Физико–химические свойства
насыщающих пласт жидкостей.
Состав нефти.
Состав нефти очень сложен и разнообразен и может заметно изменяться даже в пределах одной залежи. Пластовая нефть представляет собой большого кол-ва компонентов разного состава, отличающимися различными свойствами.
Основными элементами входящими в состав нефти являются углерод и водород. В большинстве нефтей содержание углерода достигает до С → 83...87 %, кол-во водорода Н2 → 12...14 %. Наиболее широко в нефти представлены УВ трех основных классов:
УВ метанового или парафинового ряда с общей химической формулой СnH2n+2 Среднее содержание которых → до 26 %
Полиметиленовые (нафтеновые) УВ СnH2n → до 52 %
Ароматические УВ СnHn → до 22 %
Для УВ метанового ряда: если число атомов С в молекуле не более 4 – х, то при атм. давлении они газообразны
С
Н4
- метан
С2Н6 – этан газы
С3Н8 - пропан
С4Н10 - бутан
При 5 – 16 атомов С – жидкости, а выше – твердые тела, парафины.
К кислородосодержащим компонентам нефти относятся нафтеновые и жирные кислоты, фенолы, кетоны и некоторые другие соединения. При взаимодействии со щелочами они образуют соли, хорошо растворимые в воде и обладающие поверхностно активными свойствами (ПАВы), поэтому нефти содержащие повышенное кол-во нафтеновых и жирных кислот на границе со щелочной пластовой водой обладают очень низкими поверхностными натяжениями
мН/м
это св-во учитывается при решении задач повышения нефтеотдачи пластов
- ф-ла Лапласа
σ – коэф-нт поверхностного натяжения
r – радиус капилляра
Pk – капиллярное давление
θ – гол смачивания
Лекция № 9
Значительно меньше в нефти других элементов: серы, кислорода, азота и т.д. Хотя эти соединения в нефтях представлены в незначительных кол-вах, тем не менее они существенно влияют на свойство нефти и закономерности ее фильтрации. Это объясняется сравнительно высокой поверхностной активностью этих соединений, т.к. в результате их адсорбции на поверхностях раздела (жидкость-жидкость, жидкость - газ) изменяются их свойства. С этими веществами связаны процессы, имеющие важное промысловое значение: образование и разрушение водонефтяных эмульсий, выделение из нефти парафина в поровых каналах и на эксплуатационном оборудовании.
В очень малых кол-вах к нефти присутствуют и др элементы, главным образом металлы: ванадий, хром, никель, железо, кобальт, магний, титан, натрий и кальций, а также германий, фосфор и кремний. При дегозации пластовой нефти выделяют ее газообразные составляющие: УВ-ые газы, неУВ газы, N, СО2, инертные газы: гелий и аргон.
Асфальтосмолистые и парафиновые вещества в составе нефти.
Асфальтены, смолы, парафины являются высокомолекулярными соединениями входящими в состав нефти. Содержание их нефти обуславливает многие физические параметры нефти.
Смолы : в состав смол входи очень большое кол-во элементов, но основными из них являются : С, Н, О, S, N. Выделенные их нефти смолы имеют мазеобразную консистенцию и темно-коричневый цвет. Плотность смол колеблется в пределах → 1000...1070 кг/м3. А их молекулярная масса может доходить до 1200. Смолы хорошо растворяются в жидких УВ, входят в состав дисперсной среды. Масса смол в нефтях различных месторождений колеблется от долей % до 40 %.
Асфальтены: по химическому составу близки к смолам, но отличаются более высокой молекулярной массой. Молекулярная масса доходит до 10...12 тыс. Выделенные из нефти асфальтены представляют собой твердое вещество черного цвета с плотностью ρа = 1000...1200 кг/м3. В нефтях массовое содержание асфальтенов доходит до 15 %. Асфальтены и смолы относятся к активным компонентам нефти. Асфальтены в нефти образуют коллоидную систему, в которой они являются дисперсной фазой, а остальные жидкие компоненты в нефти, УВ и растворенные в них смолы – дисперсионной средой. Асфальтены образуют в нефти ассоциаты молекул, которые стабилизированы адсорбционно сольватными слоями смол и нефтеароматическими УВ.
Ассоциаты (мицеллы, агрегаты) в свою очередь образуют пространственную структуру коагуляционного типа, обладающую тиксотропными свойствами.
Тиксотропия – способность нефти восстанавливать внутреннюю структуру после прекращения действия внешних сил.
Нефть, содержащая значительное кол-во асфальтенов проявляет аномалии вязкости. Ее вязкость из-за структуры образованиянепостоянна и зависит от действующего напряжения сдвига (градиента давления, перепада давления). При движении такой нефти в пористой среде имеются отклонения от закона линейной фильтрации Дарси:
Увеличение содержания асфальтенов и смол в нефти приводит к увеличению плотности и вязкости нефти.
Высокосмолистые дегазированные нефти в РБ имеют вязкость превышающую 200 МПа · с
Парафины: УВ метанового ряда, с содержанием атомов углерода до С16 и выше, выделенный из нефти парафин представляет собой белое вещество
ρn = 850...950 кг/м3 со средней молекулярной массой 400...430. Температура плавления в зависимости от состава нефти меняется в пределах от 40 до 1000 С, но чаще близка к 50 - 600 С. Содержание парафина в нефти колеблется от долей % до 28 %.
Сера: содержание серы в нефтях России достигает 6 % и более %. Причем сера присутствует в свободном виде, в виде сероводорода, но часто входит в состав сернистых соединений и смолистых веществ.
К сернистым соединениям относятся следующие сераорганические соединения :
1) меркаптаны – легко летучие жидкости, с чрезвычайно сильным отвратительным запахом. Не растворяются в воде и обнаруживают слабокислотные свойства. Являются очень вредной примесью, т.к. вызывает коррозию нефтепромыслового оборудования.
2) сульфиды – жидкие в-ва с неприятным запахом, по химическому составу нейтральны и нерастворимы в воде. Также не реагируют со щелочью.
Кроме того в нефти содержатся : дисульфиды, тиофены и тиофаны.
Физические свойства нефти.
Речь будет идти о пластовой и дегазированной нефти.
Пластовая нефть – неокисленная, содержащая растворенный газ и находящаяся под пластовым давлением и температурой.
Дегазированная нефть – при подъеме нефти на поверхность снижается давление и температура, из нефти выделяется газ. Нефть может вступать во взаимодействие с кислородом. Такую нефть называют дегазированной или устьевой трапной нефтью.