Температура застывания и плавления
Физические и химические свойства нефти.
Общие сведения.
Нефть и газ, угли и горючие сланцы, а также другие природные органические соединения составляют особую группу минеральных образований земной коры. Их называют горючими ископаемыми[1], или каустобиолитами (от греч. "каусто" — горючий, "биос" — жизнь, "литос" — камень).
Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов с содержанием небольшого количества других химических веществ, таких как соединения серы, азота и кислорода.
По внешнему виду это маслянистая, чаще всего черного цвета, жидкость, флюоресцирующая[2] на свету. Горит с выделением тепловой энергии.
Углеводороды различаются количеством атомов углерода в молекулах и типами соединения их с атомами водорода. В зависимости от молекулярной структуры углеводороды можно подразделить на соединения с неразветвленными цепями (прямые), с разветвленными и циклические. Существует два основных химических семейства углеводородов - предельные углеводороды, или парафины (по международной номенклатуре - алканы), и непредельные углеводороды, или олефины (по международной номенклатуре - алкены).
Молекулы углеводородов могут расщепляться на меньшие или соединяться, образуя более длинные молекулы. Можно менять их форму (тип соединения атомов) или модифицировать, присоединяя к ним другие атомы. Поэтому углеводороды являются очень полезным сырьем для производства других материалов.
|
|
|
Нефть, добытая в разных частях света, и даже с разных глубин одного и того же месторождения, различается по составу углеводородов и других компонентов. Именно поэтому типы нефти заметно отличаются друг от друга по внешнему виду и характеристикам - от светлых летучих жидкостей до густых темных масел, настолько вязких, что их с трудом удается выкачивать из пласта.
Химический состав – это в основном групповой углеводородный состав нефтепродуктов (содержание парафинов, нафтенов, ароматики и непредельных углеводородов) и примесей в них (сернистые, азотистые, кислородсодержащие соединения).
Физические свойства нефти – свойства нефти учитывающие физические ее характеристики, такие как фракционный состав, плотность, температуры вспышки, застывания и др.
Фракционный состав – характеристика нефти с точки зрения пределов выкипания различных ее фракций[3] и содержания этих фракций в нефти.
Примечание: нефть, попутный газ и пластовую воду называют ещё пластовыми флюидами.
Химический состав.
Нефть, получаемую непосредственно из скважин, называют сырой. Нефть из различных залежей отличается по химическому составу, поэтому практическое значение их неравнозначно.
|
|
|
Элементный состав нефти характеризуется обязательным наличием пяти химических элементов — углерода, водорода, кислорода, серы и азота; при резком количественном преобладании первых двух — свыше 90% (углерод 83,5-87 % и водород 11,5-14 %), максимальное содержание остальных трех элементов может в сумме достигать 5-8%.
Серав количестве от 0,1 до 1-2 % (иногда ее содержание может доходить до 5-7 %, во многих нефтях серы практически нет).
Азотв количестве от 0,001 до 1 (иногда до 1,7 %).
Кислород(встречается не в чистом виде, а в различных соединениях) в количестве от 0,01 до 1 % и более, но не превышает 3,6 %.
Всего из нефти выделено и идентифицировано более 500 индивидуальных химических соединений — углеводородных и гетероорганических. Главную часть нефти составляют углеводороды различные по своему составу, строению и свойствам, которые могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. Углеводородные соединения подразделяют на парафиновые (метановые, или алканы), нафтеновые (полиметиленовые, или цикланы), ароматические (арены) и смешанные.
Строение молекул определяет их химические и физические свойства.
В зависимости от количества атомов углерода в молекуле, углеводороды могут принимать одно из трех агрегатных состояний. Например, если в молекуле от одного до четырех атомов углерода (СН4 — С4Н10), то углеводород представляют собой газ, от 5 до 16 (С5Н16 — С16Н34) — это жидкие углеводороды, а если больше 16 (С17Н36 и т.д.) — твердые.
|
|
|
Гетероорганические соединения могут составлять 20-20 % сырой нефти. В их состав, кроме углерода и водорода, входят главным образом кислород, сера и азот.
