Физикохимические свойства нефти

 


            Плотность характеризует количества покоящейся массы, выраженной в единице объема:  ρ =  m / v [ г/см3; кг/м3]. Плотность относительная  (ρо) есть отношение  абсолютной плотности нефти  (ρн) к плотности воды (ρв) при 4оС:


 


ρо = ρн
/ ρв.        (2.29)


 


Плотность (ρн) и удельный вес (dн) не всегда совпадают. Под удельным весом понимается отношение веса нефти к весу воды того же объема. Обычно плотность сепарированных нефтей колеблется в пределах 820-950 кг/м3.


  По величине плотности нефти условно различают: легкие с плотность 820-860, средние – 860-900, тяжелые – 900-950 кг/м3. Чем меньше плотность нефти, тем выше выход светлых фракций. С возрастанием температуры плотность сепарированных нефтей уменьшается, а с возрастанием давления возрастает.


Плотность пластовой нефти зависит от состава нефти, давления, температуры, количества растворённого газа. С увеличением пластового давления плотность нефтей уменьшается до давления равного давлению насыщения, за счет увеличения количества растворенного газа  (рис. 2.1).


С увеличением количества растворенного углеводородного газа величина плотности уменьшается.


Физикохимические свойства нефти


Рис. 2.1 . Изменение плотности пластовой нефти в зависимости от давления


 


            Не все газы, растворяясь в нефти, одинаково влияют на её плотность. С повышением давления плотность нефти значительно уменьшается при насыщении её углеводородными газами.


Плотность нефтей при насыщении азотом или углекислым газом несколько возрастает с увеличением давления. С повышением температуры в области давлений меньше давления насыщения плотность пластовых нефтей будет возрастать.

            В залежи величина плотности возрастает от купола к крыльям и к подошве.


Вязкость – важнейшее технологическое свойство нефтяной системы. Величина вязкости учитывается при оценке скорости фильтрации в пласте, при выборе типа вытесняющего агента, при расчете мощности насоса добычи нефти и др.


Нефть – неидеальная система. С точки зрения химии углеводороды и гетеросоединения взаимодействуют друг с другом (физическое, Ван-дер-Ваальсов-ское взаимодействие).


С точки зрения математики все наблюдаемые макрохарактеристики нефтяных систем нельзя рассчитывать по принципу аддитивности. Параметр вязкость наиболее тесно коррелирует со степенью этих взаимодействий.


Вязкость (абсолютная, динамическая) – сила трения (внутреннего сопротивления), возникающая между двумя смежными слоями внутри жидкости или газа на единицу поверхности при их взаимном перемещении (рис. 2.2).


Динамическая вязкость определяется по уравнению Ньютона:


Физикохимические свойства нефти,             (2.30)


 


            где А – площадь перемещающихся слоёв жидкости (газа) – см. рис. 2.2;


F – сила, требующаяся для поддержания разницы скоростей движения между слоями на величину dv;


dy – расстояние между движущимися слоями жидкости (газа);


dv – разность скоростей движущихся слоёв жидкости (газа).


μ – коэффициент пропорциональности, абсолютная, динамическая вязкость.


Физикохимические свойства нефти


Рис. 2.2. Движение двух слоёв жидкости относительно друг друга.


   


            Размерность динамической вязкости определяется из уравнения Ньютона:


-        система СИ – [Па×с, мПа×с];


-        система СГС – [пуаз (пз), сантипуз (спз)] = [г/(см×с)].


С возрастанием температуры вязкость сепарированных нефтей уменьшается, а с возрастанием давления возрастает. С увеличением молекулярного веса фракций, плотности, температурного интервала выкипания фракций величина вязкости возрастает


С вязкостью связан параметр – текучесть (j) – величина обратная вязкости:


Физикохимические свойства нефти.                 (2.31) 


 


Кроме динамической вязкости для расчётов используют также параметр кинематическую вязкость
– свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой с учётом силы тяжести.                       Физикохимические свойства нефти.                   (2.32)


 Единицы измерения кинематической вязкости:


-        система СИ – [м2/с, мм2/с];


–   система СГС – [стокс (ст), сантистокс (сст)]; 1сст =1·10-4 м2/с.


Вязкость пластовой нефти всегда значительно отличается от вязкости сепарированной нефти, вследствие большого количества растворённого газа, повышенного давления и температуры (рис. 2.3). Вязкость уменьшается с повышением


Физикохимические свойства нефтиФизикохимические свойства нефти


Рис. 2.3. Изменение вязкости пластовой нефти в зависимости от давления и температуры


 


количества углеводородного газа растворенного в нефти. При этом  с увеличением молекулярной массы газового компонента (от СН4 к С4Н10) вязкость нефтей будет уменьшаться, а  с увеличением молекулярной массы жидкого компонента (от С5Н12 к высшим) вязкость нефтей будет возрастать.


С увеличением количества азота растворенного в нефти вязкость пластовых нефтей будет возрастать. Повышение давления вызывает увеличение вязкости, а температуры - уменьшение. Вязкость "сырых" нефтей больше вязкости сепарированных.


