Какие физические свойства имеет нефть

Физические свойства нефти, так же, как и её химические характеристики, изменяются в достаточно широком диапазоне, в зависимости от её состава. Например, консистенция этой жидкости меняется от легкой и газонасыщенной до тяжелой и густой, с высоким содержанием смол. Цвет этого полезного ископаемого также меняется от светлого, почти прозрачного, до темно-коричневого, почти черного.

Загрузка …

Эти нефтяные свойства определяет преобладание в составе этой углеводородной смеси либо легких низкомолекулярных соединений, либо сложно построенных тяжелых соединений с высокой молекулярной массой. Нефть и её применение для производства различных товаров, которые называются нефтепродукты, делают это полезное ископаемое важнейшим энергоносителем в современном мире.

Химический состав нефти

Химические свойства нефти и газа зависят от химической структуры их состава. Этот состав достаточно прост. Основные его элементы – это углерод (С) и водород (Н). Углерода в нефтях содержится от 83-х до 89-ти процентов, водорода – от 12-ти до 14-ти процентов.

Также в нефтях присутствует небольшое количество серы, азота и кислорода, а также примеси различных металлов. Соединения углерода и водорода называются углеводородами (СН).

Нефть – это горючая маслянистая жидкость, цвет которой варьируется от светло-желтого до черного, состав которой в основном представлен углеводородными соединениями.

Из курса школьной химии известно, что все химические элементы образуют между собой различные соединения, соотношения элементов в которых зависит от их валентности. К примеру, вода (Н2О) – это два одновалентых атома водорода и одни двухвалентный – кислорода.

Самый простой с химической точки зрения углеводород – это метан (СН4), который является горючим газообразным веществом, составляющим основу всех природных газов. Обычно в природном газе содержание метана составляет от 90 до 95 процентов и более.

За метаном следуют: этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12), гексан (С6Н14) и так далее.
Начиная с пентана, углеводороды из газообразного состояния переходят в жидкое, то есть – в нефть.

Углерод при соединении с водородом образует огромное количество соединений, различных по своему химическому строению и свойствам.

Для удобства все нефтяные углеводороды разделены на три группы:

Алканы (метановая группа) с общей формулой СnH2n+2. Эта группа представляет собой насыщенные углеводороды, поскольку все их валентные связи задействованы. С химической точки зрения они – самые инертные, другими словами – не способны вступать в реакции с другими химическими соединениями. Структура алканов может быть или линейной (нормальные алканы), или разветвленной (изоалканы).
Цикланы (нафтеновая группа) с общей формулой СnH2n. Их главный признак – пяти – или шестичленное кольцо, состоящее из атомов углерода. Другими словами, цикланы, в отличие от алканов, имеют замкнутую в цепь циклическую структуру. Эта группа тоже представляет предельные (насыщенные) соединения и в реакции с другими химическими элементами они также почти не вступают.
Арены (ароматическая группа) с общей формулой СnH2n-6. Их структура – шестичленные циклы, в основе которых лежит ароматическое бензольное ядро (С6Н6). Их отличает наличие между атомами двойных связей. Арены бывают моноциклическими (одно бензольное кольцо), бициклическими (сдвоенные кольца бензола) и полициклическими (кольца соединены по принципу пчелиных сот).

Нефть и природный газ веществами с постоянным и строго определенным химсоставом не являются. Это сложные смеси природных углеводородов, находящихся в газообразном, жидком и твердом состоянии. Однако эта смесь не является простой в привычном понимании. Ей ближе определение «сложный раствор углеводородов», где в качестве растворителя выступают легкие соединения, а растворенные вещества – это высокомолекулярные углеводороды (в том числе асфальтены и смолы).

Основное отличие раствора от простой смеси заключается в том, что компоненты, входящие его состав, могут вступать во взаимодействие друг с другом как с химической, так и с физической точки зрения, и приобретать в результате таких взаимодействий новые свойства, которых не было в первоначальных соединениях.

