Нефть и газ

Федеральное агентство  по образованию Российской Федерации

ГОУ ВПО «Пермский  государственный национальный исследовательский  университет»

 

Кафедра геофизики

 

 

Реферат

по петрофизике

на тему: «Нефть и газ»

 

 

Выполнил:

студент 2 курса

 

Проверил:

 

 

 

 

Пермь 2012

 

Содержание

 

 

 

1. Введение

Цель: рассмотреть  нефть и газ как вещество, а  так же их физические свойства.

Задачи: Определить физические свойства нефти и газа, описать приборы для разделения смеси. Рассмотреть разницу между пластовыми и поверхностными нефтью и газом.

 

2. Краткая теория

Нефть  —  жидкий каустобиолит, исходное звено  в классификационном спектре нафтидов. Генетически нефть. представляет собой обособившийся в самостоятельные скопления концентрат жидких, преимущественно углеводородных, продуктов преобразования в осадочной толще захороненного органического вещества. Состоит из углеводородов метанового, нафтенового и ароматического рядов с примесью сернистых, азотистых и кислородных соединений.[1]

Природный газ - это смесь нескольких газов, образовавшаяся в глубинах земли из-за разложения осадочных органических пород. [2]

Природный газ  является полезным ископаемым, которое  добывается, как самостоятельно, так  и в качестве попутного газа при  добыче нефти. Природный газ в естественном состоянии (в земных недрах) присутствует в виде газа в отдельных скоплениях (т.н. газовые залежи), в виде газовой шапки при нефтегазовых месторождениях. Также природный газ может находиться в недрах земли в растворённом состоянии в жидкости (нефть, вода). В стандартных условиях (давление 0,101325 МПа и температура 20 градусов) природный газ находится только в газообразном состоянии. Ещё одно состояние природного газа – газогидраты. [5]

Чистый природный  газ не имеет цвета и запаха. Чтобы можно было определить утечку по запаху, в газ добавляют небольшое количество одорантов, имеющих сильный неприятный запах. Чаще всего в качестве одоранта применяется этил-меркаптан - т. н. одорант.

Природный газ  широко применяется как топливо на электростанциях, в чёрной и цветной металлургии, цементной и стекольной промышленности, при производстве стройматериалов и для коммунально-бытовых нужд, а так же как сырье для получения органических соединений при синтезе. [2]

 

3. Физически свойства нефти

Физические  свойства нефтей. Измерение физических параметров нефтей позволяет определить их товарные качества. Некоторые параметры (плотность, вязкость и др.) используются при расчете и проектировании разработки месторождений, нефтепроводов, транспортирования нефти и т. д. В геологии из физических параметров наибольшее значение имеют плотность, оптическая активность, люминесценция и некоторые другие. [3]

Плотность определяется количеством массы в единице объема. Единицей плотности является кг/м3. На практике пользуются относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20 °С к плотности воды при 4 °С. Плотность (относительная) нефтей колеблется чаще всего в пределах 0,82—0,92. Как исключение встречаются нефти плотностью меньше 0,77 (дистилляты естественного фрак­ционирования нефтей) и тяжелые, густые асфальтоподобные нефти, плотность которых превышает 1,000 (остатки естественного фракционирования). Различия в плотности нефтей связаны с количественными соотношениями углеводородов отдельных классов. Нефти с преобладанием метановых углеводородов легче нефтей, богатых ароматическими углеводородами. Плотность смолистых веществ нефти выше 1,000, поэтому чем больше их в нефти, тем выше ее плотность.

Плотность нефти  зависит от соотношения количества легкокипящих и тяжелых фракций. Как правило, в легких нефтях преобладают легкокипящие (бензин, керосин), а в тяжелых—тяжелые компоненты (масла, смолы). Поэтому плотность нефти дает первое приближенное представление о ее составе.

Плотность нефтей в пластовых условиях меньше, чем  на зем­ной поверхности, так как  в пластовых условиях нефти содержат растворенные газы.

Температура кипения  углеводородов зависит от их строения. Чем больше атомов углерода входит в состав моле­кулы, тем выше температура кипения. У нафтеновых и арома­тических углеводородов, у которых атомы углерода соединены в циклы (кольца), температура кипения при равном количестве атомов углерода выше, чем у метановых. Природная нефть содержит компоненты, выкипающие в широком интервале тем­ператур—от 30 до 600 °С. [3]

Застывание  и плавление нефтей происходит при различных температурах. Обычно нефти в природе встречаются в жидком состоянии. Однако некоторые нефти загустевают при незначительном охлаждении. Температура застывания нефти зависит от ее состава. Чем больше в ней твердых парафинов, тем выше ее температура застывания. Смолистые вещества ока­зывают противоположное влияние — с повышением их содержания температура застывания понижается. [17]

Вязкость—свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц при движении. Различают динамическую (абсолютную) вязкость нефти, кинематическую и относи­тельную (удельную, условную).

