Состав нефти и газа и их физические свойства

Содержание
Введение……………………………………………………………………..….3
1.Состав и свойства нефти…………………………………………….……….5
1.1 Общая характеристика нефти……………………………………………………………………….........5
1.2 Химический состав нефти…………………………………………………6
1.3 Групповой химический состав нефти…………………………………..12
1.4.Фракционный состав нефти.……………………………………………..13
1.5 Элементный и изотопный состав нефти………………………………..14
1.6 Определение содержания воды….……………………………………...15
1.7 Физические свойства нефти……………………………………………...16
2.Характеристика газа………………………………………………………..19
2.1 Химический состав газа…………………………………………………..19
2.2Основные физические свойства газов………………………………..…22
Заключение…………………………………………………………….……...24
Список литературы…………………………………………………………...25

Введение
Энергетические ресурсы играют ведущую роль в современной экономике. Уровень развития производительных сил каждого государства определяется в значительной степени масштабам», потребления энергоресурсов. О важной роли энергоресурсов свидетельствует то обстоятельство, что более 70 % добываемых в мире полезных ископаемых относится к источникам энергии.
Основные виды энергоресурсов - уголь, нефть, природный газ, гидроэлектроэнергия и ядерная энергия..В настоящее время нефть - основной источник энергии в большинстве стран мира. На топливах, полученных из нефти, работают двигатели сухопутного, водного и воздушного транспорта, поднимаются космические ракеты, вырабатывается электроэнергия на тепловых электростанциях. Современный уровень цивилизации и технологии был бы немыслим без той дешевой и обильной энергии, которую предоставляет нам нефть. Сегодня она имеет несколько значений для народного хозяйства страны:
· сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей;
· источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт);
· сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста.
Природный газ, открытый тысячи лет назад, стал незаменимым энергоносителем в большей части промышленно развитого мира. В самом благоприятном положении находятся страны, имеющие хотя бы небольшие собственные запасы природного газа, в то время как некоторые страны, например Япония, должны импортировать практически весь требующийся газ. В районах, богатых нефтью, обычно имеются и значительные запасы природного газа. К таким регионам относятся Россия, США, Ближний Восток, Мексика, некоторые районы Южной Америки, а также европейские страны, прилегающие к Северному морю.
Промышленное использование природного газа – в качестве различных видов технологического топлива – стимулируется возможностями более точного регулирования генерируемого теплового потока по сравнению с другими видами топлива. В силу этого природный газ находит все более широкое применение в тех отраслях промышленного, для которых строго регламентирована подача тепла, имеет важное практическое значение: в пищевой, стекольной, керамической и цементной промышленности, при производстве кирпича, фарфора и других хрупких материалов. Потребление природного газа приобретает все более широкие масштабы и в современной нефтехимии, использующей углеводородный газ в качестве сырья для получения аммиака, азотных удобрений и т.п.
Широкое использование газообразного топлива в жилищно-коммунальном хозяйстве и сфере услуг обусловлено такими потребительскими свойствами, как высокая калорийность, удобство применения и чистота сгорания. Всё большее распространение получает использования газа в качестве топлива на автомобильном и железнодорожном транспорте. Говоря о потреблении газообразного топлива, следует подчеркнуть, что наряду с природным газом, в качестве технологического и коммунально- бытового топлива, а также химического сырья, используются искусственные газы: заводской, нефтезаводской, коксовый, доменный и т.д. В настоящее время на долю различных видов искусственного газа в целом приходится около 15% совокупного потребления газообразных углеводородов.
