Вопрос 7. Физические свойства нефти и газа

Физические свойства нефти

Плотность. Величина плотности нефти зависит от содержания смолисто-асфальтеновых компонентов, от природы веществ, составляющих массу нефти и от присутствия растворенного газа.  Плотность – масса в единице объема в кг/м₃ или г/см ³. Плотность нефти и газа зависит не только от их состава, но и от давления и температуры.

Нормальной плотностью нефти считается отношение плотности при давлении 0,1 МПа и температуре 20⁰С к плотности воды при 4⁰С. Она меняется от 0,77 до 1,0 г/см³. Это относительная плотность.

А.А. Карцев установил глобальную закономерность повышения плотности нефти снизу вверх по разрезу, от глубокозалегающих нефтей к залегающим ближе к поверхности (но в пределах конкретных месторождений она прослеживается не всегда).

Фракционный состав. Нефть состоит из множества углеводородных и неуглеводородных соединений с различной температурой кипения, поэтому одним из наиболее часто используемых свойств нефти является е фракционный состав, т.е. содержание (по объему или массе) фракций, выкипающих в разных интервалах температуры.

Температура кипения соединений, в общем, растет по мере увеличения молекулярной массы. В этом же направлении растет плотность отдельных фракций.

В процессе перегонки нефть разделяют на следующие фракции:

-бензин (начало кипения) -190⁰С

-керосин – 190-260⁰С

-дизельное топливо -260-360⁰С

-тяжелый газойль и смазочные масла -360-530⁰С

-остаток >530⁰С

При огромном разнообразии компонентов до 300⁰С обычно выкипает не более 50% массы нефти. Остаток состоит из высокомолекулярных углеводородов, смол, асфальтенов, минеральных веществ.

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц относительно друг друг.

Величина , обратная динамической вязкости, называется текучестью. Вязкость нефти зависит от ее состава и температуры. Среди углеводородов наименьшей вязкостью обладают алканы, наибольшей – циклоалканы.

Вязкость нефти колеблется в широких пределах, что видно из табл.

Таблица

№ п/п	Нефть	Вязкость, мПа · с
1	С низкой вязкостью	< 1
2	Маловязкая	1-5
3	С повышенной вязкостью	5-25
4	Высоковязкая	> 25

Температура кристаллизации и застывания имеет значение для нефти, особенно с высоким содержанием парафина.

Застывание – это свойство нефти загустевать при понижении температуры. Обратный переход в жидкость называется плавлением.

Температурой застывания нефти считается температура. При которой охлаждаемая нефть в пробиркене изменяет уровня при наклоне пробирки на 45 ⁰. У разных нефтей эта температура меняется в широких пределах – от -35 до +30⁰С

Парафинистые нефти имеют более высокую температуру застывания, безпарафинистые – низкую.

Температура вспышки – минимальная температура, при которой пары нефти или нефтепродукты образуют с воздухом смесь, способную к кратковременному образованию пламени при внесении в нее источника воспламенения.

Оптические свойства нефти. Нефть оптически активна, обладает свойством вращать плоскость поляризации света, люминесцировать, преломлять проходящие световые лучи. Нефть и ее компоненты обычно вращают плоскость поляризации вправо, хотя встречаются и левовращающие нефти.

Считается, что эта способность вращать плоскость поляризации – неоспоримое док-во происхождения нефти из органических веществ.

Люминесценция. Под ней понимают свечение, вызванное различными причинами и испускаемое холодным веществом. Нефть и большая часть нефтепродуктов флюоресцируют в ультрафиолетовом свете как сами по себе, так и в большинстве органических растворителей при облучении их даже дневным светом.

Кэффициент теплового расширения нефти характеризует способность нефти увеличиваться в объеме при нагревании.

Растворимость. Нефть и ее дистилляты растворяются в воде в ничтожно малом кол-ве. Например, 1 м3 воды может растворять 270г керосина. Нефть, нефтепродукты хорошо растворяются в органических растворителях: в бензоле, хлороформе, сероуглероде, эфире и др. на этом свойстве нефти обычно основано определение нефтенасыщенности пород путем получения из них нефтяных вытяжек.

Сама нефть и нефтепродукты являются хорошими растворителями для йода, серы, каучука, многих смол, а также большинства растительных и животных масел.