Динамическая  вязкость выра­жается величиной сопротивления  взаимному перемещению двух слоев жидкости с поверхностью 1 см2, отстоящих друг от друга на 1 см, при относительной скорости перемеще­ния 1 см/с. За единицу динамической вязкости принят пуаз (П) с размерностью дин*с/см2.

Кинематическая  вязкость представляет собой отношение  динамической вязкости данной жидкости к ее плотности при той же температуре. Единица кинематической вязкости – стокс, равный см2/с (в системе СИ — м2/с).

Условная вязкость – отношение времени истечения  из вискозиметра определённого объёма жидкости ко времени истечения такого же объёма дистиллированной воды при 20 °С.

Из различных  углеводородов, составляющих нефть, наименьшей вязкостью обладают парафиновые, а наибольшей—на­фтеновые. [16]

Испаряемость. Испарение – процесс перехода жидкости у поверхности на открытом воздухе из жидкого состояния в парообразное. При этом нефть теряет наиболее лёгкие фракции. Если нефть находится в закрытых резервуарах, то при определённых условиях возможно испарение до какой-то предельной величины. Давление паров данной жидкости, находящихся в равновесии с ней, называют упругостью паров жидкости. [1]

Давление  насыщения. В пластовых условиях важным свойством нефти является давление насыщения нефти газом. Это наименьшее давление, при котором нефть полностью насыщается газом, или давление, при незначительном снижении которого из смеси появляются пузырьки газа. [16]

Температуры вспышки, воспламенения, самовоспламенения, плавления и застывания. Температура, при которой смесь паров нагреваемого нефтепродукта и воздуха вспыхивает при поднесении к ней огня, называется температурой вспышки. При этом нефтепродукт нагревается в строго определённых условиях, а вспыхнувшее пламя мгновенно затухает. Температура вспышки ниже, если легче фракция нефти. Так, температура вспышки бензиновых фракций до минус 40°С, керосиновых – 28-60°С, масляных – 130-325°С. По температуре вспышки судят о чистоте получаемых при перегонке фракций нефти, о возможности  образования взрывчатых смесей.

Если после  определения вспышки продолжать нагревание нефтепродукта, то при определённой температуре после поднесения пламени огня пары загорятся вновь и не гаснут в течение некоторого времени. Эта температура называется температурой воспламенения.

Если нефтепродукт нагреть до высоких температур, то после соприкосновения с воздухом он может самопроизвольно воспламениться. Эта температура называется температурой самовоспламенения. Сравнительно легко самовоспламеняются высококипящие нефтепродукты (тяжёлые нефтяные остатки – 300-350°С).

Под температурой плавления твёрдых нефтепродуктов (парафина, церезина) понимают температуру, при которой нефтепродукт из твёрдого состояния переходит в жидкое (в строго определённых условиях).

Температура, при  которой нефтепродукт в определённых условиях испытания теряет подвижность, называется температурой застывания нефтепродукта. Эта температура зависит от содержания в нефтепродуктах твёрдых при обычной температуре углеводородов, т. е. парафинов и церезинов. [12]

Удельная  теплоёмкость. Удельная теплоёмкость нефти – количество тепла, которое необходимо затратить для нагревания 1г нефти на 1°С. Удельная теплоёмкость колеблется в пределах 0,4 – 0,5 кал (г*°С)-1­­­­. С повышением плотности нефти она уменьшается. [3]

Теплотворная  способность. Теплотворная способность нефти – количество тепла, которое выделяется при сгорании 1 кг нефти. Низшая теплота сгорания нефти изменяется от 10300 до 10800 ккал/кг, увеличиваясь с уменьшением плотности. [3]

Растворимость. Нефти и нефтепродукты легко растворяются в органических растворителях: бензине, хлороформе, сероуглероде и др. Растворимость нефти в воде мала. Так, в 1м3 воды может раствориться 270г керосина. Нефть и её продукты являются хорошим растворителем для ряда веществ: йода, серы, каучука, многих смол и растительных и животных жиров. Нефть ничтожно мало растворяет воду в количествах, измеряемых тысячными долями процента. [3]

Электропроводность. Нефть и её производные по отношению к электрическому току являются изоляторами. [1]

