Физико-химические свойства нефти, газа и воды УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ «Основы геологии нефти и газа» Учебный элемент «Физико-химические свойства нефти, газа и воды»
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Общие сведения НЕФТЬ • Сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей; • УВ источник для получения моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельнопечного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт); • УВ национальное богатство, источник могущества страны, фундамент ее экономики.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Происхождение нефти Теории Органические вещества, образовавшиеся после распада организмов растений и животных, живших на Земле миллионы лет назад, и явились источником ископаемых природных топливных материалов, которые мы сейчас используем. Образования нефти в результате длительного преобразования минералов под воздействием геологических процессов.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Общие сведения Важно понимать, что углеводороды не находятся под землей в виде озер нефти. Они скапливаются в геологической "ловушке". Нефтяная ловушка. Подробно Учебный элемент «Основы физики пласта» .
Физико-химические свойства нефти, газа и воды История использования нефти Нефть и битум (продукт выветривания нефти) известны с глубокой древности. Долгое время они служили лекарством от многих болезней, а также использовались для религиозных обрядов. Упоминания о битуме встречаются у древнегреческого историка Геродота и древнеримского инженера Витрувия. Американские индейцы собирали нефть для лекарственных целей. Первопоселенцы Америки обнаружили следы нефти, загрязнявшие источники воды, но научились собирать ее и использовать как горючее для светильников. Нефть знали и славяне, которые называли ее "ропа" или "ропянка". В России Нефть на реке Ухте, возможно, использовало как целебное вещество еще племя чудь. В Москву «горюча вода густа» с реки Ухты впервые была доставлена в конце XVI века.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Общие сведения Первая нефтяная скважина, пробуренная в августе 1859 года Эдвином Дрейком (Edwin Drake) в Пенсильвании, ознаменовала новую эру в истории человечества. Хотя есть сведения, что первая в мире нефтяная скважина была пробурена на Биби-Эйбате (вблизи Баку) в 1846 г. по предложению инженера горного ведомства Ф. А. Семенова. Возрастание диапазона способов использования нефти Изобретение двигателя внутреннего сгорания привело к тому, что бензиновая фракция нефти стала жизненно важна для работы транспорта. Расцвет авиации потребовал нового горючего, которое также наилучшим образом смогло быть выработано из нефти. В 1940 -х годах изобретение синтетических материалов (таких как нейлон и полиэтилен), производимых из нефти, привело к развитию индустрии производства пластмасс, для которой нефть и газ стали сырьем.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства нефти Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов с содержанием небольшого количества других химических веществ, таких как соединения серы, азота и кислорода. Нефть характеризуется Химическим составом Групповой углеводородный состав нефтепродуктов и примесей в них (сернистые, азотистые, кислородсодержащие соединения). Физическими свойствами Свойства нефти учитывающие физические ее характеристики, такие как фракционный состав, плотность, температуры вспышки, застывания и др. Фракционным составом Характеристика нефти с точки зрения пределов выкипания различных ее фракций и содержания этих фракций в нефти.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства нефти Элементный (химический) состав Характеризуется обязательным наличием пяти химических элементов - углерода, водорода, кислорода, серы и азота; при резком количественном преобладании первых двух - свыше 90% (углерод 83, 5 -87 % и водород 11, 5 -14 %), максимальное содержание остальных трех элементов может в сумме достигать 5 -8%.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства нефти Фракционный состав Фракциями называются соединения, испаряющиеся в заданном промежутке температуры. Пределы выкипания, С Фракция светлые дистилляты 140 (начало кипения) 140 -180 бензиновая фракция лигроиновая фракция (тяжелая нафта) 140 -220 (180 -240) 180 -350 (220 -350, 240 -350) керосиновая фракция дизельная фракция (легкий или атмосферный газойль, соляровый дистиллят) тёмные дистилляты (мазут и получаемые из него фракции) Топливо 350 -500 выше 500 вакуумный газойль (дистиллят) вакуумный остаток (гудрон) 300 -400 (350 -420) Масла легкая масленная фракция (трансформаторный дистиллят) 400 -450 (420 -490) средняя масленная фракция (машинный дистиллят) 450 -490 тяжелая масленная фракция (цилиндровый дистиллят)
