§ 3. Жидкое топливо Состав и свойства нефти

Нефть представляет собой вязкую маслянистую жидкость с характерным запахом. Цвет нефти (зависит от растворенных в ней смол) — черный, темно-бурый, иногда буро-зеленоватый. Встречается слабоокрашен­ная в желто-зеленый цвет и даже бесцветная нефть. Многие виды нефти флуоресцируют (легкие нефти све­тятся голубоватым, тяжелые — бурым и желто-бурым цветом). В воде нефть практически не растворима, но иногда образует с ней устойчивые эмульсии.

Плотность нефти колеблется от 730 до 1060 кг/м³. Нефть, плотность которой ниже 900 кг/м³, называется легкой (бензиновой), выше — тяжелой. Вязкость нефти при 20°C равняется 40—60 мм²/с, теплотворная способ­ность—40—46 МДж/кг. Температура кипения легкой нефти 50—100°C. Температура застывания зависит от содержания в ней твердых углеводородов и смолистых веществ и колеблется от 12 до 80°C, Электропроводность нефти чрезвычайно низка, но быстро возрастает с по­вышением температуры.

В химическом отношении нефть представляет собой смесь углеводородов и углеродистых соединений, а так­же кислорода, азота, серы и других элементов.

Различают элементарный, групповой и фракционный состав нефти.

Элементарный состав нефти (в процентах по массе): 83-87 % С, 12-14 % Н, 0,01-3,0 % N, 0,1—2,0 % О, 0,03-1,7 % S.

Групповой состав нефти (в зависимости от содержа­ния различных углеводородов): алканы (парафиновые углеводороды) — до 70 %; цикланы (нафтеновые угле­водороды) — до 75; арены (ароматические углеводоро­ды) — до 35 %; а также алкены и алкадиены.

Важным показателем химического состава нефти является ее фракционный состав. Он определяется раз­делением нефти по различной температуре кипения ее составных частей. Фракция нефти — это ее доля (группа углеводородов), выкипающая в определенном интерва­ле температур. Например, бензиновая, выкипающая при температуре до 200°C, лигроиновая — до 230°C, ке­росиновая — до 300°C и др.

Классификация и методы добычи нефти

В основе классификации нефти лежит ее химический состав.

По содержанию серы нефть подразделяется на три класса: I — малосернистая (не более 0,5 %S); II — сер­нистая (0,51 — 2,0 %S); III — высокосернистая (более 2,00% S).

В зависимости от потенциального суммарного содер­жания топлива (фракций, выкипающих до 350°C) нефть подразделяется на три типа (T₁, Т₂, T₃), для которых выход топливных фракций составляет соответственно не менее 45; 30—44,9; менее 30 %.

В зависимости от потенциального суммарного содер­жания базовых, дистиллятных и остаточных масел нефть делится на четыре группы (М₁ M₂, M₃, M₄). Для этих групп выход масел в пересчете на нефть составляет со­ответственно не менее 25; 15—25; менее 15 %, а в пе­ресчете на мазут при температуре свыше 350°C — не менее 45; 30—45; менее 30 %. Нефти с выходом масел более 20 % называются масляными.

По качеству получаемых масел различают нефть двух подгрупп (И₁, И₂), для которых индекс вязкости базо­вых масел соответственно более 85 и 40—85.

В зависимости от содержания парафина и возмож­ности получения топлива для реактивных двигателей, зимних или летних дизельных топлив и дистиллятных ба­зовых масел нефти делят на три вида (П₁, П₂, П₃). Со­держание парафина в каждой из них соответственно не более 1,5; 1,51—6,0; более 6,0 %.

По содержанию основного углеводородного компо­нента нефть подразделяется на метановую (парафино­вую), нафтеновую и ароматическую, по содержанию смол — на малосмолистую (до 8 %), смолистую (8—28 %} и сильносмолистую.

Кроме того, по месторождению нефть можно разде­лить на морскую и материковую. В настоящее время около одной трети всей нефти в мире добывается со дна морей, причем имеются возможности бурить подводные скважины на глубину до 2000 м. Почти вся добываемая в мире нефть извлекается из скважин, проходимых буре­нием. Лишь весьма незначительная часть нефти, в ос­новном высоковязкой, добывается через мелкие скважи­ны, закладываемые в горных выработках (шахтная до­быча нефти).

К основным методам скважинного способа добычи относится фонтанный, при котором нефть естественно фонтанирует через скважину, вытесняемая из залежи пластовым давлением, и механический — с применением различных механических устройств.

Наиболее распространенным в настоящее время яв­ляется механический метод добычи нефти. Его основные разновидности — компрессорный, штанговая и бесштан­говая глубинно-насосная эксплуатация.

Компрессорный метод предполагает подъем нефти энергией сжатого газа (газлифтный подъем) или воздуха (эрлифтный подъем), подаваемого в скважину специальными компрессорными станциями по системе воздухопроводов под давлением 0,8—7,0 МПа.

Штанговая глубинно-насосная эксплу­атация применяется в том случае, когда компрес­сорная эксплуатация нецелесообразна вследствие высо­кого удельного расхода воздуха, низкого коэффициента полезного действия и др.

При этом методе в скважину опускается насос, кото­рый приводится в действие электродвигателем через станок-качалку и колонну штанг. Производительность таких насосов — до 300 м³ нефти в сутки.

Бесштанговая глубинно-насосная эк­сплуатация применяется на высокодебитных и глу­боких скважинах. При этом в скопление нефти опускает­ся центробежный насос, приводимый в действие погру­женным электродвигателем (электропогружные центро­бежные насосы). Производительность таких насосов — до 2000—3000 м³ в сутки.

Относительно новым и высокоэффективным является метод законтурного заводнения пластов. Его сущность заключается в искусственном создании активного водо­напорного режима в пластах нефти посредством закачки воды через кольцо скважин по контуру нефтеносности. Образующееся давление обеспечивает естественное фонтанирование нефти.