Физико-химические свойства нефти, газа и пород, слагающих нефтяные пласты

Состав нефти и газа.

Нефть и газ - это тоже горные породы, но не твердые, а жид­кие и газообразные. Вместе с другими горючими осадочными породами (торф, бурый и каменный уголь, антрацит) они образуют семейство каустобиолитов, т.е. горючих органических пород. Говоря о составе нефти, различают :

1) элементный,

2) фракционный и

3) групповой составы.

1) Основными ее элементами являются углерод (83-87 %) и водород (11 - 14%). Наиболее часто встречающаяся примесь сера (до 7 %), хотя во многих нефтях серы практически нет. Сера содержится в нефтях в чистом виде (самородная), в виде сероводорода или меркап­танов. Она усиливает, коррозию металлов. Азота в нефти не больше 1,7 %; он совершенно безвреден в силу своей инертности. Кислород встречается в нефти не в чистом виде, а в различных соединениях (кис­лоты, фенолы, эфиры и т.д.); его в нефти не более 3,6 %.

Из металлов в нефти присутствуют железо, магний, алюминий, медь, натрий, оло­во, кобальт, хром, германий, ванадий, никель, ртуть и другие. Содержание металлов столь мало, что они обнаруживаются лишь в золе, остающейся после сжигания нефти.

2)Фракционный состав нефти определяется при разделении соединений по температуре кипения. Фракцией (дистиллятом) на­зывается доля нефти, выкипающая в определенном интервале температур. Началом кипения фракции считают температуру паде­ния первой капли сконденсировавшихся паров. Концом кипения фракции считают температуру, при которой испарение фракции пре­кращается. Так, бензины выкипают в пределах 35...205 °С, керосины -150...315 ⁰С, дизельные топлива -180...350 °С, масла - 350 °С и выше.

3)Под групповым составом нефти понимают количественное соотношение в ней отдельных групп углеводородов и соединений. Углеводороды представляют собой химические соединения углерода и водорода. Они бывают: парафиновые, нафтеновые и ароматические.

Парафиновые углеводороды (метан, этан, пропан и т.д.) имеют химическую формулу С_пН_{2п +2}, (п - число атомов углерода). При п от 1 до 4 парафиновые углеводороды являются газами, при п от 5 до 15 - жидкостями, при п ≥16 - при обычных температурах твердыми веществами.

Природные газы делятся на три группы:

- газы, добываемые из чисто газовых месторождений;

- газы, добываемые из газоконденсатных месторождений;

- газы, добываемые вместе с нефтью из нефтяных месторож­дений.

Все газы представляют собой смеси парафиновых углеводо­родов с азотом, сероводородом, углекислым газом и другими компонентами, но в разных пропорциях. Газы чисто газовых место­рождений наиболее легкие, они на 90 % и более состоят из метана. Газы нефтяных месторождений (их также называют попутным нефтя­ным газом) наиболее тяжелые, метана в них от 30 до 70 %. Газы газоконденсатных месторождений несколько более тяжелы, чем газы чисто газовых месторождений, но легче, чем нефтяной газ; метана в них от 80 до 90 %. Природный: газ бесцветен, а при отсутствии в нем сероводо­рода - не имеет запаха.

Свойства нефтей в пластовых условиях весьма существенно отличаются от свойств на поверхности, вследствие большого содержания растворенного газа, а также влияния давления и температуры в недрах. Газосодержание в нефтях может достигнуть 300-500 м³ / м³ и более. Газосодержание 100-200 м³ / м³ - обычное для большинства нефтей.

Объемный коэффициент нефти (в) - отношение объема жидкости с растворенным в ней газом в пластовых условиях к объему этой же жидкости после дегазации. Известны нефти, объемный коэффициент которых превышает 3,5 - для пластовой воды 1,06.

Вязкость нефти зависит в основном от состава углеводородов нефти, температуры и количества растворенного газа. При большом газосодержании динамическая вязкость пластовой нефти может быть меньше вязкости воды ( при t = 20°C). Если , затрудняется извлечение нефти из пласта, в битуминозных породах может достигать (10-15) Па × с, в этом случае извлечь нефть можно лишь при воздействии на пласт теплоносителями.

Плотность пластовой нефти. Известны пластовые плотности нефти всего 0,3- 0,4 г/см³, но чаще всего значение ее в пластовых условиях находятся в пределах 0,5-0,8 г/см³.

Коэффициент сжимаемости для большинства нефтей лежат в диапазоне
(10 ¸ 50) × 10^-4 МПа^-1.

Свойства углеводородных газов.

Природные углеводородные газы представляют собой смесь предельных углеводородов, химическая формула которых имеет вид . Обычно основным компонентом является метан , его содержание достигает до 98%. Наряду с метаном в состав природных газов входят более тяжелые углеводороды: этан , пропан , бутан , пентан и другие, а также не углеводородные компоненты: азот , двуокись углерода , сероводород , гелий , аргон . Компонентный состав газов выражают в процентах или долях единицы по объему.