1.Состав и свойства нефти
1.1 Общая характеристика нефти
Нефть - это добываемая в природе горючая маслянистая жидкость, которая состоит из довольно сложной смеси различных органических соединений, в частности — углеводородов. В зависимости от места добычи химический состав нефти может меняться, что влечет за собой и изменение цвета этой горючей жидкости. Нефть может быть и почти черной, и красно-коричневой, и зеленовато-желтой и даже совсем бесцветной. Также нефть отличается специфическим запахом. В природе нефть залегает на глубине от нескольких десятков метров до нескольких километров. Так, на некоторых скважинах нефть выкачивается с глубины до 2-3 км. Подавляющее большинство залежей нефти в земле располагается на глубине от 1 до 3 км. Также нефть может залегать и на малой глубине и даже естественным образом выходить на поверхность. Правда, в этих случаях под влиянием атмосферного воздуха нефть превращается в битумы и битумные пески, а также в полутвердый асфальт и достаточно густую мальту. Далее мы будем говорить главным образом про химический и физический состав и свойства нефти. Заметим только, что с асфальтом и естественными горючими газами нефть роднит похожее химическое строение: все эти вещества в химии называют петролитами. Петролиты — это горючие вещества биологического происхождения, к которым относятся, в том числе и многие виды не только жидкого, но и твердого топлива.
1.2 Химический состав нефти
В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Главную часть нефтей 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. Углеводороды – наиболее простые по составу органические соединения. Их молекулы построены из атомов только двух элементов – углерода и водорода. Общая формула Cn Hm . Они различаются по строению углеродного скелета и характеру связей между атомами углерода.
По первому признаку их делят на ациклические (алифатические) углеводороды, молекулы которых построены из открытых углерод – углеродных цепочек, например, гексан и изогексан:
СН3 -СН2 -СН2 -СН2 -СН2 -СН3 СН3 -СН-СН2 -СН2 -СН3 ,
гексан изогексан и циклические (карбоциклические) углеводороды.
Карбоцикличекие углеводороды, обладающие особыми свойствами («ароматический характер»), получили название ароматических, например(Рисунок 1):
Рисунок 1
Другие карбоциклические углеводороды, например, циклогексан, называются алициклическими.(См. Рисунок 2)
Рисунок 2
По характеру связей между углеродными атомами углеводороды могут быть насыщенные, или предельные (алканы), и ненасыщенные (непредельные). Последние могут содержать разное количество двойных (алкены, алкадиены, циклоалкены и др.), тройных (алкины, циклоалкины и др.) связей или те и другие одновременно. Классификация углеводородов представлена на рисунке 3.
Рисунок 3
Алканы – алифатические углеводороды, в молекуле которых атомы углерода связаны между собой и с атомами водорода одинарной связью (σ-связь). Осюда и другое их название – предельные, или насыщенные, углеводороды. Родоначальник и простейший представитель алканов – метан СН4 . В молекуле метана, как и в молекулах других алканов, атом углерода находится в состоянии sp3 - гибридизации. Общая формула соединений этого ряда Сn H2 n +2 . Каждый последующий
Лёгкие фракции любых нефтей почти целиком состоят из алканов. С повышением средней молекулярной массы фракций нефти содержание в них алканов уменьшается. В средних фракциях, выкипающих в пределах 200-300 0 С, их содержится обычно не более 55-61%, а к 500 0 С количество этих углеводородов снижается до 19-5% и менее. Жидкие алканы. Содержание жидких алканов в зависимости от месторождения нефти колеблется от 10 до 70 %. Обычно нефть содержит, главным образом, два-четыре десятка индивидуальных нормальных и изомерных алканов, остальные присутствуют в незначительных количествах.
Твёрдые алканы присутствуют во всех нефтях. Для всех твёрдых алканов укрепилось техническое название “парафины ”. Парафинов в нефтях содержится мало (0,1-5%). Однако встречаются высокопарафинистые нефти с содержанием 7-27% твёрдых парафинов.
Основная их масса содержится в мазуте, при перегонке которого углеводороды с числом углеродных атомов от 17 до 35 попадают в масляные дистилляты, а С36 -С55 остаются в гудроне. Парафины легко кристаллизуются в виде пластинок и пластинчатых лент. Церезины же кристаллизуются в виде мелких игл, поэтому они не образуют прочных застывающих систем, как парафины. В нефти парафины находятся в растворённом и взвешенном состоянии. На холоде растворимость их в нефти и нефтяных фракциях невелика, но при нагревании около 40 0 С парафины неограниченно растворяются в них. Так как в недрах Земли повышенная температура, то в нефтях парафины находятся в растворённом состоянии, выделяясь из них в виде твёрдой фазы при подъёме нефти на поверхность. Поэтому при содержании их в нефти в пределах 1,5-2 % парафины отлагаются в скважинах и промысловых нефтесборных трубопроводах, затрудняя эксплуатацию скважин и транспорт нефти.
