Нефть, природный газ и пластовая вода
Разработка нефтяных и газовых месторождений – это научнообоснованный процесс извлечения углеводородов и сопутствующих их полезных ископаемых. Наука РНГМ тесно связана и включает в себя региональную геологию, гидрогеологию, геофизику, подземную гидромеханику, скважинную добычу, сбор, транспортировку и подготовку, хранение углеводородов и отраслевую экономику.
Нефть
Общий состав • Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80— 90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4— 5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C 1 -C 4, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0, 1— 4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др. механические примеси.
Углеводородный состав • Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие — H 2 S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические и т. п. (70— 90 % концентрируется в остаточных продуктах — мазуте и гудроне); азотсодержащие — преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжёлых фракциях и остатках); кислородсодержащие — нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и др. вещества (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях). Элементный состав (%): 82 -87 C; 11 -14, 5 Н; 0, 01 -6 S (редко до 8); 0, 001 -1, 8 N; 0, 005— 0, 35 O (редко до 1, 2) и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так, наряду с упомянутыми, в нефти присутствуют V(10− 5 — 10− 2%), Ni(10− 4− 10− 3%), Cl (от следов до 2· 10− 2%) и т. д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только условно.
Физические свойства. • Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса 220— 300 г/моль (редко 450— 470). Плотность 0, 65 — 1, 05 (обычно 0, 82— 0, 95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0, 83, называется лёгкой, 0, 831— 0, 860 — средней, выше 0, 860 — тяжёлой. Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления. Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °C, реже ≥ 100 °C в случае тяжёлых не фтей) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450— 500 °C (выкипает ~ 80 % объёма пробы), реже 560— 580 °C (90— 95 %). Температура кристаллизации от − 60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже). Вязкость изменяется в широких пределах (от 1, 98 до 265, 90 мм²/с для различных не фтей, добываемых в России), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). Удельная теплоёмкость 1, 7— 2, 1 к. Дж/(кг∙К); удельная теплота сгорания (низшая) 43, 7— 46, 2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2, 0— 2, 5; электрическая проводимость [удельная] от 2∙ 10 -10 до 0, 3∙ 10 -18 Ом-1∙см-1.
Природный газ
Природный газ - смесь газов. Компонентами природного газа являются углеводороды парафинового ряда: метан, этан, пропан, изобутан, а также неуглеводородные газы: сероводород, углекислый газ, азот.
Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При стандартных условиях (101, 325 к. Па и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.
Свойства углеводородных газов Важной характеристикой природного газа является растворимость его в нефти. По закону Генри растворимость газа в жидкости прямо пропорциональна давлению газа: Vг=a*p*Vж где: Vг - объем растворенного газа, приведенный к атмосферному давлению, м 3 a - коэффициент растворимости, Па-1 p - абсолютное давление газа, Па Vж - объем жидкости, в которой растворен газ, м 3
По мере поступления от забоя скважины нефти с газом, газ имеет свойство расширяться, в результате- объем газа больше объема поступления нефти. Газовый фактор не на всех месторождениях, пластах одинаков. Он обычно колеблется от 30 м 3 до 100 м 3 и выше. Давление, при котором из нефти начинают выделяться первые пузырьки растворенного газа, называют давлением насыщения пластовой нефти. Это давление зависит от состава нефти и газа, соотношения их объемов и от температуры. Если в пласте имеется свободный газ (например, при наличии газовой шапки), то давление насыщения нефти газом равно пластовому давлению или близко к нему. Если при постоянной температуре повышать давление какого-либо газа, то после достижения определенного значения давления, этот газ сконденсируется, т. е. перейдет в жидкость. Для каждого газа существует определенная предельная температура, выше которой ни при каком давлении газ нельзя перевести в жидкое состояние.
Одним из основных физических параметров нефтяного газа является его плотность, которая колеблется от 0, 72 у метана до 3, 2 кг/м 3 у пентана.