В золе нефти обнаружены никель, ванадий, натрий, серебро, кальций, алюминий, медь и др. Количество золы, образующейся при сжигании нефти, невелико — обычно сотые доли процента.
Фракционный состав.
Важнейшим показателем качества нефти является фракционный состав.
Нефть является смесью нескольких тысяч химических соединений, большинство из которых - комбинация атомов углерода и водорода - углеводороды; каждое из этих соединений характеризуется собственной температурой кипения, что является важнейшим физическим свойством нефти, широко используемым в нефтеперерабатывающей промышленности. На каждой из стадий кипения нефти испаряются определенные соединения. Соединения, испаряющиеся в заданном промежутке температуры, называются фракциями, а температуры начала и конца кипения - границами кипения фракции или пределами выкипания.
|
|
|
Фракции, выкипающие до 350°С, отбирают при давлении, несколько превышающем атмосферное и называют светлыми дистиллятами (фракциями). Названия фракциям присваиваются в зависимости от направления их дальнейшего использования.
Фракция, выкипающая выше 350°С является остатком после отбора светлых дистиллятов и называется мазутом. Мазут разгоняют под вакуумом и, в зависимости от дальнейшего направления переработки нефти, получают топливо и масла.
Мазут и полученные из него фракции — темные дистилляты.
Таким образом, фракционирование — это разделение сложной смеси компонентов на более простые смеси или отдельные составляющие.
Нефть различных месторождений заметно отличается по фракционному составу, содержанию светлых и темных фракций. В легкой нефти обычно больше бензина, нафты и керосина, в тяжелых - газойля и мазута. Наиболее распространены нефти с содержанием бензина 20-30%.
Примечание: более детально с фракционным составом нефти можно ознакомиться в приложении № 1.
Физические свойства нефти.
Физические свойства нефтей в пластовыхусловиях значительно отличаются от свойств дегазированных нефтей.Отличия обусловлены влиянием высоких пластовых давлений, температур и содержанием растворенного газа, количество которого может достигать до 400 м3 на 1 м3 нефти.
Плотность.
Плотность r характеризует количества покоящейся массы, выраженной в единице объёма.
Единица плотности в СИ — кг/м3.
Плотность нефти при нормальных условиях колеблется от 700 (газовый конденсат) до 980 и даже 1000 кг/м3. По величине плотности нефти условно разделяют на три группы:легкие (820-860), средние (860-900) и тяжелые с плотность 900-950 кг/м3. Цифры в скобках характеризуют интервалы распределения функции плотности для нефтей месторождений Западной Сибири.
На практике пользуются относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20°С к плотности воды при 4°С.
Относительная плотность нефти чаще всего колеблется в пределах 0,82 — 0,92. Как исключение, встречается нефть плотностью меньше 0,77 (дистилляты естественного фракционирования нефти), а также тяжелые, густые асфальтоподобные нефти, плотность которых превышает 1 (остатки естественного фракционирования). Различия в плотности нефти связаны с количественными соотношениями углеводородов отдельных классов. Нефть с преобладанием метановых углеводородов легче нефти, обогащенной ароматическими углеводородами. Плотность смолистых веществ нефти выше 1, поэтому чем больше их в составе нефти, тем выше ее плотность.
Величины плотность нефти (ρн) и удельный вес нефти (dн) не всегда совпадают. Под удельным весомпонимается отношение веса нефти к весу воды того же объёма.
Плотность нефти зависит от соотношения количеств легкокипящих и тяжелых фракций. Как правило, в легкой нефти преобладают легкокипящие компоненты (бензин, керосин), а в тяжелых — тяжелые (масла, смолы), поэтому плотность нефти дает приближенное представление о ее составе.
В пластовых условиях плотность нефти меньше, чем на земной поверхности, так как в пластовых условиях нефть содержит растворенные газы.
Плотность используется при расчете массы продукта, занимающего данный объем, и, наоборот, объема продукта, имеющего определенную массу. Вследствие этого, данный показатель имеет особое значение при проведении операций купли-продажи для определения количества продукта на всем пути следования нефти и нефтепродуктов от места добычи до места переработки и от места переработки до потребителей.
Для определения плотности используют специальные приборы плотномеры(ареометр), принцип действия которых основан на законе Архимеда.
Температура кипения.
