2.1.5. Физические свойства нефтей

Плотность нефти составляет 700-1000 кг/м³ (при нормальных условиях). С повышением температуры плотность нефти уменьшается, поэтому для приведения ее к нормальным условиям вводят температурную поправку:

,

где a - коэффициент объемного расширения нефти (0,0006 < a < 0,0008).

Вводят также относительную плотность нефти:

Здесь - плотность нефти при 20 ⁰С, - плотность воды при 4 ⁰С. В США, например, температурный стандарт – 60 ⁰F (15,56 ⁰С).

Зависимость плотности нефти от давления (т.е. глубины залегания) - неоднозначна. Так, в 50-х годах Коренев исследовал 250 образцов нефти: в 70% с глубиной залегания плотность понижается, в 12% - повышается без какой-либо закономерности.

Вязкость.

1). Динамическая вязкость определяется, как известно, из уравнения Ньютона:

Здесь F – сила трения между слоями жидкости при ее движении;  - коэффициент динамической вязкости; dυ/dx – градиент скорости в направлении, перпендикулярном потоку жидкости; S – площадь соприкосновения слоев.

В системе единиц СИ коэффициент динамической вязкости имеет следующую размерность:

[m] = = Па ^. с.

Пользуются также внесистемной единицей: 1 Пз = 10^-1 Па ^. с, или 1 сПз = 1 м Па ^. с.

Величина, обратная динамической вязкости, называется

текучестью:

.

2). Кинематическая вязкость:

Коэффициент кинематической вязкости в системе СИ имеет размерность м²/с, в системе СГС измеряется в стоксах: 1 Ст = 10^-4 м²/с.

3). Относительная (условная) вязкость – показывает во сколько раз кинематическая вязкость нефти при 20⁰С больше вязкости воды при 4⁰С. Единицы измерения условной вязкости – градусы условной вязкости °ВУ_t, определяющее отношение времени истечения из вискозиметра 200 см³ нефти ко времени истечения 200 см³ воды при температуре 20 °С.

Связь между коэффициентом кинематической вязкости n и °ВУ_t выражается зависимостью:

.

В пластовых условиях физические свойства нефти существенно отличаются от поверхностных. Это связано с повышением давления и температуры, а главное – способностью нефти растворять в себе газ при высоких давлениях. Поэтому с увеличением давления вязкость нефти уменьшается за счет растворенного в ней газа (более подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже). С повышением температуры вязкость нефти уменьшается в соответствии с формулой Френкеля для однородной жидкости:

.

где ∆Е - энергия активация, необходимая для перехода частиц жидкости из одного состояния равновесия в другое; к – постоянная Больцмана, Т – абсолютная температура.

На практике, как правило, пользуются экспериментально определяемой зависимостью коэффициента динамической вязкости от температуры. Чаще всего это зависимость вида:

_,

где γ – показатель степени, характерный для данной конкретной нефти в измеренном диапазоне температур Т-Т₀; μ₀ - вязкость нефти при температуре Т₀.

2.1.6. Свойства природных газов

Газ в месторождении - это всегда смесь, которая характеризуется массовыми или молярными концентрациями компонентов.

Массовая концентрация какого-либо компонента:

, m_i – масса i-го компонента в смеси.

Молярная концентрация:

, n_i – число молекул i-го компонента в смеси.

Можно ввести и объемную концентрацию:

, где V_i –объем i-го компонента в смеси.

Но по закону Авогадро, равные объемы любых газов при постоянных давлении и температуре содержат одинаковое число молекул. Например, объем одного кмоля газа при Т=0 °C, P=1атм равен 22,4 м³, т.е. объем i-го компонента пропорционален числу его молей.

Следовательно, ,

т.е. объемный состав газа можно считать равным молекулярному.

Плотность газа может быть найдена по его средней молекулярной массе, которая определяется по молекулярному составу:

,

где М_i – молекулярная масса компонентов.

Или по массовому составу:

Тогда, плотность смеси газов при нормальных условиях равна:

.

Относительная плотность газа по воздуху:

Таблица 2.1.1

Относительная плотность газа по воздуху:

Газ	Воз-дух	Азот	СО2	Н2S	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н10
Dсм	1	0,97	0,518	1,191	0,55	1,038	1,52	2,0065

Из таблицы 2.1.1 видно, что некоторые газы (у которых D_см>1) могут накапливаться в оборудовании, что является взрывоопасным.

Экспериментально плотность газа r_газа определяют специальными газовыми пикнометрами по скорости истечения газа из малых отверстий, т.к. из кинетической теории газов следует, что , следовательно , где r₂ – искомая плотность, r₁ –, например, плотность воздуха. Т.к. скорость истечения обратно пропорциональна времени, то

, следовательно, , и .

В пластовых условиях необходимо пересчитать плотность газа на пластовое давление. Полагая газ идеальным, имеем:

.

Следует также иметь в виду, что для смеси идеальных газов справедливы законы Дальтона и Амага.

Закон Дальтона. Общее давление смеси газов, находящихся в определенном объеме, равно сумме парциальных давлений (которыми обладал бы каждый газ, если бы занимал тот же объем один):

,

где p – общее давление смеси газов; p_i – парциальное давление i –го газа в смеси.

Закон Амага выражает аддитивность парциальных объемов компонентов газовой смеси:

.