Основные физические характеристики нефти

Плотность

Физические свойства нефти достаточно разнообразны, но самым важным среди них является её плотность (по-другому – удельный вес). Этот параметр зависит от молекулярных весов входящих в её состав компонентов.

Значение плотности нефти варьируется от 0,71 до 1,04 грамм на кубический сантиметр.

В нефтеносных коллекторах в нефти много растворенного газа, поэтому в природных условиях её плотность меньше (в 1,2 – 1,8 раза), нежели в добытом дегазированном сырье.

По значению этого параметра нефть делится на следующие классы:

класс очень легких нефтей (плотность – менее 0,8 грамм/см3);
легкие нефти (от 0,80 до 0,84 грамм/см3);
класс средних нефтей (от 0,84 до 0,88 грамм/см3);
тяжелые нефти (плотность – от 0,88 до 0,92 грамм/см3);
нефти очень тяжелого класса (> 0,92 грамм на кубический сантиметр).

Вязкость

Вязкость этого полезного ископаемого является свойством этого вещества оказывать сопротивление при перемещении относительно друг друга нефтяных частиц при движении нефти. Другими словами, этим параметром характеризуется подвижность этого углеводородного раствора.

Измеряют вязкость специальным прибором – вискозиметром. Единица измерения в системе СИ – миллипаскаль в секунду, в системе СГС – грамм на сантиметр в секунду (Пуаз).

Вязкость бывает динамической и кинематической.

Динамическая показывает значение силы сопротивления перемещению жидкостного слоя, площадь которого – один квадратный сантиметр, на 1 сантиметр при скорости движения 1 сантиметр в секунду. Кинематическая вязкость характеризует свойство нефти сопротивляться перемещению одной жидкой части относительно другой, учитывая при этом силу тяжести.

Поднятая на поверхность нефть по этому параметру делится на:

№	Полезная информация
1	маловязкую (вязкость – менее 5 мПа/с)
2	с повышенной вязкостью (от 5-ти до 25-ти мПа/с)
3	высоковязкую (большее 25-ти мПа/с)

Чем легче углеводородная жидкость, тем меньше значение её вязкости. В пласте этот параметр нефти в меньше (причем – в десятки раз), чем вязкость этой же нефти, поднятой на поверхность и дегазированной. Значение этого физического параметра велико, поскольку позволяет определить масштабы миграции в процессе формирования залежей.

Величину, обратную вязкости, называют текучестью.

Содержание серы в нефти

Это – весьма значимый параметр, который влияет на окислительные свойства этого полезного ископаемого. Чем больше в нем сернистых соединений – тем выше коррозионная агрессивность сырья и получаемых их него нефтепродуктов.

По этому показателю нефть бывает:

малосернистой (до 0,5 процента);
сернистой (от 0,5-ти до 2-х процентов);
высокосернистой (> 2-х процентов серы).

Парафинистость

Эта важная характеристика нефти, которая напрямую влияет на технологии, применяемые при ее добыче, а также на её трубопроводную транспортировку. Парафинистость – это содержание в сырье твердых углеводородов, называемых парафинами (формулы – от С17Н36 до С35Н72) и церезинами (от С36Н74 до С55Н112).

Их концентрация в некоторых случаях доходит до 13-14 процентов, а, к примеру, нефть казахского месторождения Узень вообще имеет этот показатель на уровне 35-ти процентов. Чем больше парафинистость, тем труднее добывать и транспортировать сырье. Парафины отличаются способностью к кристаллизации, что приводит к их выпадению в твердый осадок, а это закупоривает поры в продуктивном пласте, появляются отложения на стенках НКТ, в задвижках и на прочем технологическом оборудовании.

По значению этого параметра нефть бывает:

малопарафинистая (< 1,5 процентов);
парафинистая (от 1,5 до 6-ти процентов);
высокопарафинистая (> 6-ти процентов).

Газосодержание

Этот параметр по-другому называется газовый фактор.

