах, в углекислом газе (С0₂).

Газ хорошо растворяется в воде, в нефти, в органических ра­створителях.

Специфические свойства, характерные только для нефти: вяз­кость, люминесценция, оптическая активность, диэлектричес­кие свойства (включая нефтепродукты), тепловое расширение.

Вязкость нефти — способность оказывать сопротивление пе­ремещению частиц под влиянием действующих на них сил (еди­ницы измерения сп или Пас (1сп = 0,001 Пас)). Вязкость обус­ловлена групповым УВ составом, количеством и строением гете-роэлементов (О-, S- и N-соединений), содержанием твердого па­рафина. Чем больше ароматических и нафтеновых УВ и гетеро-элементов, тем больше молекулярный вес и больше вязкость нефти.

Вязкость зависит от температуры, при этом она снижается при повышении температуры. Легкие нефти с небольшим содер­жанием парафина, как правило, — маловязкие, что облегчает их извлечение на поверхность.

Люминесценция нефти — способность светиться (холодным) свечением под действием разных причин, в том числе, под дей­ствием дневного света.

Оптическая активность нефти — способность вращать плос­кость поляризации светового луча и почти всегда вправо. Угол вращения от 0,!0 до нескольких градусов.

Нефть и нефтепродукты не проводят электрический ток, т.е. они являются диэлектриками, поэтому используются в промыш­ленности для изготовления различных изоляторов.

Тепловое расширение нефти — способность увеличиваться в объеме при нагревании.

Специфические свойства газа: гидратообразование и сорбция.

Гидратообразование газа — образование кристаллогидратов газа (клатратов) при низких температурах и при наличии воды. Кри­тическая температура гидратообразования для: метана — 21,5°С, этана — 14,5°С, пропана — 5,5°, изобутана — 2,5°, н-бутана 1°С. Начиная с пентанов УВ гидратов не образуют. Разное количе­ство молекул воды присоединяется к молекуле газа при образо­вании кристаллогидратов, например, СН₄-7Н₂0, С₂Н₆8Н₂0, С₃Н₈-18Н₂0ит. д.

Скопления кристаллогидратов газа выявлены в условиях вечной мерзлоты при глубине промерзания 500—700м и даже 1000 м.

Сорбция газов — их способность поглощаться твердыми или жидкими поглотителями (сорбентами). К сорбентам относятся: уголь, силикагель и др. На этой способности газов основан хро матографический метод раздельного определения различных групп УВ.

На ряде нефтяных местоскоплений наблюдается ретроградная конденсация, т. е. обратная растворимость. Она заключается в следующем. При повышении давления часть газа растворяется в нефти. При дальнейшем повышении давления жидкость перехо­дит в газ. Явления перехода газа при повышении давления через жидкую фазу в парообразную и вновь при падении давления — в жидкую получили название ретроградных.

Дата добавления: 2014-01-05