Парафины и церезины имеют разнообразное применение в химической промышленности, в производстве вазелина, в пропитке древесины, аппретировании тканей, в качестве изолирующего материала в электро- и радиотехнике. Парафины применяют в качестве загустителя в производстве пластических смазок. Особенно большое значение они имеют, также как и жидкие алканы, для производства синтетических жирных кислот и спиртов.
Циклоалканы или цикланы – углеводороды, содержащие в молекуле циклы (кольца), построенные из атомов углерода (карбоциклические соединения), связанные между собой σ-связью. Из рассмотренной ранее классификации (см. с. 17 ) следует, что цикланы входят в состав алициклических соединений. Общая формула циклоалканов Cn H2 n . Следовательно, молекулы цикланов, не имеющие заместителей, состоят из связанных между собой и замкнутых в кольца групп СН2 (метиленовая группа); отсюда и другое их название – полиметиленовые соединения.
Нефти содержат от 25 до 75 % (масс.) циклоалканов. Содержание и распределение структур циклоалканов по фракциям определяется типом нефти.
Моноциклические циклоалканы являются преобладающими компонентами нефти. Они представлены преимущественно метилзамещёнными циклопентанами и циклогексанами. Преобладают соединения, замещённые в положении 1,3 и 1,2,3. Циклогексановые гомологи более распространены, чем циклопентановые. Аномально высокое содержание этих углеводородов связано с происхождением нефти. В небольшом количестве в нефтях найдены алкилциклогептаны.
В высших фракциях нефти содержатся полициклические алканы, молекулы которых представляют системы конденсированных 4,5 и 6-ти циклов с короткими боковыми цепями (терпаны, стераны), происхождение которых связывается со стероидами, широко распостранёнными в живой природе. Моноциклические циклоалканы с длинными боковыми цепями, а также циклоалканы сложной конденсированной структуры представляют собой при обычной температуре твёрдые вещества. Они являются компонентами парафинов и церезинов.
В настоящее время из нефтей выделяют лишь циклогексан, который используют в нефтехимическом синтезе, и производные адамантана, применяемые в различных областях (лекарственные вещества, полимеры и др.). Другие циклоалканы нефтей используют в качестве добавок к бензинам, либо перерабатывают с целью получения ароматических углеводородов.
Арены, или ароматические углеводороды, - соединения, содержащие в молекуле особую циклическую группировку из шести атомов углерода, которая называется бензольной группировкой (бензольное ядро).
Название углеводородов этой группы «ароматические соединения» - случайное и сегодня потеряло свой первоначальный смысл. Действительно, первые открытые соединения или обладали специфическим, иногда приятным запахом, или были выделены из природных сильно пахнущих продуктов. Но количество «ароматных» веществ среди многочисленных известных соединений этой группы невелико. В то же время наблюдается ряд особенностей в строении, физических свойствах и химическом поведении этих веществ, связанных с наличием в молекуле бензольных группировок.
Различают одноядерные (одна бензольная группировка в молекуле) и многоядерные ароматические углеводороды, содержащие две или более бензольные группировки. В молекулах аренов в качестве боковых цепей могут находиться углеводородные радикалы с неразветвлённой или разветвлённой углеродной цепочкой, а также содержащие двойные или тройные связи и циклические группировки. Ареновые циклы гибридных углеводородов имеют преимущественно короткие (метильные или этильные) заместители, циклоалкановые кольца – один или два довольно длинных алкильных заместителя. Особенно много гибридных углеводородов в масляных фракциях. Строение их изучено мало. Гибридные углеводороды являются нежелательными компонентами смазочных масел, поскольку они ухудшают вязкостные свойства и уменьшают стабильность их против окисления. Общее содержание аренов в нефтях составляет 10-20 % масс., а в ароматических нефтях их содержание доходит до 35%. Наиболее богаты аренами молодые нефти. Общим для всех нефтей является повышение содержания аренов с температурой выкипания нефтяных фракций.
