1. Состав пластовой нефти

При эксплуатации нефтяных скважин по пласту и 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 содержатся 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, нафтеновые, ароматические. 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 также входят 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, кислород, 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. 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 Сураханском месторождении недалеко от г.Баку. В начале 60-х гг. было открыто месторождение такой нефти близ села Марково в верховьях реки Лены.

Нефти месторождений Урало-Поволжья смолистые, в них количество смол доходит до 25%, а асфальтенов – до10% 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 о 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.