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства нефти Физические свойства В СТАНДАРТНЫХ УСЛОВИЯХ плотность, молекулярная масса, вязкость, температура застывания и кипения В ПЛАСТОВЫХ УСЛОВИЯХ газосодержание, давление насыщения растворенным газом, объемный коэффициент, вязкость, коэффициент сжимаемости, коэффициент теплового расширения, плотность. Физические свойства нефтей в пластовых условиях значительно отличаются от свойств дегазированных нефтей. Отличия обусловлены влиянием высоких пластовых давлений, температур и содержанием растворенного газа.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства нефти Физические свойства Под плотностью пластовой нефти понимается масса нефти, извлеченной из недр с сохранением пластовых условий, в единице объема. Она обычно в 1, 2 -1, 8 раза меньше плотности дегазированной нефти, что объясняется увеличением ее объема в пластовых условиях за счет растворенного газа. Известны нефти, плотность которых в пласте составляет всего 0, 3 -0. 4 г/см 3. Ее значения в пластовых условиях могут достигать 1. 0 г/см 3 По плотности пластовые нефти делятся на: • легкие с плотностью менее 0. 850 г/см 3; • тяжелые с плотностью более 0, 850 г/. Легкие нефти характеризуются высоким газосодержанием, тяжелые - низким.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства нефти Физические свойства Вязкость пластовой нефти н, определяющая степень ее подвижности в пластовых условиях, также существенно меньше вязкости ее в поверхностных условиях. Это обусловлено повышенными газосодержанием и пластовой температурой. Давление оказывает небольшое влияние на изменение вязкости нефти в области выше давления насыщения. В пластовых условиях вязкость нефти может быть в десятки раз меньше вязкости дегазированной нефти. Вязкость зависит также от плотности нефти: легкие нефти менее вязкие, чем тяжелые. Вязкость нефти измеряется в м. Па с По вязкости нефти делятся на: незначительной вязкостью - н < 1 м. Па с; маловязкие 1< н 5 м. Па с; с повышенной вязкостью - 5< н 25 м. Па с; высоковязкие н > 25 м. Па с.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства нефти Физические свойства Газосодержание (газонасыщенность) пластовой нефти - это объем газа растворенного в 1 м 3 объема пластовой нефти: G=Vг/Vпл. н. (м 3/м 3 ) Газосодержание пластовых нефтей может достигать 300 -500 м 3/м 3 и более, обычное его значение для большинства нефтей 30 -100 м 3/м 3. Вместе с тем известно большое число нефтей с газосодержанием не выше 8 -10 м 3/м 3. Давлением насыщения пластовой нефти называется давление, при котором газ начинает выделяться из нее. Давление насыщения зависит от соотношения объемов нефти и газа в залежи, от их состава, от пластовой температуры.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства нефти Физические свойства Коэффициент сжимаемости (или объемной упругости) характеризует относительное приращение объема нефти при изменении давления на единицу. Объемный коэффициент пластовой нефти показывает, какой объем занимает в пластовых условиях 1 м 3 дегазированной нефти. Усадка нефти - уменьшение объема пластовой нефти при извлечении ее на поверхность. Коэффициент теплового расширения показывает, на какую часть первоначального объема изменяется объем нефти при изменении температуры на 1 °С. Оптические свойства нефти зависят от содержания в ней окрашенных веществ (смол, асфальтенов).
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства нефти Физические свойства Нефть может содержать: Воду Нефть добывается из скважин не в чистом виде, а виде смеси с пластовой водой и попутным газом. Парафин Механические примеси Серу Механические примеси нефти состоят из взвешенных в ней частиц твердых пород. Сера и ее соединения являются постоянными составляющими частями сырой нефти. При добыче парафинсодерж ащей нефти, на стенках труб, а также на деталях оборудования часто откладывается парафин.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства газа ГОРЮЧИЙ ГАЗ ( ГАЗ) • Природные углеводородные газы представляют собой смесь предельных углеводородов (УВ). Состояние: В пластовых (природных) условиях Находится в газообразной фазе (состоянии) в виде отдельных скоплений либо в растворенном в нефти или воде состоянии. В нормальных (стандартных) условиях Находится только в газообразном состоянии.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства газа Газ характеризуется Химическим составом Основным компонентом является метан СН 4. Наряду с метаном в состав природных газов входят более тяжелые УВ, а также неуглеводородные компоненты: v азот N, v углекислый газ СО 2, v сероводород H 2 S, v гелий Не, v аргон Аr. Физическими свойствами v Плотность v Объёмный коэффициент v Вязкость v Растворимость v Влагосодержание v И др.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства газа Физические свойства Плотность газа (ρг) – масса 1 м 3 газа при температуре 00 С и давлении 0, 1 МПа. (кг/м 3). На практике пользуются относительной плотностью газа (по отношению к воздуху), под которой понимают отношение массы единицы объема газа к массе единицы объема воздуха при одинаковых температуре и давлении. Плотность нефтяных газов колеблется от 0, 554 для метана до 3, 459 для гептана и выше. Объёмный коэффициент газа используется при пересчёте объёма газа в нормальных условиях на пластовые условия и наоборот (например, при подсчёте запасов).
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства газа Физические свойства Вязкость или внутреннее трение - сопротивление перемещению частиц под влиянием приложенной силы. Вязкость газов очень мала и не превышает 1*10 -5 Па, с повышением давления она увеличивается. Различают вязкость динамическую и кинематическую. При высоком давлении газ способен растворяться в нефти. Давление, при котором из жидкости начинает выделяться газ, называется давлением насыщения. Газовый фактор – количество газа, добываемого на 1 тонну нефти (м 3/т).