Температура кипения углеводорода зависит от его строения. Чем больше атомов углерода входит в состав молекулы, тем выше температура кипения. У нафтеновых и ароматических углеводородов (у которых атомы углерода соединены в циклы (кольца)) температура кипения выше, чем у метановых, при одинаковом количестве атомов углерода. Природная нефть содержит компоненты, выкипающие в широком интервале температур — от 30 до 600°С. Из нефти путем разгонки получают большое количество товарной продукции.
Температура застывания и плавления.
Температура застывания и плавления различных видов нефти неодинакова. Обычно нефти в природе в жидком состоянии, однако некоторые из них загустевают при незначительном охлаждении. Температура застывания нефти зависит от ее состава. Чем больше в ней твердых парафинов, тем выше температура ее застывания. Смолистые вещества оказывают противоположное влияние — с повышением их содержания температура застывания понижается.
Вязкость.
Вязкость– важнейшее технологическое свойство нефти. Величина вязкости учитывается при оценке скорости фильтрации в пласте, при выборе типа вытесняющего агента, при расчете мощности насоса добычи нефти и др. Вязкостью определяются масштабы перемещения нефти и газа в природных условиях, ее необходимо учитывать в расчетах, связанных с добычей этих полезных ископаемых.
Среди различных групп углеводородов наименьшую вязкость имеют парафиновые, а наибольшую — нафтеновые углеводороды. Чем больше вязкость нефтяных фракций, тем больше температура их вскипания.
Различают динамическую (абсолютную), кинематическую и относительную вязкость нефти.
Динамическая вязкость m выражается величиной сопротивления в Па к взаимному перемещению двух слоев жидкости с поверхностью 1 м2, при относительной скорости перемещения 1 м/с под действием приложенной силы в 1Н. По динамической вязкости расчетным путем определяют значения рациональных дебитов скважин.
Кинематическая вязкость n представляет собой отношение динамической вязкости к ее плотности при той же температуре. Единица кинематической вязкости в СИ — м2/с. Данные о кинематической вязкости используются в технологических расчетах.
Относительная вязкость выражается отношением абсолютной вязкости нефти к вязкости воды.
Вязкость "сырых" нефтей больше вязкости сепарированных. В пластовых условиях вязкость нефти может быть в десятки раз меньше вязкости сепарированной нефти.
Поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение определяется работой, которую нужно произвести, чтобы увеличить свободную поверхность жидкости на 1 см2, не меняя ее температуры. Выражается в СИ — Дж/м2.
Поверхностное натяжение является результатом действия молекулярных сил, которые у разных веществ разные. Силы сцепления молекул жидкости с молекулами твердого тела могут быть больше, чем силы сцепления между молекулами жидкости. Молекулярные силы сцепления между водой и породой больше, чем между нефтью и породой. Это может привести к вытеснению нефти водой из мелких пустот породы в более крупные, т. е. к миграции нефти в горных породах.
Добавляя в жидкость поверхностоно-активные вещества, можно изменять ее поверхностное натяжение.
Оптические свойства нефти.
Оптические свойства нефти также неодинаковы. Одной из качественных характеристик оптических свойств является цвет. В зависимости от состава нефти цвет меняется от черного и темно-коричневого до красноватого, желтого и светло-желтого. Углеводороды нефти бесцветны, цвет же обусловлен в основном содержанием в ней смолисто-асфальтеновых соединений (чем их больше, тем темнее нефть). Нефть при освещении не только отражают часть падающего на них света, но иногда и сами начинают светиться. Такое явление носит название люминесценции. Так, бакинская нефть, рассматриваемыая при дневном свете, характеризуется синеватым свечением, а грозненская — зеленоватым. Нефть содержит оптически активные вещества. При прохождении через них поляризованного луча плоскость поляризации смещается (почти всегда вправо по ходу луча). Носителями оптической активности нефти служат преимущественно полициклические нафтены. Нефть из более древних отложений менее оптически активна, нежели нефть из молодых отложений.
Электрические свойства.
Электрические свойства нефти играют особую роль. Нефть не проводит электрический ток, поэтому для обнаружения в разрезах скважин нефтеносных пластов используют электрические методы.
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1374; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!