Мұнайдың құрамы. Мұнайдың физикалық және химиялық қасиеттері

                                                              n  =  m/ r ,                   

 m - динамикалық тұтқырлық, кг/(м сек); n - абсолюттік тығыздық, кг/м³.

Кинематикалық тұтқырлықтың СИ системасындағы өлшем бірлігі       м ²/сек ,   СГС системасында– стокс (ст)  - 1 см²/сек

Кинематикалық тұтқырлық мұнай негізіндегі  майлардың физика-механикалық сипаттамасының негізі болып саналады.

Сонымен бірге  шартты тұтқырлық деген ұғым бар.

Шартты  тұтқырлық деп көлемі 200 мл мұнай өнімінің берілген температурадағы вискозиметрден ағып өткен уақытының дәл сол температурада көлемі сондай судың вискозиметрден ағып өткен уақытына қатынасын айтады. Шартты тұтқырлық салыстырмалы шама, сондықтан өлшем бірлігі болмайды. Оны шартты градуспен (ВУ⁰) өрнектейді.

Шартты тұтқырлық  мәнін мұнай өнімдерін практика тұрғысынан сипаттау үшін қолданады.  

        Динамикалық және кинематикалық  тұтқырлықтарды капиллярмен жабдықталған  арнайы шыныдан жасалған вискозимерлерде  анықтайды. Көптеген мұнай өнімдерінің  шартты тұтқырлықтарын металдан  жасалған вискозиметрлерде анықтайды. Шартты тұтқырлықты кинематикалық тұтқырлыққа номограмма көмегімен ауыстырады:

 

                                  n_t = 0,0731ВУ_t  - 0,0631/ВУ_t  ,

 

мұндағы  n_t - температурадағы кинематикалық тұтқырлық; ВУ_t – t температурадағы шартты тұтқырлық.

 

Температуралық қасиеттері

 

Лап ету температурасы (температура вспышки) деп белгілі бір стандартты жағдайда мұнай өнімдері буының ауамен қоспасы қопарылғыш зат болып келетін және отты жақындатқанда лап ете түсетін температураны айтады. Ол мұнай өнімдерінің фракциялық құрамына байланысты. Айдау температурасы төмен болған сайын мұнай өнімінің лап ету температурасы да төмен болып келеді.

 

Тұтану температурасы (температура воспламенения) деп мұнай өнімін қыздырып, сонан соң оған отты жақындатқанда 5 сек. кем емес уақыт бойы жанатын  температураны айтады. Тұтану температурасы әрқашан жарқылдау температурасынан жоғары болады. Өнім ауыр болған сайын жарқылдау және тұтану температуралары арасындағы айырмашылық өсе түседі. 

Өздігінен тұтану температурасы (температура самовоспламене-ния) деп мұнай өнімін қыздырғанда оның ауамен қоспасы отты жақындатпаса да өздігінен тұтана алатын температураны айтады. Ол мұнайдың фракциялық құрамына байланысты. Мұнайдың ауыр фракциялары 300-350⁰С температурада өздігінен тұтанады, ал бензиндер 500⁰С-тан жоғары температурада ғана өздігінен тұтанады .

Қату температурасы деп мұнайдың құраушы бөліктерінің тұтқырлығы жоғарылап, ағу қасиетін жоғалтатын немесе қозғалғыштығы күрт төмендейтін, тіпті кейде құрамындағы кейбір көмірсутектер кристалл және тұнба түрінде бөлінетін температураны айтады. Ол мұнайдың төменгі температурада ағу қабілетін жоғалту қасиетін сипаттайды.

 

Электрлік қасиеттері

Сусыздандырылған  мұнай мен мұнай өнімдері диэлектриктер  болып саналады. Жоғары диэлектрлік  қасиетінің нәтижесінде мұнай өнімдері мен мұнайдың беттінде статикалық электр зарядтары жиналады.  Статикалық электр заряды жарқыл тудырып, нәтижесінде мұнай өнімдерінің қопарылуы немесе өртенуі мүмкін.

