Нефть. Жидкая нефть в свободном состоянии

 

                             РОССИЙСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

 

 

КАФЕДРА СОВРЕМЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ   БУРЕНИЯ СКВАЖИН

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ ПО ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОМЕХАНИКЕ

 

                                           Тема

 

                            Нефть. Жидкая нефть в свободном состоянии.

 

 

 

 

 

                                                                             Выполнил: ст. группы РТН-09

                                                                                                      Госенкиев Э. П.

                                                                            

                                                                             Проверил: проф. Куликов В.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                         

МОСКВА, 2012 г

Содержание:

 

1.Фракции нефти.

 

2.Состав нефти.

 

3.Плотность, температуры застывания и вспышки нефти.

 

4.Нефти как ньютоновские и бингамовские жидкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Фракции нефти

В результате перегонки нефти выделяются следующие основные нефтепродукты:

а) бензиновая фракция, содержащая легкий бензин, бензин и лигроин;

б) керосиновая фракция, содержащая керосин и газойль;

в) мазут, который подвергается дополнительной перегонке. При дистилляции мазута получаются соляровые масла, смазочные масла и остаток- гудрон.

Фракция бензина состоит из углеводородов, содержащих от пяти до десяти атомов углерода в молекулах (предельные углеводороды от пентанов до деканов, циклопентан, циклогексан и бензол). Бензин используется в качестве горючего двигателей внутреннего сгорания, а также в качестве растворителя.

Лигроин (тяжелый бензин, состав С8 — С14) используется в качестве горючего для тракторов. Керосиновая фракция (С10 — С16) применяется как горючее для тракторов, реактивных самолетов и ракет. Фракция газойль (С18 — С25) используется в качестве дизельного топлива.

Все перечисленные фракции — это светлые нефтепродукты. После их отгонки остается вязкая жидкость — мазут. Он представляет собой смесь углеводородов с большим числом атомов углерода, и следовательно, кипящих при высокой температуре. Мазут применяют как котельное топливо, однако основная масса его подвергается перегонке. Чтобы не нагревать мазут выше 350 °С. так как углеводороды при такой температуре разлагаются, его перегоняют под низким давлением (в вакууме). При этих условиях удается из мазута выделить соляровые масла, различные смазочные масла, вазелин, парафин. Соляровые масла используют как дизельное топливо. Остаток от перегонки мазута носит название гудрона, из него получают битум. Гудрон и битум применяют в дорожном строительстве.

 

2. Состав нефти.

 

Нефть – это горная порода. Она относится к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Нефть – это вязкая маслянистая жидкость, темно-коричневого или почти черного цвета с характерным запахом, обладающая слабой флюоресценцией, более легкая (плотность 0,73-0,97г/см3), чем вода, почти нерастворимая в ней. В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5-87,5% и водорода – 11,0-14,5% от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5-8%. В незначительных концентрациях в нефти встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий. Их общее содержание не превышает 0,02-0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефти только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав серо - водорода. В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Главную часть нефти составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические. По углеводородному составу все нефти подразделяются на: 1) метаново-нафтеновые, 2) нафтеново-метановые, 3) ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические, 5) ароматическо-метановые, 6) метаново-ароматические и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые. Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше.

Метановые УВ (алкановые или алканы) химически наиболее устойчивы, они относятся к предельным УВ и имеют формулу CnH2n+2. Если количество атомов углерода в молекуле колеблется от 1 до 4 (СН4-С4Н10), то УВ представляет собой газ, от 5 до 16 (C5H16-C16H34) то это жидкие УВ, а если оно выше 16 (С17Н36 и т.д.) – твердые (например, парафин).

Нафтеновые (циклановые или алициклические) УВ (CnH2n) имеют кольчатое строение, поэтому их иногда называют карбоциклическими соединениями. Все связи углерода с водородом здесь также насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами.

Ароматические УВ, или арены (СnНn), наиболее бедны водородом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Они так и называются – ненасыщенными, или непредельными УВ. Отсюда их неустойчивость в химическом отношении.

Наряду с углеводородами в нефти присутствуют химические соединения других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу гетеросоединений (греч. “гетерос” – другой). В нефти также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которых к углеводородным ядрам присоединены такие элементы, как сера, азот и кислород. Большинство из указанных соединений относится к классу сернистых соединений – меркаптанов. Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефти меркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводородным радикалам присоединена группа SH. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов.