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства газа Физические свойства Влагосодержание природных газов связано с тем, что природные газы и газоконденсатные смеси контактируют с пластовыми водами различных форм и вследствие чего содержат определенное количество паров воды. Концентрация водяных паров в газе зависит от его состава, давления, температуры. Соединения: Конденсатом называют жидкую углеводородную фазу, выделяющуюся из газа при снижении давления. Гидраты представляют собой твёрдые соединения газа с водой (похожи на тёмный снег).
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства пластовой воды Пластовая вода ВОДА – неизменный спутник нефти и газа. В месторождении вода залегает в тех же пластах, что и нефтяная или газовая залежь, а также в собственно водоносных пластах (горизонтах). Виды пластовых вод: v подошвенные (вода, заполняющая поры коллектора под залежью); v краевые (вода, заполняющая поры вокруг залежи); v промежуточные (между пропластками); v остаточные (оставшаяся со времён образования залежи вода).
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства пластовой воды Пластовая вода характеризуется Химическим составом Состав пластовых вод разнообразен и зависит от природы эксплуатируемого нефтяного пласта, физикохимических свойств нефти и газа. В пластовых водах всегда растворено некоторое количество солей. Физическими свойствами v Плотность v Вязкость v Минерализация v Газосодержание v Растворимость в нефти v Поверхностное натяжение
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства пластовой воды Физические свойства Плотность пластовых вод сильно зависит от минерализации, т. е. содержания растворённых солей. В среднем плотность пластовой воды составляет 1010 -1210 кг/м 3. Вязкость воды в пластовых условиях зависит, в основном, от температуры и минерализации. От давления вязкость зависит слабо. Минерализация воды – содержание растворённых солей в г/л. Степень минерализации вод часто выражается их соленостью, т. е. содержанием растворенных в воде солей, отнесенных к 100 г раствора.
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Свойства пластовой воды Физические свойства Газосодержание пластовой воды – объем газа, растворенного в 1 м 3 объема пластовой воды. Растворимость газов в воде значительно ниже их растворимости в нефти. Растворимость воды в нефти. Вода, находясь в контакте с нефтью, частично в ней растворяется. Чем легче нефть, тем меньше в ней растворено воды. Чёткой границы вода-нефть не существует. Поверхностное натяжение пластовой воды, т. е. свойство ее противодействовать нормальным силам, приложенным к ее поверхности и стремящимся изменить ее форму, в значительной степени зависит от химического состава
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Какую опасность представляют нефть и газ? Опасные и вредные свойства нефти и входящих в ее состав легких и тяжелых углеводородных фракций: Ш взрыво- и пожароопасность нефтегазовой среды; Ш токсичность нефтегазовой среды; Ш химическая агрессивность отдельных фракций и компонентов нефтегазовой среды; Ш способность нефтегазовой среды проникать в закрытые полости и пространства, здания и сооружения, скапливаться в различных углублениях и распространяться на большие расстояния и площади по воздуху, земле и водной поверхности. ! ВНИМАНИЕ: Нефть и нефтепродукты относятся к горючим (сгораемым) веществам и способны возгораться от источника зажигания и продолжать самостоятельно гореть после удаления огня!
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Какую опасность представляют нефть и газ? Опасные свойства природного газа: Ш Опасным свойством природных газов является их токсичность, зависящая от состава газов. Ш Способность газов при соединении с воздухом образовывать взрывоопасные смеси, воспламеняющиеся от электрической искры, пламени и других источников огня. ! ВНИМАНИЕ: Самым опасным компонентом природного газа является сероводород! Токсичность . . . Сероводород может проникать через кожные поверхности и оказывать токсичное воздействие. . . Попадание в легкие может вызвать химическую пневмонию. . . Может содержать бензол, вызывающий у живых организмов нарушение крови: анемию и лейкемию. . . Признаками и симптомами нарушения центральной нервной системы при длительном вдыхании паров сырой нефти могут вызывать головную боль, бессонницу, тошноту, нарушение координации, конвульсии, потерю сознания и смерть…
Физико-химические свойства нефти, газа и воды Какую опасность представляют нефть и газ? Опасные свойства природного газа: Взрываемость Природные газы могут взрываться лишь при определенных пределах концентрации газа в газовоздушной смеси: от некоторого минимума (низший предел взрываемости) до некоторого максимума (высший предел взрываемости). При взрыве реакция в замкнутом пространстве (без доступа воздуха к очагу воспламенения взрывоопасной газовоздушной смеси) происходит очень быстро. ! ВНИМАНИЕ: Скорость распространения детонационной волны горения при взрыве (900— 3000 м/с) в несколько раз превышает скорость звука в воздухе при комнатной температуре! Сила взрыва максимальна, когда содержание воздуха в смеси приближается к количеству, теоретически необходимому для полного сгорания.
Скачать презентацию Физико-химические свойства нефти газа и воды УЧЕБНЫЙ МОДУЛЬ
1Физико-химические свойства нефти 1.ppt