Низкокипящие фракции нефти (бензин и керосин) являются хорошими растворителями для смолистых и асфальтовых веществ.

Электрические свойства. Нефть является диэлектриком (непрофодник), но нефтегазонасыщенные породы, в которых есть вода, обладают проводимостью, зависящей от соотношения нефти и воды в пласте. Эти породы на каротажных диаграммах характеризуются высоким значением электрического сопротивления на фоне водонасыщенных пород.

Физические свойства природного газа

У природных газов отсутствует цвет, запах, вкус. К основные показателям природных газов относятся: состав, теплота сгорания, плотность, температура горения и воспламенения, границы взрываемости и давление при взрыве

Природные газы чисто газовых месторождений в основном состоят из метана (82-98 %) и других углеводородов. В составе горючего газа имеются горючие и негорючие вещества. К горючим газам относятся: углеводороды, водород, сероводород. К негорючим относятся: углекислый газ, кислород, азот и водяной пар. После добычи из газа извлекают токсичный газ сероводород, содержание которого на том момент не должно превышать 0,02 г/м3. Теплота сгорания - это количество тепла, выделяемое при полном сгорании 1 м3 газа. Измеряется теплота сгорания в ккал/м3, кДж/м3 газа. Теплота сгорания при которой учитывается затраченное тепло на конденсацию водяных паров, находящихся в дымовых газах - называется высшей, и напротив, низшей – при которой это тепло в расчет не берется. В расчетах в основном пользуются низшей теплотой сгорания топлива, по причине высокой температуры уходящих газов в топливопитающих устройствах по равнению с температурой, при которой осуществляется конденсация водяных паров. Величина рассчитываемая отношением массы вещества к его же объему называется плотностью вещества. Измеряется плотность в кг/м3. Плотность природного газа полностью зависит от его состава и находится в пределах с = 0,73-0,85 кг/м3. Важнейшей особенностью любого горючего газа является жаропроизводительность, т. е. максимальная температура достигаемая при полном сгорании газа, если необходимое количество воздуха для горения, точно следует химическим фор­мулам горения, а изначальная температура газа и воздуха равняется нулю. Жаропроизводительность природных газов составляет около 2 000-2 100 °С, метана - 2 043 °С. Действительная температура горения в топках значительно ниже жаропроизводительности и зависит от условий сжигания. Температурой воспламенения называется температура топливовоздушной смеси, смесь при которой загорается без источника воспламенения. Для природного газа она находится в пределах 645-700 °С. Границы взрываемости. Газовоздушная смесь, имеющая в составе количество газа: до 5 % - не горит; от 5 до 15 % - взрывается; больше 15 % - горит при подаче воздуха. Давление при взрыве природного газа составляет 0,8—1,0 МПа. У природного газа отсутствует запах. Для того чтобы определить утечку газ одоризируют (т.е. придают ему специфический запах). Проведение одоризации осуществляется путем использования этилмеркаптана. Норма одоризации 16 г на 1 000 м3 газа. Осуществляют одоризацию на газораспределительных станциях (ГРС). При попадании в воздух 1 % природного газа начинает ощущаться его запах. Практика показывает, что средняя норма этилмеркаптана для одоризации природного газа, который поступает в городские сети, должна составлять 16 г на 1 000 м3 газа. По сравнению с твердым и жидким топливом природный газ выигрывает по многим параметрам: - относительная дешевизна, которая объясняется более легким способом добычи и транспорта; - отсутствие золы и выноса твердых частичек в атмосферу; - высокая теплота сгорания; - не требуется подготовки топлива к сжиганию; - облегчается труд обслуживающих работников и улучшение санитарно-гигиенических условий его работы; - облегчаются условия автоматизации рабочих процессов. Из-за возможных утечек через неплотности в соединениях газопровода и в местах присоединения арматуры использование природного газа требует особой внимательности и осторожности. Проникновение в помещение более 20 % газа может привести к удушью, а при наличии его в закрытом объеме от 5 до 15 % может вызвать взрыв газовоздушной смеси. При неполном сгорании образуется токсичный угарный газ СО, который даже при небольших концентрациях приводит к отравлению обслуживающего персонала.