 

Оптикалық қасиеттері

Мұнай мен мұнай  өнімдеріне флуоресценсия мен оппаласценсия (жарықтың шашырау) құбылыстары тән.

 

Ерігіштік

Мұнайда йод, күкірт, күкіртті сутек, күкіртті қосылыстар, шайырлар, өсімдіктер мен жануарлар  майлары, ауа, көміртек оксидтері, газды  алкандар және т.б. жақсы ериді. Мұнай  мен мұнай өнімдері суда іс жүзінде  ерімейді.

 

Жылулық қасиеттері

Мұнайдың жылуөткізгіштік, жылусыйымдылық және басқа да жылулық-физикалық  қасиеттері оның құрамындағы көмірсутектердің молекулалық массасына және молекулалық  құрамына байланысты.  Жылуөткізгіштік  температураға да байланысты. Жоғары жылуөткізгіштік алкандарға, би- және үшциклдік тармақталған құрылымдарға тән.

      Жылусыйымдылық тығыздық пен  температураға да тәуелді. Алкандардың  жылу өткізгіштігі ең жоғары, ал ароматты көмірсутектердікі  - ең төмен болып саналады. 

 

Сұйықтар  мен газдардың энтальпиясы 

 

Сұйықтың энтальпиясы деп  массасы 1 кг сұйықтың температурасын 0⁰С-тан берілген температураға дейін қыздыру үшін жұмсалатын жылудың кДж алынған мөлшерін айтады. 

Будың энтальпиясы деп сұйықты қайнау температурасына дейін қыздыруға қажетті жылудың мөлшерін айтады.

       Жану жылуы деп 1м³ сұйық немесе қатты отын толығымен жанғанда бөлінетін жылудың (кДж) мөлшерін айтады.

                                                   

4. Мұнай, газ және газконденсатты кеніштердің  геологиялық-физикалық сипаттамалары

4.1 Мұнай және газ коллекторларының физикалық қасиеттері

 

Мұнай және газ кеніштеріндегі өнімді қабатты құрайтын жарық пен коверналы жыныс және оның түйіршіктерінің арасындағы қуысты қанықтырады. Көптеген мұнай газ кен орындары шөгінді жыныстарға – жақсы мұнай коллекторларына негізделген (құмдар, құмайттар, конглемераттар бұлқынған жыныстардан және жарықтардан табады, бірақ бұл жиналымдардың, әдетте өндірістік мәні жоқ.

Мұнай және газ кен  орындарын құрайтын тау жыныстары, олардың қасиеттеріне байланысты әр түрлі рөлді атқарады. Ірі қуыстарының саны көп болатын олардың кейбіреулері – мұнай мен газ резервуарлары (мұнай мен газ кеніштері), ал саз балшық, тақта                                                                                                 үшін мүлдем өткізгіштігі жоқ – олардың жиналуына септігін тигізетін, өнімді коллекторының табиғи қалпақшасы.

Кен орынның өндірістік құндылығы оның өлшемдерімен ғана анықталып  қоймай, ал айтарлықтай дәрежеде коллектордың физикалық қасиеттерімен, қабат  сұйықтары мен газдардың, сонымен қатар қабат энергиясының түрімен, қорымен де анықталады.

 

4.2 Тау жыныстарының кеуектілігі

 

Тау жыныстарының кеуектілігі  деп онда қатты заттармен толтырылмаған  қуыстың бар болуын түсінеміз.

Толық (немесе абсолюттік) кеуектілік коэфициенті деп – барлық қуыстар V_пор көлемінің қосындысының жыныстың көлеміне V₀ қатынасын айтамыз, яғни

 

m = V_пор/V₀

 

Кейде жыныстың кейектілігін пайызбен өрнектейді, яғни

 

m = (V_пор/V₀)*100%

 

Жыныстың толық кеуектілік коэфициентін мұнайдың абсолютті қорын бағалау кезінде сонымен қатар қабаттардың немесе сол қабаттың бөлімдерін салыстыру үшін қолданылады.

