Введение

Нефтеотдача при разработке нефтяных месторождений существенно за­висит от содержания в нефти высокомолекулярных компонентов - смол, асфаль-тенов и парафина. Нефти, содержащие в своем составе значительное количество высокомолекулярных компонентов, при определенных условиях обладают структурно-механическими свойствами. Вязкость таких нефтей является пере­менной величиной, зависящей от напряжения сдвига нефти, а в условиях фильт­рации в пласте - от градиента пластового давления. Для описания процессов фильтрации и вытеснения аномально вязких нефтей не пригодны обычные ме­тоды, разработанные применительно к нефтям, не обладающим структурно-механическими свойствами. В связи с открытием и вступлением в разработку залежей нефти с большим содержанием смол, асфальтенов и парафина исследо­вания особенностей фильтрации и изучение механизма нефтеотдачи пласта имеют важное теоретическое и практическое значение.

I. Теоретическая часть освоения курса «реология углеводородов»

1. Образование структуры в пластовой нефти

1. Состав пластовой нефти

При эксплуатации нефтяных скважин по пласту к их забоям движется так называемая пластовая нефть. Эта нефть имеет исключительно сложный состав. В ней методами химического анализа можно обнаружить значительную часть элементов периодической системы Д.И.Менделеева. Конечно, большинство из них содержится в нефти в очень малых количествах. Главными компонентами нефти являются: углерод - до 87%, водород - до 12%, кислород, азот, сера. Именно эти элементы образуют многочисленные соединения, отличающиеся многообразием свойств.

Значительную часть нефти составляют углеводороды - предельные (С_пН_2п+^, нафтеновые (С_пН_2п), ароматические (С„Н_2п.₂). Молекулярные массы углеводородов, входящих в состав нефти, самые разнообразные, как и их свой­ства. Основную массу составляют жидкие углеводороды. Но кроме них в нефти содержатся и твердые углеводороды - парафины. Парафины либо растворены в нефти, либо образуют коллоидный раствор или сравнительно грубую суспен­зию. Полностью в растворенном состоянии парафины находятся в пластовой нефти, когда пластовая температура выше температуры кристаллизации пара­фина.

Кроме жидких и твердых углеводородов в нефти содержатся и газообраз­ные углеводороды - от метана до бутана. Особенно много газообразных углево­дородов в пластовой нефти. Эти углеводороды растворены в нефти и выделяют­ся из нее лишь при снижении давления ниже давления насыщения.

Много в нефти и комплексных соединений. Среди них первое место по ко­личеству занимают смолы. Смолы состоят из углерода, водорода, кислорода, азота. В их состав входят также сера и ряд других элементов - ванадий, никель,железо, магний, но в очень небольших количествах. Смолы представляют собой вязкие жидкости коричневого цвета с различными оттенками. Плотность их около 1 и несколько выше. Молекулярная масса 800-1000. Смолы растворяются в жидких углеводородах - предельных, нафтеновых и ароматических.

Сходный со смолами состав имеют асфальтены - наиболее высокомолеку­лярные соединения нефти. В состав асфальтенов входят углерод, водород, ки­слород, азот, сера, но соотношения между количеством этих атомов иное, чем в смолах. Больше в асфальтенах содержится и таких элементов, как железо, вана­дий, никель и др. В специальной литературе указывается, что асфальтены пред­ставляют собой продукт конденсации молекул смол. У асфальтенов молекуляр­ная масса выше 1000. Асфальтены представляют собой черное твердое вещество с плотностью более 1.

Асфальтены не растворимы в предельных углеводородах, частично раство­римы в нафтеновых углеводородах и лучше растворяются в ароматических уг­леводородах. Из-за плохой, в общем, растворимости в углеводородах асфальте­ны нефти не образуют истинных растворов. Поэтому нефти, содержащие ас­фальтены, представляют собой коллоидные системы, дисперсной фазой которых являются частицы асфальтенов.

Содержание в нефти смол и асфальтенов может быть самым различным (табл. 1.1). Количество смол может доходить до 60% масс, а асфальтенов - до 16% масс. Известны нефти, в которых очень мало смол, а асфальтены отсутст­вуют. Это так называемые белые нефти, обнаруженные в свое время на Сура-ханском месторождении недалеко от г. Баку. В начале 60 гг. было открыто ме­сторождение такой нефти близ села Маркове в верховьях реки Лены.

Нефти месторождений Урало-Поволжья смолистые, в них количество смол доходит до 25%, а асфальтенов - до 10% масс.

Состав нефти определяет ее физические свойства - плотность и вязкость. Чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность и вязкость. Корреляционные зависимости между плотностью и содержанием в нефти смол и асфальтенов получены экспериментальным путем для нефтей различных рай­онов. Они приводятся во многих руководствах.

Асфальтены и смолы оказывают сильное влияние на вязкость нефти. Более того, нефть, содержащая значительное количество асфальтенов, имеет, как ока­залось, непостоянную вязкость. При большом количестве парафинов в нефти ее вязкость тоже оказывается переменной, зависящей от скорости сдвига. Эти осо­бенности реологических свойств нефти обусловлены коллоидным состоянием диспергированных в ней парафинов или асфальтенов.

К числу неуглеводородных компонентов нефти относится азот, который оказывается растворенным в пластовой нефти и часто в значительных количест­вах. Например, в пластовой нефти нижнего карбона Арланского месторожде­ния содержание азота доходит до 8-9 м³/т. Добытая из скважин нефть в газосе­параторах теряет большую часть свободного азота. Азот остается лишь в адсор­бированном состоянии на частицах асфальтенов.

В пластовых нефтях многих месторождений содержится незначительное количество двуокиси углерода.

Содержание пара	фина, асфальтенов и смол в не			-Таблица-1.1 фтях месторождений
Нефть месторождений *	Содержание, % вес
	Парафина		Смол силикагелевых		Асфальтенов
	пределы изме­нения	среднее содер­жание*	пределы изме­нения	среднее содер­жание	пределы изменения	среднее содержание
Башкирии	2,1-6,8	3,71	9,6 - 26,8	17,32	1,2 - 9,5	5,18
Татарии	3,3-5,1	4,12	5,1-15,1	11,19	1,8-7,4	4,22
Куйбышевской области	2,9- 10,2	5,74	2,3 - 32,8	8,61	0,1-18,1	2,52
Волгоградской области	0,8-8,51	4,26	2,0 - 13,0	6,47	0-1,8	0,71
Пермской области	2,0-10,4	4,61	2,9-29,1	13,50	0-8,9	2,90
Оренбургской области	1,9-7,1	4,47	2,9 - 24,8	13,32	0,2 - 24,0	3,63
Удмуртии	2,7 - 7,0	4,69	11,7-30,2	19,4	2,1 - 16,9	6,88
Астраханской области	3,8 - 26,0	14,77	2,8 - 10,4	5,88	0,1-2,5	1,22
Коми	1,4-7,9	4,03	5,0 - 29,4	4,62	0,1-3,7	1,56
Саратовской области	6,6-10,4	8,78	4,4 -9,5	7,5	0,2 - 0,6	0,47
Шаимского н/г района (Западная Сибирь)	0,2 - 7,8	4,57	0,4-10,9	5,72	0,3 - 4,5	1,22
Нижневартовского н/г района (Зап. Сибирь)	1,7-4,4	2,66	0,7-11,5	7,19	0,3 - 4,2	1,53
Казахстана (месторож­дение Узень)	15,7 - 28,6	18,10	0,3 - 3,3	1,59	12,8 -15,8	14,4 j|