Непредельные углеводороды повышают октановое число топлив. Однако вследствие высокой реакционной способности они легко окисляются кислородом воздуха (особенно диены). В результате окисления образуются осадки и смолы, которые могут привести к нарушению работы двигателей. Поэтому для получения стабильных к окислению нефтепродуктов их либо подвергают очистке от непредельных углеводородов, либо добавляют антиокислители.
Непредельные углеводороды являются важнейшим сырьём для нефтехимической промышленности. На их основе производят большую часть всех нефтехимических продуктов. Содержание кислородных соединений в нефти достигает 10%. Основная часть кислорода, содержащегося в нефтях, приходится на долю смолисто-асфальтовых веществ (около 90%). Остальные кислородные соединения представлены органическими кислотами, фенолами, кетонами и эфирами. В нефтях содержатся как неорганические, так и органические соединения серы: элементарная сера, сероводород, тиолы, сульфиды, ди- и полисульфиды, тиофены. Из них основную долю составляют сульфиды и тиофены. Существуют и смешанные серу- и кислородсодержащие соединения - сульфоны, сульфоксиды.
Содержание азота в составе нефтей не превышает 0,3%, а содержание азотистых соединений максимально достигает 10% в высокосмолистых нефтях. Содержание азота в нефтях зависит, главным образом, от географического расположения месторождений и, в меньшей степени, от геологической формации, из которой получена нефть. Нефти с наибольшим содержанием азотистых соединений добываются из третичных отложений.
Смолисто-асфальтовые вещества - сложная смесь наиболее высокомолекулярных компонентов нефти, содержание которых достигает 10-50 % масс. В высококонцентрированном виде смолисто - асфальтовые вещества находятся в природе в виде природных битумов. Смолисто-асфальтовые вещества представляют собой гетероорганические соединения гибридной структуры, включающие в состав молекул азот, серу, кислород и некоторые металлы (Fe, Mg, V, Ni и др.). На долю углеводородной части смолисто-асфальтовых веществ приходится 80-95% всей молекулы. Наиболее богаты смолисто-асфальтовыми веществами молодые нефти ароматического основания. Нефти более старые, алканового основания, содержат смолисто-асфальтовых веществ значительно меньше. инеральным компонентам нефти относят содержащиеся в нефти соли и комплексные органические соединения металлов. Общее содержание их в нефти не превышает 0,03% масс. Часть металлов попадает в нефть при её добыче и транспортировке. В нефтях обнаружены щелочные и щелочно-земельные металлы (Na, K, Ba, Sr, Mg), металлы переменной валентности (d-элементы:V, Zn, Ni, Fe, Mo, Co, W, Cr, Cu, Mn, Pb, Ga, Ag, Ti; p-элементы: Cl, Br, I, Si, Al, B, P ) и др.
1.3Групповой химический состав нефти
Из элементного состава следует, что нефть в основном состоит из углеводородов. Наиболее широко в нефти представлены углеводороды трёх классов: алканы, циклоалканы и арены. Присутствуют также углеводороды смешанного строения. Сравнительно жёсткие условия, в которых в природе находится нефть (температура до 200 0С и более), обусловливает незначительное содержание лишь в некоторых нефтях таких химически активных углеводородов, как алкены и алкины.
Соединения с циклическими и полициклическими структурами преобладают в нефтях, приуроченным к относительно молодым отложениям (третичным), а алифатические структуры более характерны для нефтей из палеозойских отложений. Из неуглеводородных компонентов нефтей известны кислородные, сернистые, азотистые соединения, также смолы и асфальтены, содерджащие и кислород, и серу, и азот, но с не вполне ясной химической природой. Имеются и некотрые другие элементно – органические соединения, но характер их тоже пока не совсем ясен.
Нефть содержит также и минеральные вещества.
1.4 Фракционный состав нефти
Для оценки качества добываемой нефти и выбора методов её дальнейшей переработки большое значение имеет распределение содержащихся в ней углеводородов по температурам кипения. Лабораторные исследования химического состава нефтей начинают с фракционной перегонки: отбирают узкие фракции, выкипающие в пределах двух-трёх, а иногда и одного градуса. В этих фракциях определяют содержание отдельных групп или индивидуальных углеводородов.
При лабораторном техническом контроле от начала кипения до 300 0 С отбирают 10-градусные, а затем 50-градусные фракции.
