Физические свойства и фракционный состав нефтей

 

Физические свойства нефти косвенно отражают её химический состав и определяют товарные качества нефти. Они учитываются при составлении технологической схемы эксплуатации залежей, проектировании нефтепроводов. Диэлектрические свойства нефти и её способность люминесцировать используются при проведении поисково-разведочных работ.

Плотность нефти определяется ее массой в единице объема. В нормальных условиях она лежит в пределах от 0,73 до 1,04 г/см³.

В условиях залежи нефть содержит растворенный газ и отличается более высокой температурой. Поэтому в недрах плотность нефти меньше, чем в стандартных условиях от 15 до 40 % и более и может составлять всего 0,3-0,4 г/см³.

Газонасыщенность нефти. Нефть, за исключением высоковязких гипергенно измененных нефтей, всегда содержит в своем составе растворенные газы. Газонасыщенность или газовый фактор (Г_Ф) – это количество кубических метров природного газа, выделившегося в нормальных условиях при дегазации 1 м³ или 1 т пластовой нефти. Газонасыщенность нефти растет с ростом давления и может достигать значений 600-750 м³/т и более.

Обратная (ретроградная) растворимость нефти в газах. При повышенном давлении и большом объеме газа жидкие УВ переходят в парообразное состояние и растворяются в газах. Меньше всего нефть растворяется в метане. Растворимость компонентов нефти в газах падает с повышением молекулярной массы компонентов.

Давление насыщения пластовой нефти газом. Это давление, при котором нефть предельно насыщена газом, или давление, при снижении которого растворённый газ начинает выделяться из нефти.

Температура застывания и плавления. Эти параметры у различных нефтей зависят от их состава и лежат в широких пределах, от минус 35 до плюс 40 °С. Высокая температура застывания обусловливается высоким содержанием парафинов, а низкая температура – высоким содержанием смол.

Сила поверхностного натяжения. Это важнейшее свойство нефти. От неё зависит способность нефти перемещаться в пористых водонасыщенных пластах. С увеличением поверхностного натяжения растёт капиллярное давление. У воды поверхностное натяжение почти в три раза больше, чем у нефти, поэтому вода быстрее движется по мелким капиллярам.

Молекулярные силы сцепления между водой и породами также больше, чем между нефтью и породами, поэтому вода вытесняет нефть из мелких пустот пород в более крупные. Это обусловливает возможность самостоятельной струйной миграции нефти в водонасыщенных породах по системе сообщающихся крупных пор.

Оптические свойства. Нефть имеет цвет, обладает свойством вращать плоскость поляризации света, люминесцировать, преломлять проходящие световые лучи.

УВ бесцветны, поэтому цвет нефти зависит от содержания в ней неуглеводородных компонентов - в основном смол и асфальтенов. Чем их больше, тем темнее цвет нефти.

Электрические свойства. Нефть является диэлектриком и при трении электризуется. Удельное электрическое сопротивление обезвоженной нефти равно 10¹⁰-10¹⁴ Ом·м. Сопротивление нефтегазонасыщенных пород зависит от соотношения в пласте нефти и воды. Например, глины имеют удельное сопротивление от 1 до 10 Ом·м, а нефтенасыщенный песчаник – от 10-15 до 1000 Ом·м. Предельные значения электропроводности пород и минералов могут различаться в 10¹⁰ раз, то есть в 10 млрд. раз.

Фракционный состав нефти. Нефть содержит компоненты, выкипающие в широком интервале температур – от 35 до 600 °С и поэтому по степени летучести разделяется на составные части или фракции. Фракционный состав является важным показателем качества нефти.

На нефтеперерабатывающих заводах нефть подвергают физической и химической переработке. Процесс физической переработки является первичным и основным. При этом происходит прямая перегонка нефти, которая заключается в термическом разделении нефти на фракции. Разделение основано на различии температур кипения (ТК) разных фракций, которые имеют различную молекулярную массу. Процесс прямой перегонки нефти разделяется на две стадии.

На первой стадии нефть перегоняют при атмосферном давлении и получают легкие светлые нефтепродукты или дистиллятные фракции, выкипающие до 350 °С:

1) бензин (УВ С₅-С₁₀) - ТК от 35 до 200 °С;

2) керосин (УВ С₁₁-С₁₃) – ТК от 200 до 250 °С;

3) газойль, дизельное топливо или легкие соляровые масла (УВ С₁₄-С₂₁) – ТК от 250 до 350 °С;

4) мазут.

Мазут является остатком при переработке тяжелых нефтей. Он состоит из УВ масляной фракции, смол, асфальтенов и гетероатомных соединений, которые составляют тяжелые темные фракции нефти, выкипающие при температуре выше 350 °С.

Мазут поступает на вторую стадию переработки, которая идет в вакууме или с водяным паром во избежание осмоления, то есть окисления при высокой температуре. При этом получают следующие фракции нефти:

1) масла соляровые (УВ С₂₂-С₂₅);

2) масла смазочные (УВ С₂₆-С₃₅);

3) гудрон или нефтяной пек (смолы, асфальтены и УВ С₃₆-С₆₀ и более).

Гудрон является остатком термической переработки мазута. Из него вырабатывают различные марки технического битума, широко используемого в строительстве, в том числе автомобильных дорог, а также получают нефтяной кокс. Используют гудрон и как котельное топливо.

Мазут может быть переработан и по топливному варианту. При этом его разгоняют на фракции, идущие на термический или каталитический крекинг для получения бензинов. Остатком переработки также является гудрон.

Кроме названных лёгких фракций выделяют более узкие, особенно в составе бензиновой фракции.

Нефти разных месторождений сильно отличаются по фракционному составу, что связано со степенью их катагенного или гипергенного изменения.