36. Состав и классификация природных нефтей и газов. Нефти.

Компоненты нефти.

В основном в нефти встречаются углеводороды трёх классов:

• метанового (парафинового) типа, или алканы - С_nН_2n+2;

• циклоалканы - С_nН_2n;

• ароматические углеводороды (арены) - С_nН_2n-6;

Кроме того, в нефтях присутствуют другие органические соединения:

• нафтеновые кислоты;

• асфальтены;

• смолы и т.д.

Но их наличие незначительно. Эти вещества содержат в своём составе кислород (О2), а также серу (S). Они оказывают существенное влияние на границу раздела фаз.

С ними связаны такие процессы, как:

• образование эмульсий;

• выпадение твёрдых компонентов из нефти.

Кислород в смолистых и кислых веществах содержится от сотых долей до 2%. Такие нефти проявляют аномальные поверхностные свойства.

Кроме углеводородных компонент, в нефти могут присутствовать и не углеводородные компоненты, например сера (до 6%). Она может присутствовать в свободном виде, в виде сероводорода и сернистых соединений: меркаптанов, сульфидов и дисульфидов.

Меркаптаны R-SН по строению аналогичны спиртам. И такие соединения, как этил-меркаптан и высшие гомологи при нормальных условиях находятся в жидком состоянии.

Метил-меркаптан СН₃-SН – газообразное вещество с температурой кипения Т_кип=6,7С.

При взаимодействии с щелочами и окислами тяжёлых металлов меркаптаны образуют такие соединения, как меркаптиды, которые вызывают сильную коррозию металла.

Смолисто-асфальтеновые вещества (САВ), достигающие по содержанию 40%, - это высокомолекулярные соединения, в состав которых входят кислород (О₂), водород (Н₂), сера (S) и азот (₂). Большая часть САВ – нейтральные смолы, которые в чистом виде представляют собой жидкие или полужидкие вещества. Их цвет колеблется от тёмно-жёлтого до коричневого, а плотность составляет 1000-1070 кг/м³.

Тёмная окраска нефтей связана с присутствием нейтральных смол, которые адсорбируются глинистой фракцией на поверхности. В результате пласт приобретает пятнистый окрас. Они в свою очередь адсорбируют на себе тяжёлые углеводороды. Нейтральные смолы при определённых условиях могут превращаться в асфальтены. Этими условиями являются присутствие кислорода и высокие температуры.

Асфальтены по химическим свойствам близки к смолам и являются нейтральными веществами. Они представляют собой кислородсодержащие полициклические соединения, содержащие серу и азот. При растворении они набухают с увеличением объёма и в нефтях находятся в коллоидном состоянии, благодаря чему нефти становятся подобными коллоидным растворам.

Классификация.

Нефти классифицируются по содержанию лёгких, тяжёлых и твёрдых компонентов соответственно:

по содержанию серы S

Нефти Волго-Уральской области обладают повышенным содержанием нефти.

по содержанию смол и асфальтенов

малосмолистые

18%

смолистые

18-35%

высокосмолистые

>35%

по содержанию парафина

малопарафинистые

1,5%

парафинистые

1,5-6%

Высокопарафинистые

>6%

1,5-2% парафина откладывается в скважине, в призабойной зоне, в результате образуются парафиновые пробки, и их наличие – важная проблема с точки зрения эффективности добычи.

На месторождении Узень нефть содержит более 35% парафина и температура насыщения нефти парафином приблизительно равна пластовой. Т.к. эксплуатация велась некорректно (т.е. стали закачивать воду, которая понизила пластовую температуру), пласт парафинизировался. Выход был найден: нагнетание горячей воды в течение долгого времени позволило поднять температуру.

Выпадение парафина связано с давлением и температурой кристаллизации.

Существуют различные методики выявления условий:

1. по замеру скорости распространения ультразвука;

2. с помощью фотоэлементов по помутнению проб нефти.

Очищенный парафин – бесцветная кристаллическая масса, нерастворимая в воде. Он растворяется в эфире, хлороформе и минеральных маслах. Плотность чистого парафина колеблется от 907-915 кг/м³. Температура плавления зависит от химического состава и равна 40-60С.

Нефтяной парафин – сложное соединение, представляющее смесь двух групп твёрдых углеводородов с резко различающимися свойствами: парафинов и церезинов.

Парафин представляет из себя группу гомологов С_17­-С₃₅ с температурой плавления Т_пл=27-71С (в зависимости от состава).

Церезины являются смесью гомологов С₃₆-С₅₅ с температурой плавления Т_пл=65-88С.

При одних и тех же температуре и давлении церезины имеют более высокую плотность и вязкость по сравнению с чистыми парафинами.

Внешние различия:

парафины – ленточные (плоские) образования с пластинами; церезины – игольчатые образования;

парафины – более прочные, более плотные комбинации; церезины – слабо скреплённые между собой игольчатые образования.

Газы.

Компоненты природного газа.

Поскольку газы могут добываться из чисто газовых, газоконденсатных, чисто нефтяных и газогидратных месторождений, то и составы у них различны. Но в основе любого состава лежат гомологи метана С_nН_2n+2. Кроме того, в газах могут присутствовать: азот, окись углерода СО₂, сероводород Н₂S, меркаптаны, а также редкоземельные инертные газы, такие как гелий, криптон, аргон, ксенон.

Добываемые газы могут находиться в газовом состоянии, жидком и в виде твёрдых веществ.

Смесь таких газов, как метан, этан, этилен (С₂Н₄) при Р=1 атм и нормальных температурах называется сухим газом.

Смесь пропана, пропилена, изобутана (С4Н10), бутилена (С4Н8), которые при повышенных давлениях – жидкости, называется жидким газом.

Смесь следующей группы углеводородов уровня изопентана i-С₅Н₁₂, которые находятся в жидком состоянии, называется газовым бензином.

Физическое состояние последней группы углеводородов ряда от С₁₈Н₃₈ при нормальных условиях – твёрдое.

Классификация.

Природные газы

газы, добываемые из чисто газовых месторождений

(сухой газ, свободный от тяжёлых углеводородов)

газы, добываемые вместе с нефтью

(это физические смеси сухого, жидкого газов и газового бензина)

газы, добываемые из газоконденсатных месторождений

(это смеси сухого газа и жидкого углеводородного конденсата)

Жидкий конденсат представляет из себя смесь большого числа тяжёлых углеводородов, из которых можно выделить бензиновую, лигроиновую, керосиновую фракции (иногда из них можно выделить более тяжёлые масляные фракции).

В Астрахани содержание Н₂S более 18% при смертельной дозе 2%.

Характеристики, определяющие состав газовой смеси:

1. Плотность =М/22.41 [кг/м³], где М – молекулярная масса.

2. Состав газовой смеси

может быть охарактеризован массовой или молярной концентрациями.

Если задан молярный состав:

М_см=(у₁М₁+…+у_nМ_n)/100 [%],

где у – молярные доли в %, М – молекулярные массы.

Если задан массовый состав:

М_см=100/(g₁/М₁+…+g_n/М_n),

где g – массовая доля в %, М – молекулярная масса.

_см=М_см/22.41, где М_см – молекулярная масса смеси.

Состав тяжёлых углеводородных газов можно вычислить по формуле:

G_i=10g_i_см=10у_i_i,

где g_i – массовая доля тяжёлого компонента;

_см– средняя плотность смеси;

у_i – молярная доля массового компонента;

_i – плотность тяжёлого компонента.