Вязкость природных газов зависит от их состава, температуры и давления. При высоком давлении вязкость растет с увеличением плотности газа, при низком — уменьшается. С повышением давления вязкость увеличивается. Температура влияет на вязкость по-разному: при низких давлениях с повышением температуры она увеличивается, а при высоких (5— 10 МПа) — снижается. Такие свойства объясняются степенью близости газа к жидкому состоянию. Вязкость природных газов обычно составляет (1, 1 — 1, 6)-10~5 Пас.
Теплоемкость газа. Теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для нагревания единицы веса или объема этого вещества на 10 С. Весовая теплоемкость газа измеряется в к. Дж/кг, а объемная в к. Дж/м 3.
Теплота сгорания газа. Теплота сгорания какого-либо вещества определяется количеством тепла, выделяющимся при сжигании единицы веса или единицы объема данного вещества. Теплота сгорания газов выражается в к. Дж/кг и к. Дж/м 3 и является основным показателем, характеризующим газ или топливо.
Минимальные и максимальные содержания газа в газовоздушных смесях, при которых может произойти их воспламенение, называются верхним и нижним пределом взрываемости. Для метана эти пределы составляют от 5 до 15%. Эта смесь называется гремучей и давление при взрыве достигает 0, 8 МПа.
Пластовая вода
Пластовая вода - это сильно минерализованная среда с содержанием солей до 300 г/л. Содержание пластовой воды в нефти может достигать 80%. Минеральная вода вызывает повышенное коррозионное разрушение труб, резервуаров; твердые частицы, поступающие с потоком нефти из скважины, вызывают износ трубопроводов и оборудования.
В нефтегазовых 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 или погребенной.
Свойства пластовых вод Плотность и минерализация. Плотность дистиллированной воды при 4 °С принята за единицу. Воды нефтяных месторождений содержат в растворе различные соли, поэтому их плотность больше единицы, причем плотность пластовых вод возрастает с увеличением концентрации солей.
Вязкость пластовой воды. На вязкость пластовой воды большое влияние оказывает температура. С ее увеличением вязкость снижается. Рост давления, минерализация и содержание в ней растворенных газов существенного влияния на вязкость воды не оказывают.
Электропроводность пластовых вод зависит от степени их минерализации — увеличивается с увеличением минерализации и температуры вод. Поверхностное натяжение воды имеет очень важное значение с точки зрения ее вымывающей способности. Чем меньше поверхностное натяжение воды, тем лучше она вытесняет нефть из пласта. Наименьшее поверхностное натяжение имеют щелочные воды, так как они содержат поверхностноактивные вещества (ПАВ) — органические кислоты и основания.
Закон Бойля–Мариотта При постоянной температуре произведение давления газа на объем для данной массы газа есть величина постоянная:
Закон Гей-Люссака При постоянном давлении объем газа данной массы возрастает линейно с увеличением температуры: V = V 0·(1 + ·t), где V – объем газа при температуре t, °С; V 0 – его объем при 0°С; величина называется температурным коэффициентом объемного расширения и для всех газов равна (1/273°С– 1)
Уравнение состояния идеального газа Уравнение Клапейрона или уравнение Менделеев а — Клапейрона — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид: • • • где р— давление, Vm— молярный объём, R— универсальная газовая постоянная T— абсолютная температура, К.
Уравнение состояния реального газа Реальный газ — газ, который не описывается уравнением состояния идеального газа Клапейрона — Менделеева. Зависимости между его параметрами показывают, что молекулы в реальном газе взаимодействуют между собой и занимают определенный объём. Состояние реального газа часто на практике описывается обобщённым уравнением Менделеева — Клапейрона: где p — давление; V - объем T — температура; Zr = Zr (p, T) — коэффициент сжимаемости газа; m - масса; М —молярная масса; R — газовая постоянная.
Спасибо за внимание! =Р
Скачать презентацию Нефть природный газ и пластовая вода Разработка
Нефть, природный газ и пластовая вода.ppt