Он характеризует количество кубометров газа в одной тонне дегазированной нефти. Другими словами, газосодержание – это количественная характеристика того, сколько растворенного газа было в нефти, которая находилась в коллекторе, и какое его количество перейдет в свободное состояние в процессе извлечения сырья на поверхность.

Значение газового фактора может доходить до 300 – 500 кубометров на тонну, хотя среднее его значение варьируется от 30-ти до 100 кубометров на одну тонну.

Давление насыщения

Этот параметр (давление, при котором начинается парообразование) является значение давления, по достижению которого из нефти начинает выделяться газ.

В естественных условиях продуктивного слоя это давление или равно внутрипластовому, иди меньше его. В первом газ полностью растворяется в жидкости, а во втором наблюдается газовая недонасыщенность.

Сжимаемость

Этот параметр обусловлен упругостью нефти и характеризуется коэффициентом сжимаемости (βН). Этот параметр показывает величину изменения объема сырья в пласте в случае изменения давления на 0,1 МПа.

Коэффициент сжимаемости учитывают на ранних этапах разработки, когда упругость газа и жидкости в пласте еще растрачена , вследствие чего играет в энергетике пласта существенную роль.

Коэффициент теплового расширения

Этот параметр показывает, как изменяется первоначальный объем сырья в случае изменения температуры на 1 градус Цельсия.

Его используют в процессе проектирования и практического применения методов теплового воздействия на продуктивные пласты.

Объемный коэффициент

Этот показатель характеризует – какой объем в коллекторе занимает кубометр дегазированного сырья, пока оно насыщено газом.

Значение этого показателя, как правило, больше единицы. Средние значения колеблются от 1,2 до 1,8, хотя могут доходить и до двух-трех единиц. Объемный коэффициент применяется в расчетах для определения количества запасов, а также при вычислении коэффициента нефтеотдачи продуктивного слоя.

Температура застывания

Температура застывания показывает, при каком температурном значении в пробирке уровень охлажденной нефти не меняется при её наклоне на 45-ть градусов.

Чем больше в нефти твердых парафинов и чем меньше смол – тем выше этот показатель.

Оптические нефтяные свойства

Основным оптическим свойством этого вещества является его способность вращать вправо (изредка–влево) плоскость поляризованного светового луча.

Основные носители оптической активности в этом полезном ископаемом – молекулы ископаемых животных и растений, которые называются хемофоссилиями.

При облучении нефтей ультрафиолетом они начинают светиться, что говорит об их способности к люминесценции.

Легкие сорта «черного золота» люминесцируют в голубом и синем спектре, а тяжелые – в желтом и желтовато-буром.

YouTube responded with an error: The request cannot be completed because you have exceeded your <a href=”/youtube/v3/getting-started#quota”>quota</a>.

Список используемой литературы:

Нефть и Нефтепродукты – Википедия
Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
Эрих В.Н. Химия нефти и газа. — Л.: Химия, 1966. — 280 с. — 15 000 экз.

Источник

В результате переработки сырой нефти получаются нефтепродукты, используемые в промышленности, например, моторное масло или бензин. Универсальные физические свойства делают ее незаменимой в качестве смазки в автомобильной и другой технике. Она уникальна благодаря производству топлива не только разных сортов, но и со множеством добавок, что увеличивает полезный диапазон применения.

Для переработки в полезный продукт требуются большие запасы сырья, а также возможность получать и перерабатывать его по разумной цене.

Нефть сильно различается по своему химическому составу и физическим свойствам. Поскольку она состоит из смесей тысяч углеводородных соединений, ее физические характеристики, такие как удельный вес, цвет и вязкость (устойчивость жидкости к изменению формы) также широко варьируются.

Углеводородные структуры включают насыщенные, ароматические и полярные соединения, которые включают смолы и асфальтены. Смолы и асфальтены в значительной степени непроницаемы для окружающей среды. Они испаряются, растворяются и плохо разлагаются и, следовательно, могут накапливаться в виде остатков после разлива.