На промышленных перегонных установках выделяют фракции, выкипающие в более широких температурных интервалах. Такие фракции обычно называют дистиллятами . Перегонку на таких установках вначале проводят при атмосферном давлении, отбирая следующие дистилляты:
- бензиновый (н.к. ÷ 170-200 0 С);
- лигроиновый (160 ÷ 200 0 С);
- керосиновый (180 ÷ 270-300 0 С);
- газойлевый (270 ÷ 350 0 С).
Промежуточные:
- керосино - газойлевый (270 ÷ 300 0 С);
- газойле - соляровый (300 ÷ 350 0 С);
- кубовый остаток - мазут.
Из фракций, выкипающих до 350 0 С, смешением (компаундированием) составляют так называемые светлые нефтепродукты:
бензины авиационные и автомобильные; бензины и лигроины - растворители; керосины - реактивное и тракторное топливо; осветительный керосин; газойли - дизельное топливо. Кубовый остаток (более 350 0 С) - мазут, перегоняют в вакууме для предотвращения разложения компонентов, входящих в его состав, получая масляные дистилляты: соляровый, трансформаторный, веретённый, автоловый, цилиндровый и кубовый остаток - гудрон (или полугудрон). Масляные дистилляты идут на приготовление смазочных масел и пластичных смазок. Из гудрона (полугудрона) получают наиболее вязкие смазочные масла и битум. В зависимости от месторождения нефти имеют отличие по фракционному составу, выражающееся в различном выходе бензиновых, керосиновых и других фракций .1.5.Элементный и изотопный состав нефти
Несмотря на то, что нефть залегает в различных геологических условиях, элементный состав её колеблется в узких пределах. Он характеризуется обязательным наличием пяти химических элементов - углерода, водорода, серы, кислорода и азота при резком количественном преобладании первых двух. Содержание углерода в нефтях колеблется в пределах 83-87%, в природных газах 42-78%. Водорода в нефтях 11-14%, в газах 14-24%. Из других элементов в нефтях чаще всего встречается сера. Её содержание в отдельных нефтях достигает 6-8%. В природных газах сера обычно содержится в виде сероводорода, количество которого иногда достигает 23% (Астраханское месторождение) и даже более 40% (Техас). Содержание кислорода в нефтях иногда достигает 1-2%. В природных газах кислород присутствует преимущественно в виде СО2 , количество которого изменяется от концентраций, близких к нулю, до почти чистых углекислых газов (80% СО2 - Семидовское месторождение в Западной Сибири, 99% СО2 - Нью-Мехико).
Содержание азота в нефтях не превышает 1%, а в природных газах может достигать десятков процентов. Некоторые природные газы почти полностью состоят из азота (85-95 % N2 , месторождение Вест-Брук в Техасе). В природных газах присутствуют гелий, аргон и другие инертные газы. Содержание гелия в газах обычно менее 1-2%, хотя в некоторых случаях оно достигает 10%. Концентрация аргона в газах, как правило, не превышает 1 %, и лишь в некоторых случаях достигает 2 %. В составе нефти в очень малых количествах присутствуют и другие элементы, главным образом металлы: алюминий, железо, кальций, магний, ванадий, никель, хром, кобальт, германий, титан, натрий, калий и др. Обнаружены также фосфор и кремний. Содержание этих элементов не превышает нескольких долей процента, определяется геологическими условиями залегания нефти. Так, основным элементами мезозойских и третичных нефтей является железо. В палеозойских нефтях Волго-Уральской области повышенное содержание ванадия и никеля. Считается, что часть микроэлементов находится в нефти с момента её образования в осадочных породах, а другая часть накапливается в последующий период существования нефтей.
1.6 Определение содержания воды
Вода относится к минеральным примесям нефти наряду с золой, песком и т.д. Сырая нефть- сырье с содержанием воды до 200 - 300 кг/т. Вода является нежелательной примесью и по техническим нормам не допускается в нефтепродуктах. При охлаждении образует кристаллы льда, которые забивают топливные фильтры; при разогреве нефтепродуктов образуется пар, увеличивается давление в трубопроводе, что ведет к их разрыву. Содержание воды в масле усиливает его склонность к окислению, а также ускоряет процесс коррозии металлических деталей.
