Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Состав и свойства нефти. Углеводородный состав нефти. Неуглеводородные компоненты нефти, хемофоссилии.

Основные элементы состава горючих ископаемых: C, H, O, N, S. Это макроэлементы. Все остальные - микроэлементы. Наиболее часто встречаются ванадий (в окисленный высокосернистых нефтях, Орланское месторождение, V=150 мг/кг) и никель. Есть нефти, обогащенные ураном и другими редкими и рассеянными элементами

Все соединения, содержащие углерод, называются органическими, за исключением двуокиси углерода, карбонатов и карбидов металлов.

Нефть - сложный природный раствор, в котором твердые высокомолекулярные УВ, гетероатомные соединения (смолы, асфальтены, металлоорганические комплексы) и газы растворены в жидких УВ. Нефть - это жидкие гидрофобные продукты процесса фоссилизации ОВ пород, захороненного в субаквальных отложениях.

Элементный состав.

Молекулярный состав нефти:

1. Группа УВ соединений - алканы (метановые, парафиновые), циклоалканы (нафтены) и арены (ароматические).

2. Группа гетероатотомных соединений (NOS) - сернистые, кислородные и азотистые соединения.

Углеводородный состав нефти (70-90% на нефть) по структуре молекул (C и H):

1. Насыщенные (C-C-C-C...):

· Открытые цепи (апифатические): нормальные алканы, изоалканы.

· Циклические (алициклические): циклоалканы моноциклические и полициклические.

2. Ненасыщенные (ароматические, с бензольными кольцами):

· Моноциклические

· Полициклические.

Не УВ состав:

· Гетероэлементы - O до 4%, N до 2%, S до 7—8% (обычно меньше), P до 0,1%. Гетероэлементы входят в состав НУВ соединений — смол и асфальтенов. Смолы — вязкие полужидкие образования, содержащие O, N и S, растворимые в органических растворителях. Асфальтены — твердые вещества, нерастворимые в низкомолекулярных алканах, содержащие высококонденсированные УВ структуры с гетероэлементами. По содержанию асфальтеново-смолистых веществ выделяются нефти: малосмолистые 10%, смолистые 10-20% и высокосмолистые более 20%. По содержанию серы: малосернистые до 0,5%, сернистые 0,5-2%, высокосернистые — более 2%.

· Микрокомпоненты: V, Ni, Fe, Zn, W, Hg, U.

Технологические фракции нефти (то, что испаряется из нефти при определенной температуре нагрева нефти НК):

· Бензин С₅-С₁₀, НК - 200⁰С (температура кипения УВ).

· Керосин С₁₁-С₁₃, 200-300⁰С

· Керосино-газойлевые, 250-350⁰С.

· Мазут и смазочные масла, 350-550⁰С

· Гудрон >550⁰С.

Чем больше молекула и чем она сложнее, тем нужна более высокая температура, чтобы перевести это соединение в парообразное состояние.

В этом ряду увеличивается количество ароматических соединений.

Органолептические свойства - свойства вещества, воспринимаемые или определяемые с помощью органов чувств исследователя.

1. Цвет - от бесцветного (ГК) до почти черного (тяжелые окисленные нефти, уголь). Цветовые вариации как в солнечном, так и в ультрафиолетовом свете зависят от группового и УВ состава нефти.

2. Консистенция или агрегатное состояние нефти в поверхностных условиях изменяются от жидкой подвижной, текучей до почти твердой нетекучей. Это зависит от фракционного, группового и УВ состава.

3. Запах - может быть приятным и неприятным. Резкий запах зависит от количества и типов сернистых соединений.

4. Вкус.

Физические свойства:

1. Плотность 0,78-0,99 г/см³. В США определяют плотность при 60⁰F в градусах API (плотность воды в американской системе - 10⁰API, тяжелая нефть - 20-17⁰API; чем больше API, тем более легкая нефть). d = 141,5/(⁰API+131,5). Чем более тяжелая нефть, тем она более вязкая, менее текучая. Нефть качества Brent: плотность 31⁰API (0,871 г/см³), содержание серы не более 0,1-0,2%.

2. Молекулярная масса - масса усредненной (гипотетической)молекулы. М.м. большинства нефтей изменяется от 180 до 250 г/моль, для тяжелых нефтей достигает 450 и более. Самую высокую М.м. из нефтяных компонентов имеют асфальтены - до 10000. Компонентный состав нефти: масла (все насыщенные УВ и частично ароматические), смолы и асфальтены (в их состав входят высокомолекулярные соединения, гетероатомные - S, O, N).