Нефть — сложная смесь углеводородов, которые встречаются на Земле в жидкой, газообразной или твердой фазе. Ее широко применяют благодаря способности выделять тепло при сгорании. Этот термин часто ограничен жидкой формой, обычно называемой сырой нефтью. Но, как технический термин, она также включает природный газ и вязкую или твердую форму, известную как битум, которая находится в битуминозных песках.

Жидкая и газообразная фазы составляют наиболее важную из первичных видов ископаемого топлива.

Различные физические параметры влияют на стоимость и качество нефти.

К физическим свойствам нефти относят:

Плотность;
Вязкость;
Давление насыщения;
Парафинистость;
Газосодержание;
Температура застывания;
Сжимаемость;
Температура вспышки;
Содержание серы;

Плотность

Нефть — это не однородная жидкость, а ряд веществ с различным количеством углеводородов. Он подразделяется на классы от легких, плотность которых составляет около 790 кг/м³, до особо тяжелых 970 кг/м³. Хотя плотность сырой нефти может быть выражена в общепринятых научных единицах, она чаще выражается в измерении, называемом API-гравитацией. Это измерение в сравнении с водой. Если API больше 10°, то вещество легче и будет плавать на воде, а если меньше 10°, то тяжелее и тонет. В этом измерении легкая сырая нефть имеет плотность более 31,1 ° API, в то время как сверхтяжелая сырая нефть ниже 10 ° API.

Вязкость

Важными параметрами для классификации являются как вязкость, так и степень ее API. Характеристики плотного сырья достаточны, чтобы получать его через ствол скважины современными методами извлечения. Для этого используются тепло, газ или химические вещества, которые снижают вязкость и направляют добычу. Более подвижные средние и легкие масла извлекаются через добывающие скважины, они легко текут и содержат больше летучих компонентов. В то время как сверхтяжелые имеют высокую вязкость или почти смолоподобную форму и показывают более высокую плотность.

Промежуточные масла находятся между этими крайностями. Классификация по степени API:

Легкая — выше 31,1° (менее 870 кг/м³)
Средняя — от 31,1° до 22,3 ° (от 870 до 920 кг/м³).
Тяжелая — от 22,3° до 10° (от 920 до 1000 кг/м³).
Сверхтяжелая — ниже 10° (выше 1000 кг/м³).

Контрасты между разбавленным битумом и другим сырьем сильно усиливаются от атмосферных воздействий. Выветрившийся тяжелый и особенно разбавленный битум, например, гораздо более клейкий, чем другие масла.

Давление насыщения

Давление насыщения напрямую зависит от плотности и соотношения объёмов нефти и газа, их состава и пластовой температуры. Таким образом, чем больше нерастворимых компонентов (увеличение плотности), тем больше эта характеристика будет расти, а газ будет в свою очередь сильнее выделяться из жидкости.

Давление насыщения (Рнас) может быть меньше либо равно давлению пласта залежи (Рпл) и колеблется от 0,01 до 30 Мпа.

Парафинистость

В зависимости от количества твердых углеводородов (парафинов) выделяют три сорта: малосодержащие (менее 1,5 %); средне (от 1,5 до 6 %); высокосодержащие (более 6 %). Содержание парафинов колеблется от 0,2 до 30% массы и влияет на диапазон температур кипения и застывания.

Газосодержание

В месторождениях добывается по большей части нефть с некоторым количеством природного газа. Газовая скважина добывает преимущественно природный газ. Поскольку давление на поверхности ниже, чем под землей, часть газа выйдет из раствора и будет извлечена (или сожжена) в виде жидкого газа. Однако, поскольку температура и давление под землей выше, чем на поверхности, газ может содержать более тяжелые углеводороды, такие как пентан, гексан и гептан, в газообразном состоянии. В поверхностных условиях они будут конденсироваться из газа с образованием конденсата, который по внешнему виду напоминает бензин и по своему составу похож на некоторые летучие легкие нефтепродукты.

В скважинах может быть до 1 тыс. м³ газа на 1 м³ нефти и до 900-1100 м³ на 1 м³ конденсата.

