Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ
Плотность характеризует количества покоящейся массы, выраженной в единице объема: ρ = m / v [ г/см3; кг/м3]. Плотность относительная (ρ о) есть отношение абсолютной плотности нефти (ρ н) к плотности воды (ρ в) при 4оС:
ρ о = ρ н / ρ в. (2.29)
Плотность (ρ н) 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. 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: , (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. 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: . (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. . (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
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 = τ о + μ * (d γ /dt), (2.34)
где τ о – 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: . (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: , (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 %): , (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.
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-14; Просмотров: 380; Нарушение авторского права страницы