Ортаның қасиеттері, айтарлықтай, дәрежеде қуысты арналардың өлшемдерімен анықталады, олар капиллярлы және субкапиллярлы  болып бөлінеді. Капилярлы деп диамерті 0,0002-ден 0,5мм.-ге дейінгі аралықта болатын арналарды жатқызу қабылданға, ал субкапиллярлы деп диаметрі 0,0002мм.-ден кіші арналар жатады.

Субкапиллярлы қуыстарда, табиғи жағдайларда, қысым түсуінің байқалуы кезінде сұйық қозғалысы  байқалмайды. Бұл былай түсіндіріледі, арналар қабырғасының арасындағы қашықтықтың үлкен еместігінің есебінен субкапиллярлы қуыстағы сұйық қабырғаларға молекулярлы тартылысының өрісінде болады және қуыстарда берік ұсталып отырады. Сұйықтар мен газдар сол сияқты изоляцияланған және бір-бірімен байланыссыз қуыстардада қозғалыссыз болады. Сондықтан құрамында мұнай болатын жыныстарды сипаттау үшін толық кеуектіліктен басқа, оның ашық кеуектілік коэфициенті енгізіледі. Кейбір тау жыныстарының толық кеуектілік (%-да) коэфициенті.

Саз балшықты тақтатастар  0,54-1,4

Саз балшықтар                      6-50,0

Құмдар                                   6-52,0

Құмайыттар                           3,5-29,0

Әк тас пен доломиттер         0,65-38,0

Жыныстың кеуектілігінің біраз шектілі өзгеруі – келесілердің әсер етуімен түсіндіріледі: түйіршіктердің өзара орналасуы, олардың пішіні, өлшемдері бойынша түйіршіктердің біртекті емстігі, цементтелу үрдісі, тұздардың шөгуі мен еруі және тағы басқа. Соның ішінде айта кететіні құмның ұсақталған құрамы бір текті емес болған сайын кеуектілік аз болады, өйткені майда түйірлер ірі түйірлердің арасындағы қуысты толтырып тастайды да жалпы кеуектілікті азайтады.

4.3 Жыныстың ұсақталған (механикалық) құрамы

Тау жынысының құрамында  түйірлер (массалар) саны пайызбен көрсетілген, әр түрлі іріліктегі түйірлердің болуы ұсақталған (механикалық) құрам деп атайды.

Көптеген зерттеулер көрсеткендей ұсақталған құрамға кеуектілік ғана емес, қуысты ортаның басқа  да маңызды қасиеттері де тәуелді - өткізгіштік, меншікті алаң (удельная поверхность), т.б. Бастапқы зерттеулер кезінде жынысты механикалық талдау – шөгінді жыныстың генезисін, соның ішінде мұнай кен орындарының генезисін болжауға мүмкіншілік береді. Өйткені ұсақталған құрам бойынша қабаттардың геологиялық және полеографиялық орналасу шарттары туралы айтуға болады.

Кен орнын игеру барысында  жүргізілетін механикалық талдау нәтижелерінің  негізінде мұнай скважиналарының  түбін жабдықтау үшін, оған құмның кіріп кеуінен сақтандыратын  сүзгіні таңдап алады: құмайытты  тағындырды жуудың режимін таңдайды және т.с.с.

Осылайша механикалық  талдау жыныс қасиетін және олардың  шығу тегін зерттеу үшін де, сол  сияқты мұнай кәсіпшіліктегі тәжірибелерде  де кеңінен қолданылады.

Жыныстың механикалық  құрамы еленген және сидеминтациялық талдау жолымен анықталады. Сусымалы тау жыныстарының еленген анализі, (әр түрлі тесігі бар електер) құрамында өлшемі 0,05мм.-ден және одан жоғары фракциялардың болуын анықтау үшін, ал сұйық ішінде әр түрлі өлшемдегі бөлшектердің шөгу жылдамдықтарының  айырмашылығына негізднлген седиментациялық анализ құрамында өлшемі 0,05мм. кіші болатын бөлшектердің болуын анықтау үшін қолданылады.