Объемный коэффициент

Объемный коэффициент нефтеобразования (FVF) зависит от соотношения объемов нефти в пластовых условиях (при повышенной температуре и давлении) с ее объемом в стандартных условиях после выделения газа на поверхности. Значения, как правило, варьируются от приблизительно 1 b (баррель) у содержащих мало или не содержащих растворенного газа, до почти 3 b для высоколетучих масел.

Температура застывания

Эта характеристика значит, что сырье становится пластичным и не будет течь. Эта характеристика важна для извлечения и транспортировки и всегда определяется. Колеблется от 32 ° до -57 ° C в зависимости от состава, чем больше парафинистых (твердых) частей, тем будет выше этот показатель.

Оптические свойства

Цвет может варьироваться от почти бесцветной светло-желтой и зеленовато-желтой до красноватого и насыщенного черного. Черное сырое масло очень густая и темная из-за высокого содержания таких компонентов как асфальт и смолы; тогда как неуглеводородные примеси как сера, металлы и соли легко меняют свой цвет.

Также ей присуще такое свойство как флуоресценция, благодаря которому она хорошо отражает свет и имеет разноцветные пятна. После очистки этот эффект исчезает.

Сжимаемость

Коэффициенты изотермической сжимаемости требуются при решении многих инженерных задач месторождения, включая проблемы с переходным потоком текучей среды.

Кроме того они необходимы при определении плотности ненасыщенного газом сырья. Усадка некоторых легких сортов при высокой температуре обладает большим коэффициентом сжимаемости и достигает до 50 % (содержащих в составе больше природного газа).

Температура вспышки

Самовоспламенение — это характеристика, при которой жидкость образует пары, достаточные для образования открытого пламени. Жидкость считается легковоспламеняющейся, если ее температура вспышки составляет менее 60 °C.

Существует широкий диапазон температур воспламенения для масел и нефтепродуктов, многие из которых считаются легковоспламеняющимися, особенно при утечке. Бензин, который легко загорается при любых условиях окружающей среды, представляет серьезную опасность.

Многие свежие неочищенные масла и разбавленный битум имеют большое количество летучих компонентов и могут загореться в течение дня или дольше после утечки в зависимости от скорости потери легколетучих компонентов в результате испарения. С другой стороны, неразбавленный битум обычно негорючий.

Содержание серы

В дополнение к практически бесконечным смесям углеводородных соединений, сера, азот и кислород обычно присутствуют в небольших, но часто важных количествах.

Сера является третьим по распространенности атомным компонентом. Он присутствует в средних и тяжелых фракциях. В низком и среднем молекулярном диапазоне она связана только с углеродом и водородом, в то время как в более тяжелых фракциях она часто включается в большие полициклические молекулы, которые также содержат азот и кислород. Общее содержание колеблется от менее 0,05 % (по массе), как в некоторых венесуэльских маслах, до около 2% для средних запасов на Ближнем Востоке и до 5 и более % в густых мексиканских или миссисипских маслах.

Как правило, чем выше удельный вес (плотность и вязкость), тем больше в ней содержание серы. Избыток удаляется перед переработкой, поскольку свойства оксида серы, выбрасываемого в атмосферу при сгорании нефти, являются основным загрязнителем и коррозионным агентом в нефтеперерабатывающем оборудовании.

Универсальность нефти используется для ряда целей: производства пластика, гербицидов, удобрений, пестицидов, моющих средств, красок, обивки и мебели, мазута для смазки, бензина для заправки автомобилей, реактивного или газового топлива для самолетов, а также для производства электроэнергии. Сера и асфальт широко используются во многих промышленных и химических применениях по всему миру. Однако исследования показывают, что при ее добыче в атмосферу выбрасывают ся такие загрязнители, как углекислый газ — основная причина кислотных дождей и глобального потепления.

Показатели физических свойств влияют на цену нефти и качество.

Оцените статью:

Рейтинг: 0/5 – 0
голосов

Источник