 Газовый  фактор. Количество газа, приходящееся на 1т нефти, называется газовым фактором. В пластовых условиях распределение каждого углеводорода между жидкой и газообразной фазами будет находиться в соответствии с давлением паров при данной температуре. Газ, не перешедший в жидкую фазу в пластовых условиях, может находиться в разных состояниях в зависимости от давления насыщения (свободном, растворённом, адсорбированном и т. д.). [3]

 

4. Физические свойства природного газа

Плотность газов существенно зависит от давления и температуры. Она может измеряться в абсолютных единицах (г/см3, кг/м3) и в относительных. При давлении 0,1 МПа и температуре 00С плотность газов примерно в 1000 раз меньше плотности жидкости и изменяется для углеводородных газов от 0,0007 до 0,0015 г/см3 (в зависимости от содержания в газе легких и тяжелых углеводородов).

Относительной плотностью газа называют отношение плотности газа при атмосферном давлении  (0,1 МПа) и стандартной температуре (обычно 00С) к плотности воздуха при тех же значениях давления и температуры. Для углеводородных газов относительная плотность по воздуху изменяется в пределах 0,6?1,1. [4]

Растворимость углеводородных газов в жидкости при неизменной температуре определяют по формуле

S = aPb ,

где S – объем газа,  растворенного в единице объема жидкости, приведенной к стандартным  условиям; Р – давление газа над  жидкостью, a ? коэффициент растворимости газа в жидкости , характеризующий объем газа (приведенный к стандартным условиям), растворенный в единице объема жидкости при увеличении давления на 1МПа;   b- показатель, характеризующий степень отклонения растворимости реального газа от идеального. Значение a и b зависят от состава газа и жидкости.  

Коэффициент растворимости a для нефтей и газов основных месторождений России изменяется в  пределах 5?11 м3/м3на 1МПа. Показатель b изменяется в пределах 0,8?0,95.

На многих месторождениях природный газ первоначально существует в растворенном состоянии в нефти и выделяется из раствора только при снижении давления. Чем больше снижается давление, тем больше выделяется газа из раствора. То давление, при котором газ начинает выделяться из нефти, называется давлением насыщения нефти газом. [4]

Вязкость нефтяного газа при давлении 0,1 МПа и температуре 00С обычно не превышает 0,01МПа·с. С повышением давления и температуры она незначительно увеличивается. Однако при давлениях выше 3 МПа увеличение температуры вызывает понижение вязкости газа, причем газы, содержащие более тяжелые углеводороды, как правило, имеют большую вязкость. [4]

Теплоемкость  газа. Теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для нагревания единицы веса или объема этого вещества на 10С. Весовая теплоемкость газа измеряется в кДж/кг, а объемная в кДж/м3. [12]

Теплота сгорания газа. Теплота сгорания какого-либо вещества определяется количеством тепла, выделяющимся при сжигании единицы веса или единицы объема данного вещества. Теплота сгорания газов выражается в кДж/кг и кДж/м3 и является основным показателем, характеризующим газ или топливо. [2]

Если при постоянной температуре  повышать давление какого-либо газа, то после достижения определенного  значения давления этот газ сконденсируется, т.е. перейдет в жидкость. Для каждого газа существует определенная предельная температура, выше которой ни при каком давлении газ нельзя перевести в жидкое состояние.

Наибольшая температура, при которой газ не переходит  в жидкое состояние, как бы велико ни было давление, называется критической температурой.

Давление, соответствующее  критической температуре, называется критическим давлением. Таким образом, критическое давление – это предельное давление, при котором и менее которого газ не переходит в жидкое состояние, как бы ни низка была температура. Так, например, критическое давление для метана = 4,7 МПа, а критическая температура - 82,5 ⁰С. [3]

Природные газы могут воспламеняться или взрываться, если они смешаны  в определенных соотношениях с воздухом и нагреты до температуры их воспламенения при наличии открытого огня.

Минимальные и максимальные содержания газа в газовоздушных  смесях, при которых может произойти  их воспламенение, называются верхним  и нижним пределом взрываемости. Для метана эти пределы составляют от 5 до 15%.  Эта смесь называется гремучей и давление при взрыве достигает 0,8 МПа. [17]

 

5. Типы залежей нефти и газа

Залежью называется единичное скопление нефти и  природного газа. Залежи могут быть промышленными или непромышленными в зависимости от их размеров и запасов углеводородов, содержащихся в них. Если скопление достаточно велико и рентабельно для разработки, оно называется промышленной залежью. Понятие о промышленной и непромышленной залежи весьма условное По мере развития методов и техники извлечения жидких и газообразных углеводородов из недр земли некоторые залежи, ранее считавшиеся непромышленными, могут быть переведены в разряд промышленных и введены в разработку. [5]