Свойства нефти, газа, воды

Нефть – горючая, маслянистая жидкость, преимущественно темного цвета, представляет собой смесь различных углеводородов.

В нефти содержится 82¸87 % углерода, 11¸14 % водорода (по весу), кислород, азот, углекислый газ, сера, в небольших количествах хлор, йод, фосфор, мышьяк и т.п.

Свойства:

1) Основной показатель товарного качества нефти – плотность (r) (отношение массы к объему). Легкие нефти наиболее ценные.

По плотности нефти делятся на 3 группы:

- лёгкие нефти (с плотностью до 870 кг/м³) в общемировой добыче приходится около 60% (в России – 66%),

- средние нефти (871¸970 кг/м³) в России – около 28%, за рубежом – 31%;

- тяжёлые нефти (свыше 970 кг/м³) – соответственно около 6% и 10%.

2) Вязкость – свойство жидкости или газа оказывать сопротивление перемещению одних ее частиц относительно других. Зависит она от силы взаимодействия между молекулами жидкости (газа).

Пресная вода при температуре 20⁰С имеет вязкость 1 мПа·с, большинство нефтей, добываемых в России, - от 1 до 10 мПа·с. С увеличением содержания в нефти растворенного газа ее вязкость заметно уменьшается. Для большинства нефтей, добываемых в России, вязкость при полном выделении из них газа (при постоянной температуре) увеличивается в 2¸4 раза, а с повышением температуры резко уменьшается.

3) Цвет нефти - от светло-коричневого до темно-бурого и черного, плотность от 730 до 980¸1050 кг/м³ (плотность менее 800 кг/м³ имеют газовые конденсаты).

4) Испаряемость. Нефть теряет легкие фракции, поэтому она должна храниться в герметичных сосудах.

В пластовых условиях свойства нефти существенно отличаются от атмосферных условий.

Движение нефти в пласте зависит от пластовых условий: высокие давления, повышенные температуры, наличие растворенного газа в нефти и др. Наиболее характерной чертой пластовой нефти является содержание в ней значительного количества растворенного газа, который при снижении пластового давления выделяется из нефти (нефть становится более вязкой и уменьшается ее объем).

В пластовых условиях изменяется плотность нефти, она всегда меньше плотности нефти на поверхности.

При увеличении давления нефть сжимается.

5) Газосодержание – количество газа, содержащееся в одном кубическом метре нефти. Для нефтяных месторождений России газовый фактор изменяется от 20 до 1000 м³/т. По закону Генри растворимость газа в жидкости при данной температуре прямо пропорциональна давлению. Давление, при котором газ находится в термодинамическом равновесии с нефтью, называется давлением насыщения. Если давление ниже давления насыщения, из нефти начинает выделяться растворенный в ней газ. Нефти и пластовые воды с давлением насыщения, равным пластовому, называются насыщенными. Нефти в присутствии газовой шапки, как правило, насыщенные.

ГАЗ

Углеводородные газы нефтяных и газовых месторождений представляют собой газовые смеси, состоящие главным образом из предельных углеводородов метанового ряда, углекислого газа, азота, а в ряде случаев сероводорода и в небольших количествах редкого газа (гелий, аргон и др.)

Свойства:

1) Плотность газов существенно зависит от давления и температуры. Она может измеряться в абсолютных (г/см³, кг/м³) и относительных единицах. Относительной плотностью газа называют отношение плотности газа при атмосферном давлении (0,1 МПа) и стандартной температуре (обычно 0⁰С) к плотности воздуха при тех же значениях давления и температуры.

2) Растворимость углеводородных газов в жидкости при неизменной температуре.

На многих месторождениях природный газ первоначально существует в растворенном состоянии в нефти и выделяется из раствора только при снижении давления. Чем больше снижается давление, тем больше выделяется газа из раствора. То давление, при котором газ начинает выделяться из нефти, называется давлением насыщения нефти газом.

3) Вязкость нефтяного газа при давлении 0,1 МПа и температуре 0⁰С обычно не превышает 0,01МПа·с. С повышением давления и температуры она незначительно увеличивается. Однако при давлениях выше 3 МПа увеличение температуры вызывает понижение вязкости газа, причем газы, содержащие более тяжелые углеводороды, как правило, имеют большую вязкость.

4) Теплоемкость газа. Теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для нагревания единицы веса или объема этого вещества на 1⁰С.

5) Теплота сгорания газа (определяется количеством тепла, выделяющимся при сжигании единицы веса или единицы объема данного вещества) является основным показателем, характеризующим газ или топливо.

Если при постоянной температуре повышать давление какого-либо газа, то после достижения определенного значения давления этот газ сконденсируется (перейдет в жидкость). Для каждого газа существует определенная предельная температура, выше которой ни при каком давлении газ нельзя перевести в жидкое состояние (критическая температура).

Давление, соответствующее критической температуре - критическое давление.

Природные газы могут воспламеняться или взрываться, если они смешаны в определенных соотношениях с воздухом и нагреты до температуры их воспламенения при наличии открытого огня.

ВОДА

Вода, залегающая в одном и том же пласте вместе с нефтью или газом, называется пластовой. В нефтегазоносных залежах распределение жидкостей и газов соответствует их плотностям: верхнюю часть пласта занимает свободный газ, ниже залегает нефть, которая подпирается пластовой водой. Однако пластовая вода в нефтяных и газовых залежах может находиться не только в чисто водяной зоне, но и в нефтяной и газовой, насыщая вместе с нефтью и газом продуктивные породы залежей. Эту воду называют связанной (погребенной).

В процессе тектонических вертикальных перемещений горных пород (коллекторов нефти и газа) вода вытеснялась нефтью и газом не полностью, поэтому при вытеснении ее нефтью в процессе образования нефтяных залежей частично удерживалась в пластах в виде тончайших пленок на поверхности зерен песка или кальцита.

Пластовые воды обычно сильно минерализованы. Помимо минеральных веществ, в водах нефтяных месторождений содержатся некоторые минеральные вещества, углекислота, легкие углеводороды, нафтеновые и некоторые жирные кислоты.

Свойства:

1) Плотность воды зависит от степени ее минерализации и от температуры.

2) Коэффициент сжимаемости воды (изменение единицы объема ее при изменении давления на 0,1 МПа в пластовых условиях в зависимости от температуры и абсолютного давления). Содержание в воде растворенного газа повышает ее сжимаемость.

3) Растворимость газов в воде значительно ниже растворимости их в нефтях. Рост минерализации воды способствует уменьшению растворимости в ней газа.

4) В прямой зависимости от минерализации вод находится и электропроводность. Пластовые воды являются электролитом.

5) Воды нефтяных месторождений могут содержать бактерии органических веществ, которые придают различную окраску (розовую, красную, молочную).

6) Вязкость пластовой воды при20⁰С составляет 1мПа·с, а при 100⁰С – 0,284 мПа·с.