Присутствуя в карбюраторных топливах, вода снижает их теплотворную способность. Засоряет карбюратор, вызывает закупорку распыляющих форсунок. Т.о., наличие воды усложняет переработку нефти и вредно сказывается на эксплуатационных свойствах нефтепродуктов. Качественный метод определения воды для темных нефтепродуктов - проба на потрескивание: продукт нагревают в пробирке до 150o С в масляной бане. Если наблюдается потрескивание, вспенивание, вздрагивание продукта, то это указывает на наличие воды в нефтепродукте. Количественный метод определения воды в нефтепродукте - метод Дина и Старка. Метод основан на дистилляции смеси воды, содержащейся в пробе, и органического растворителя, не смешивающегося с водой. Дистиллят собирают в калиброванный приемник и измеряют объем перегнанной воды.
1.7 Физические свойства нефти
Физические свойства нефти в пластовых условиях значительно отличаются от свойств дегазированной нефти на дневной поверхности. Это объясняется влиянием на пластовую нефть температуры, давления и растворённого газа. Физические характеристики нефти в пластовых условиях необходимо знать при подсчёте запасов нефти и газа, составлении технологических схем разработки нефтяных месторождений, выборе техники и технологии извлечения нефти из пласта, способа транспортировки нефти. Некоторые вопросы геологической истории решаются с учётом сведений об изменении физических свойств нефтей по разрезу.
Плотностью нефти rн называется масса нефти в единице её объема. Плотность пластовой нефти определяют при анализе проб, отобранных из скважин глубинными пробоотборниками. В пластовых условиях плотность нефти всегда меньше, чем на поверхности, потому что на глубине нефть газированная и горячая. Обычно плотность нефтей находится в пределах 0,82–0,92 г/см3, (или 820–920 кг/м3), но есть нефти с плотностью 0,70 и 1,07 г/см3. Это зависит от группового состава. Нефти с преобладанием метановых углеводородов самые лёгкие, ароматические тяжелее, смолистые самые тяжёлые. В лёгких нефтях высокое содержание низкокипящих фракций (бензин, керосин), а в тяжёлых нефтях больше высококипящих фракций (асфальтены, смолы), поэтому плотность нефти дает первое приближенное представление об её составе. Лёгкие нефти с плотностью до 0,88 г/см3 наиболее цен­ные, так как содержат больше бензиновых и масляных фракций.
Вязкость – свойство жидкости сопротивляться взаимному перемещению её частиц при движении. Вязкость определяется касательной силой, которую нужно приложить к единице площади сдвигаемого слоя, чтобы поддержать в нём течение с постоянным градиентом скорости, равным единице. Эту величину h принято называть динамической вязкостью; она имеет размерность Па с. Вязкость изменяется в широких пределах и зависит от химического и фракционного состава нефти. Температура кипения углеводородов зависит от их строения. Чем больше атомов углерода входит в состав молекулы, тем выше температура кипения. Она повышается в ряду парафины – нафтены – арены. Пределы кипения фракций при атмосферном давлении указаны в пункте 2.2.1. Остаток – это мазут, температура кипения которого выше 350 оС.
Испаряемость – свойство нефтей переходить из жидкого в газообразное состояние при меньшей температуре, чем температура кипения. Углеводородные жидкости испаряются до тех пор, пока газовое пространство над ними будет полностью насыщено углеводородами. Люди чувствуют запах углеводородов. Большое количество лёгких фракций (пропан, бутан) и высокая температура увеличивают скорость испарения. Температура застывания и плавления нефти зависит от содержания в ней твердых парафинов с числом атомов углерода больше 16. Грозненская парафиновая нефть плотностью 0,838 г/см3 застывает при температуре минус 11 оС, а грозненская беспарафиновая плотностью 0,863 г/см3 при минус 20 оС. Смолистые вещества значительно понижают температуру застывания.