 

 

 

 

3.Плотность, температуры застывания и вспышки нефти

 

Единица плотности в СИ — кг/м3. На практике пользуются относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20оС к плотности воды при 4оС. Относительная плотность нефти чаще всего колеблется в пределах 0,82 — 0,92. Как исключение, встречается нефть плотностью меньше 0,77 (дистилляты естественного фракционирования нефти), а также тяжелые, густые асфальтоподобные нефти, плотность которых превышает 1 (остатки естественного фракционирования). Различия в плотности нефти связаны с количественными соотношениями углеводородов отдельных классов. Нефть с преобладанием метановых углеводородов легче нефти, обогащенной ароматическими углеводородами. Плотность смолистых веществ нефти выше 1, поэтому чем больше их в составе нефти, тем выше ее плотность.

Плотность нефти зависит от соотношения количеств легкокипящих и тяжелых фракций. Как правило, в легкой нефти преобладают легкокипящие компоненты (бензин, керосин), а в тяжелых — тяжелые (масла, смолы), поэтому плотность нефти дает приближенное представление о ее составе. В пластовых условиях плотность нефти меньше, чем на земной поверхности, так как в пластовых условиях нефть содержит растворенные газы. Плотность используется при расчете массы продукта, занимающего данный объем, и, наоборот, объема продукта, имеющего определенную массу. Вследствие этого, данный показатель имеет особое значение при проведении операций купли-продажи для определения количества продукта на всем пути следования нефти и нефтепродуктов от места добычи до места переработки и от места переработки до потребителей.

Температура застывания — температура, при которой нефть или нефтепродукт в стандартных условиях теряет подвижность. Для нефти температура застывания может изменяться в довольно широких пределах: от -62 до +35°С. От температуры застывания нефти и нефтепродуктов зависят условия их транспортировки, хранения, эксплуатации. На температуру застывания нефти и нефтепродуктов существенное влияние оказывает содержание парафинов. Высокое содержание твердых парафинов повышает температуру застывания, что создает определенные трудности при добыче и при эксплуатации нефтепроводов и нефтехранилищ.

Нефть — легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от −35 до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов) Температурой вспышки называется минимальная температура, при которой пары нефтепродукта образуют с воздухом смесь, способную к кратковременному образованию пламени при внесении в нее внешнего источника воспламенения (пламени, электрической искры и т. п.) и определяется па ГОСТ 12.1.044—84. 
Вспышка представляет собой слабый взрыв, который возможен в строго определенных концентрационных пределах в смеси углеводородов с воздухом. Различают верхний и нижний концентрационный предел распространения пламени. Верхний предел характеризуется максимальной концентрацией паров органического вещества в смеси с воздухом, выше которой воспламенение и горение при внесении внешнего источника воспламенения невозможно изза недостатка кислорода. Нижний предел находится при минимальной концентрации органического вещества в воздухе, ниже которой количество теплоты, выделившееся в месте локального воспламенения, недостаточно для протекания реакции во всем объеме.                                                                                                           

Температура вспышки связана с температурой кипения исследуемого вещества.

Температура вспышки — величина неаддитивная. Опытное ее значение всегда ниже рассчитанного по правилам аддитивности среднеарифметического значения температур вспышек компонентов, входящих в состав смеси. Это объясняется тем, что температура вспышки зависит главным образом от давления пара низкокипящего компонента, а высококипящий компонент служит передатчиком теплоты. В качестве примера можно указать, что попадание даже 1 % бензина в смазочное масло снижает температуру вспышки от 200 до 170°С, а 6 % бензина снижают ее почти вдвое.

Существуют два метода определения температуры вспышки — в приборах закрытого и открытого типа. Значения температуры вспышки одного и того же нефтепродукта, определенные в приборах различного типа, заметно различаются. Для высоковязких продуктов это различие достигает 50, для менее вязких 3—8°С.

 

4.Нефти как ньютоновские  и бингамовские жидкости.

 

Свойства жидкости, от которых зависит характер их течения, называются реологическими. В трубопроводном транспорте реологические характеристики нефтей оцениваются следующими параметрами: вязкостью (ньютоновской), пластической вязкостью, эффективной вязкостью, начальным (статическим) напряжением сдвига, предельным динамическим напряжением сдвига и температурой застывания.

При высокой температуре основное количество парафина, содержащегося в нефти, находится в растворенном состоянии. В этих условиях нефть является ньютоновской жидкостью.

 

К бингамовским жидкостям относят жидкие системы, имеющие в состоянии покоя достаточно прочную пространственную структурную сетку, которая может быть разрушена при приложении определенных значений напряжения сдвига

 

Бингамовские пластичные жидкости, которые при малых напряжениях сдвига т лишь несколько деформируются и начинают течь только при увеличении т до некоторого значения т, называемого пределом текучести