4.4 Тау жыныстардың өткізгіштігі

 

Тау жынысының өткізгіштігі деп – сұйықтар мен газдардың  сүзілу (фильтрация) қабілетін түсінеміз.

Мұнай және газ кен  орындарын игеру кезінде қуысты ортада мұнай, газ, су немесе мұнай-су-газды  қоспа қозғалады. Қозғалатын заттан немесе қоспалардан қозғалу сипаты қандай екеніне байланысты, сол бір  ортаның өткізгіштігі әр түрлі болуы  мүмкін. Сондықтан құрамында мұнай болатын жыныстардың өқткізгіштігін сипаттау үшін абсолютті, тиімді (немесе фазалы) және салыстырмалы өткізгіштік деген ұғымды енгіземіз.

Абсолютті өткізгіштік деп қуысты орта тек қана қарастырып отырған фазамен толтырылды деген жағдайда тек қандай да бір фзаның (газ немесе сұйық) сүзілінуі байқалатын қуыс ортаның өткізгіштігі айтылады. Абсолютті өткізгіштік коэфициенті теория жүзінде тек қана жыныстың физикалық қасиеттерін сипаттайды. Бірақ та сұйықтың қуысты ортада қозғалу кезінде оның өткізгіштігіне сұйықтың физика-химиялық қасиеттері әсер етеді. Сондықтан абсолюттік өткізгіштік ретінде газ (азот) бойынша анықталған жыныстың өткізгіштігін есептеуі анықталған.

Тиімді (немесе фазалы) өткізгіштік деп қуыстың құрамында көп фазалы жүйенің болуы кезіндегі берілген газ немесе сұйық үшін арналған жыныстың өткізгіштігі айтылады. Фазалы өткізгіштік жыныстың тек физикалық қасиетіне ғана тәуелді болып қоймай оның сұйық немесе газбен қанығуына, олардың физика-химиялық қасиеттеріне және әсер етуші қысымның градиенттеріне де байланысты болады.

Қуысты ортаның салыстырмалы өткізгіштігі деп осы ортаның тиімді өткізгіштігінің абсолютікке қатынасын айтамыз.

Жыныстың өткізгіштігін  анықтау кезінде Дарсидің сүзілу формуласын пайдалануға болады, ол бойынша қуысты ортадағы фильтрация жылдамдығы қысым түсуіне пропорционал:

 

v = Q/F = (k/µ)*(dp/L)

 

мұндағы: v - сызықты фильтрация жылдамдығы, Q – жыныс арқылы сұйықтың көлемдік шығыны, F – фильтрация ауданы, k – пропорционалдық коэфициент, немесе жыныстың өтгізгіштік коэфициенті, µ - сұыйқтың динамикалық тұтқырлығы, dp –  ұзындығы, L – үлгінің соңы бойынша қысым түсуі.

Ұзындығы үлкен емес үлгілерді зерттеу кезінде орташа қысым:

 

p = (p₁+p₂)/2

 

бұл жердегі р₁ және р₂ – үлгіге кіру және жеріндегі қысым.

Мұнай коллекторының өткізгіштігі тек сол бір ғана қабаттың аралығында мәнін кең көлемінде өзгертеді. Мұнай мен газдың скважина түбіне ағысы жоғары, қысымы бар, қабатты жыныстың өткізгіштігі онша емес кезінде де байқалады (мысалға, 10-20мД және төмен). Көптеген мұнайлы және газды қабаттардың өткізгіштігі әдетте бірнесе жүз миллидарси құрайды.

Табиғи коллекторға  тән ерекшелік: өткізгіштік мәні қабаттардың орналасуына перпендикуляр  бағытына қарағанда, қабаттардың орналасуына  көбіне параллель бағытына көбірек. Бұл қабаттардың орналасуына перпендикуляр хыныстардың өте көп тығыз болуымен және седиментация жағдайларымен түсіндіріледі. Жыныстардың жату шарттарын зерттеу қабаттардың тік бойынша күрделі құрылысы бар екенін көрсетеді. Нәтижесінде жату алаңы бойынша да жыныстардың өткізгіштігі кенң аралықта өзгеруі мүмкін.