Нефть – диэлектрик, поэтому с помощью электрических геофизических методов можно распознавать в скважине нефтенасыщенные пласты. При движении углеводородных жидкостей из-за трения частиц между собой, о стенки трубопроводов и емкостей нефть и нефтепродукты электризуются, возникают заряды статического электричества величиной до нескольких десятков киловольт. Поверхностное натяжение можно уменьшить, добавляя в жидкость поверхностно-активные вещества (ПАВ) – типа стиральных порошков. ПАВ часто применяют при добыче нефти.
Газовый фактор. В условиях пластового давления в нефти всегда растворено некоторое количество газа, достигающее 600 м3 на 1 м3 нефти, иногда и больше. Растворённый газ резко снижает плотность и вязкость нефти, увеличивает её сжимаемость и объём. Объёмный коэффициент – это отношение объема нефти с растворённым в ней газом в пластовых условиях к объёму этой же нефти после дегазации в нормальных условиях. Величина не имеет размерности; обычно объёмный коэффициент равен 1,1–2,0, но бывает и больше трёх. Коэффициент сжимаемости характеризует относительное приращение единицы объёма нефти при изменении давления. Негазированная нефть имеет коэффициенты сжимаемости в диапазоне от 4 10–4 до 7 10–4 1/Па.
Прочие физические свойства: нефть люминесцирует в ультрафиолетовом свете, благодаря чему с помощью люминесцентного анализа можно обнаружить в породе или воде тысячные доли процента нефти. Теплота сгорания характеризуют энергетическую ценность нефтей. Нефть растворима в органических растворителях. В воде при обычных условиях она практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.
2.Характеристика газа
2.1Химический состав газа
Природный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °С) природный газ находится только в газообразном состоянии.
Также природный газ может находиться в виде естественных газогидратов. Природные газы состоят преимущественно из предельных углеводородов, но в них встречаются также сероводород, азот, углекислота, водяные пары. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений, состоят в основном из метана. Газ и нефть в толще земли заполняют пустоты пористых пород, и при больших их скоплениях целесообразна промышленная разработка и эксплуатация залежей. Давление в пласте зависит от глубины его залегания. Практически через каждые 10 м глубины давление в пласте возрастает на 0,1 МПа (1 кгс/см2 ).
В состав газообразного топлива входят горючая и негорючая части. Чем больше горючая часть топлива, тем больше удельная теплота его сгорания. Различия в физико-химических и теплотехнических характеристиках газового топлива обусловлены разным количеством в составе газа горючих и негорючих газообразных компонентов (балластов), а также вредных примесей.
К горючим компонентам относятся следующие вещества:
·1)Водород Н2 . Бесцветный нетоксичный газ без вкуса и запаха, масса 1 м3 которого равна 0,09 кг. Он в 14,5 раза легче воздуха. Удельная теплота сгорания водорода составляет: QB — 12 750 кДж/м3 , 33 850 ккал/кг и 68 260 ккал/моль; Qн — соответственно 10 800 кДж/м3 , 28640 ккал/кг и 57 740 ккал/моль и превышает на теплоту, затрачиваемую на испарение воды, образующейся при сгорании водорода; 1 м3 водорода, сгорая в теоретически необходимом количестве воздуха, образует 2,88 м3 продуктов горения. Водородно-воздушные смеси легко воспламенимы в весьма пожаро - и взрывоопасны.
2)Метан СН4 . Бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. В состав метана входит 75 % углерода и 25 % водорода; масса 1 м3 метана равна 0,717 кг. При атмосферном давлении и температуре —162 °С метан сжижается и его объем уменьшается почти в 600 раз. Поэтому сжиженный природный газ является перспективным энергоносителем для многих отраслей народного хозяйства. Вследствие содержания в метане 25 % водорода (по массе) имеется большое различие между его высшей и низшей удельной теплотой сгорания. Содержание метана в природных газах достигает 98 %, поэтому его свойства практически полностью определяют свойства природных газов.
3) Оксид углерода СО. Бесцветный газ без запаха и вкуса масса 1 м3 которого составляет 1,25 кг; удельная теплота сгорания 13 250 кДж/м3 , 2413 ккал/кг или 67 590 ккал/моль, Увеличение содержания оксида углерода за счет снижения балласта (CO2 + N2 ) резко повышает удельную теплоту сгорания и температуру горения низкокалорийных газов. В высококалорийных газах, содержащих метан и другие углеводороды, увеличение процентного содержания оксида углерода понижает удельную теплоту сгорания газа. При этом образуется 2,88 м3 продуктов горения. Вследствие малого их объема на каждый кубический метр оксида углерода приходится больше теплоты, чем на 1 м3 продуктов горения углеводородов.