3. Вязкость - это свойство молекул и текучих тел к взаимному перемещению.

· Абсолютная динамическая (n¹) - скорость истечения жидкости их определенного объема. Измеряется в пуазах (г/см*сек), в системе СИ - паскаль в сек. Максимум - нафтеновые УВ, минимум - парафиновые УВ. Чем больше цикличность, тем больше вязкость. Величина, обратная динамической вязкости - текучесть. Динамическая вязкость для нефти от n*10^-3 до n*10^-2 Па*с. Может достигать 0,1-0,2 при наличии высокомолекулярных соединений. Зависимость динамической вязкости от температуры: при уменьшении температуры вязкость увеличивается.

· Кинематическая (v) - отношение абсолютной вязкости к плотности жидкости при температуре определения (20, 50⁰С).

Чем тяжелее нефть, тем она менее текучая и подвижная. Вязкость нефти растет с увеличением смолисто-асфальтеновых компонентов. С увеличением Т она уменьшается; с увеличением Р она увеличивается. В пластовых условиях, если в нефти растворен газ, ее вязкость может снизиться в десятки раз.

4. Т начала кипения и Т начала плавления (или потери текучести). Градации: начало кипения - при 60⁰C; 60-95⁰; 95-122; 122-150; 150-200; 200-250; 250-300; 300-350; 350-400; 400-450; 450-500; 500-550.

Температуры застывания нефти или потери подвижности в стандартных условиях может быть выше 0 (до 16⁰С) и ниже (до -20⁰С). Зависит от содержания высокомолекулярных соединений - твердых парафинов и смолисто-асфальтеновых веществ. Для газа температура самовозгорания 650⁰С.

Критическая Т - температура, выше который газ при повышении давления не может быть превращен в жидкость. Растворимость газов при повышении Т в воде и нефти уменьшается, при повышении Р - увеличивается. Растворимость в нефти более высокая, чем в воде. Она зависит от свойств и состава нефти. В тяжелых вязких нефтях газ растворяется хуже, чем в легких.

5. Поверхностное натяжение. Когезия - сцепление молекул физических тел друг с другом под действием сил притяжения. На поверхности жидкости существует поверхностное натяжение - результат действующих между собой молекулярных сил когезии, неправленых внутрь. При повышении температуры поверхностное натяжение снижается приближенно к прямолинейному закону. При Т критической натяжение уменьшается. Из всех жидкостей самое большое ПН - у воды, которое в 3 раза больше чем у нефти, что определяет разные скорости движения этих флюидов в капиллярах пород. При увеличении плотности нефти ПН на границе с воздухом увеличивается, на границе с водой - уменьшается.

6. Парамагнетизм - связан с наличием неспаренных электронов в асфальтенах нефти - ванадий, входящий в состав порфиринов, а также ненасыщенные связи в сложных полиароматических структурах и радикалах. На каждую частицу асфальтена приходится до 10 неспаренных электронов. Парамагнетизм асфальтенов составляет 1018-1021 спин/г. Количество свободных радикалов варьирует с изменением Т, максимум возникает при 140-180⁰С.

7. Растворимость УВ в воде:

· Увеличивается в ряду: алканы, цикланы - арены (насыщенные УВ - наименьше растворимы).

· Уменьшается в ростом минерализации (главным образом, солености - NaCl).

· Уменьшается с увеличением газонасыщенности воды (на 30-50%).

· Увеличивается с увеличением температуры воды.

· С увеличением давления увеличивается растворимость легких газообразных УВ.

Оптические свойства:

1. Люминесценция - способность некоторых веществ флюоресцировать под действием света разной длины волны. Под действием УФ излучения люминесцируют ароматические УВ, содержащие бензольные кольца.

2. Оптическая активность - способность некоторых органических молекул поворачивать плоскость, в которой происходят колебания плоско поляризованного света (вправо/влево). Активность наследуется в нефти от биомолекул, молекулы, в которых присутствует ассиметричный атом углероды (хиральный центр).

Электрические свойства: удельные электрическое сопротивление (важно для электроразведки): нефть 10⁹-10¹⁶ Ом*м - диэлектрик.

Теплофизические свойства:

1. Теплопроводность (Вт/м*К) - способность вещества передавать тепло: нефть

2. Теплоемкость (Дж/кг*К) - зависит от Т и агрегатного состояния, это сколько нужно энергии, чтобы нагреть тело массой 1 кг на 1⁰К: нефть - 1700-2100.

2. Физические свойства нефти: плотность, вязкость, гидрофобность. Групповой состав.

См. выше.