Вязкость смесей аренов больше вязкости смесей алканов. Чем больше в нефте содержится смол и асфальтенов (больше полярных компонентов), тем выше вязкость.


            Вязкость нефти в пластовых условиях различных месторождений изменяется от сотен мПа×с до десятых долей мПа×с. В пластовых условиях вязкость нефти может быть в десятки раз меньше вязкости сепарированной нефти.


            Вязкость влияет на реологические свойства нефтей. Реология – наука, изучающая механическое поведение твердо-жидкообразных тел, структурно-механические свойства нефтей.


В уравнении (2.30) координату скорости (dv) можно представить как dx /dt, где  x - длина пути в направлении скорости движения v, а t – время.  Величина dx/dy характеризует сдвиг (γ) слоев, деформацию. Соотношение F/A - есть величина касательного напряжения (τ), развиваемое в движущихся слоях жидкости. Тогда, для ньютоновских жидкостей уравнение Ньютона можно записать:   


 


d γ/dt = τ/μ.                    (2.33)


 


            У ньютоновских жидкостей скорость сдвига пропорциональна касательному напряжению и обратно пропорциональна вязкости жидкости. Уравнение (2.33), описывающее связь между напряжением и скоростью сдвига, называется реологическим.      Реологические характеристики нефтей в значительной степени определяются содержанием в них смол, асфальтенов и парафина.


Вязкопластичное течение жидкости описывается уравнением Бингама:


 


τ =  τо + μ* (d γ/dt),                   (2.34)


  


            где τо – динамическое напряжение сдвига;


       μ* - кажущаяся вязкость пластичных жидкостей, равная угловому коэффициенту линейной части зависимости dγ/dt  = ƒ(τ ).


            Движение вязкопластичных нефтей аппроксимируется  степенным законом зависимости касательного напряжения от модуля скорости деформации:                                      τ =  К(d γ/dt)n,                   (2.35)


 


где К – мера консистенции жидкости, с увеличением вязкости возрастает;


       n –  показатель функции, при n =1, уравнение (2.35) описывает течение ньютоновских жидкостей.


            Сжимаемость нефти. Нефть, как и все жидкости, обладает упругостью, т.е. способностью изменять свой объём под действием внешнего давления. Уменьшение объёма характеризуется коэффициентом сжимаемости (или объёмной упругости) b:


Физикохимические свойства нефти.               (2.36)


 


            Коэффициент сжимаемости зависит от давления, температуры, состава нефти и газового фактора. Нефти, не содержащие растворённого газа, обладают сравнительно низким коэффициентом сжимаемости (0,4-0,7 ГПа-1), а лёгкие нефти со значительным содержанием растворённого газа – повышенным коэффициентом сжимаемости (до 14 ГПа-1).


Следовательно, с  увеличением плотности коэффициент сжимаемости уменьшается, а с увеличением количества растворенного углеводородного газа коэффициент сжимаемости возрастает. Высокие коэффициенты сжимаемости свойственны нефтям, находящимся в пластовых условиях, близких к критическим. Возрастание пластовой температуры вызывает увеличение коэффициентом сжимаемости.


            С количеством растворённого газа в нефти также связан объёмный коэффициент b, характеризующий соотношение объёмов нефти в пластовых условиях и после отделения газа на поверхности при дегазации:


Физикохимические свойства нефти,                (2.37)


 


            где Vпл – объём нефти в пластовых условиях;


Vдег – объём нефти при атмосферном давлении и температуре 20°С после дегазации.


            Используя объёмный коэффициент, можно определить усадку нефти (U), т.е. уменьшение объёма пластовой нефти при извлечении её на поверхность (в %):


Физикохимические свойства нефти,                       (2.38)


 


            Усадка некоторых нефтей достигает 45-50%.


            Теплота сгорания характеризует количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг жидкости. Различают высшую (Qв) и низшую (Qн) теплоту сгорания. Высшая теплота сгорания – это количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг жидкости при наличии в ней влаги.


Низшая теплота сгорания – это количество тепла, выделившегося при сгорании 1 кг жидкости за вычетом тепла направленного на испарения воды и влаги. С увеличением молекулярной массы газообразного углеводорода, влажности, молекулярной массы фракций теплота сгорания растет.


            Диэлектрические свойства нефтей.
Нефть – диэлектрик. Диэлектрическая проницаемость (ε) показывает, во сколько раз взаимодействие между электрическими зарядами в данном веществе меньше, чем в вакууме, при прочих равных условиях.


Теоретически считается что если у вещества ε < 2,5, то вещество считается диэлектрик. Величины диэлектрической проницаемости измененяются в следующих диапазонах: для воздуха → 1 – 1,0006; для нефти → 1,86 – 2,38; для нефтяного газа → 1,001 – 1,015; для смол и асфальтенов → 2,7 – 2,8; для воды → 80 – 80,1.


С увеличением минерализации диэлектрическая проницаемость будет падать. Например, для растворов NaCl в воде при концентрации NaCl равной 5,6% диэлектрическая проницаемость воды равна – 69,1, а при концентрации NaCl равной 10,7% диэлектрическая проницаемость уменьшится до 59.


 

ищи здесь, есть все, ну или почти все