4)Азот N2 . Бесцветный газ без запаха и вкуса. Плотность азота равна 1,25 г/м3 Атомы азота соединены между собой в молекуле тройной связью N = N , на разрыв которой расходуется 170,2 тыс. ккал/моль теплоты. Азот практически не реагирует с кислородом, поэтому при расчетах процесса горения его рассматривают как инертный газ. Содержание азота в различных газах колеблется в значительных пределах.
5)Углекислый газ СО2 . Бесцветный газ, тяжелый, малореакционный при низких температурах. Имеет слегка кисловатый запах и вкус. Концентрация СО2 в воздухе в пределах 4—5 % приводит к сильному раздражению органов дыхания, а в пределах 10 % вызывает сильное отравление.
Плотность СО2 составляет 1,98 г/м3 . Углекислый газ тяже­ лее воздуха в 1,53 раза, при температуре — 20 0 С и давления 5,8 МПа (58 кгс/см г ) он превращается в жидкость, которую можно перевозить в стальных баллонах. При сильном охлаждении CO2 застывает в белую снегообразную массу. Твердый СО2 , или сухой лед, широко используется для хранения скоропортящихся продуктов в других целей.
6) Кислород О2 . Газ без запаха, цвета и вкуса. Плотность его составляет 1,43 г/м3 . Присутствие кислорода в газе понижает удельную теплоту сгорания и делает газ взрывоопасным. Поэтому содержание кислорода в газе не должно быть более 1 % от объема.
К вредным примесям относятся следующие газы.
- Сероводород H2 S . Бесцветный газ с сильным запахом, напоминающим запах тухлых яиц, обладает высокой токсичностью. Масса 1 м3 сероводорода равна 1,54 кг. Сероводород, воздействуя на металлы, образует сульфиды. Он оказывает сильное корродирующее воздействие на газопроводы, особенно при одновременном присутствии в газе H2 S , Н2 О и О2 . При сжигании сероводород образует сернистый газ, вредный для здоровья и оказывающий коррозионное воздействие на металлические поверхности. Содержание сероводорода в газе не должно превышать 2 г на 100 м3 газа.
- Цианистоводородная (синильная) кислота HCN . Представляет собой бесцветную легкую жидкость с температурой кипения 26 0 С. Вследствие такой низкой температуры кипения HCN находится в горючих газах в газообразном состоянии. Синильная кислота очень ядовита, обладает корродирующим воздействием на железо, медь, олово, цинк и их сплавы. Поэтому допускается наличие не более 5 г цианистых соединений (в пересчете на HCN ) на каждые 100 м3 газа.
Для того чтобы своевременно обнаружить утечку, все горючие газы, направленные в городские газопроводы, подвергают одоризации, т. е. придают им резкий специфический запах, по которому их легко обнаружить даже при незначительных концентрациях в воздухе помещений. Одоризация газов производится с помощью специальных жидкостей, обладающих сильными запахом. Наиболее часто в качестве одноранта применяют этил меркаптан . При этом запах газа должен ощущаться при концентрации его в воздухе не более 1/5 части нижнего предела взрываемости. Практически это означает, что природный газ, имеющий нижний предел взрываемости, равный 5 %, должен чувствоваться в воздухе помещений при 1 %-ной концентрации. Запах сжиженных газов должен ощущаться при 0,5 %-ной концентрации их в объеме помещения.

2.2 Основные физические свойства газов

Существенное отличие физических свойств газа от физических свойств
нефти, выражается, главным образом, в его незначительной плотности,
высокой упругости, значительно меньшей вязкости, определяет специфику
разработки газовых и газоконденсатных месторождений, заключающуюся в
том, что газ добывают, в основном, фонтанным способом. При этом сложная

и протяженная система газоснабжения от залежи до потребления полностью
герметична и представляет собой единое целое.
Природный газ – это полезное ископаемое в газообразном состоянии. Оно
и?