При эксплуатации нефтяных скважин по пласту к их забоям движется так называемая пластовая нефть. Эта нефть имеет исключительно сложный состав. В ней методами химического анализа можно обнаружить значительную часть элементов периодической системы Д.И.Менделеева. Конечно, большинство из них содержится в нефти в очень малых количествах. Главными компонентами нефти являются: углерод - до 87%, водород - до 12%, кислород, азот, сера. Именно эти элементы образуют многочисленные соединения, отличающиеся многообразием свойств.
Значительную часть нефти составляют углеводороды - предельные (СпН2п+^, нафтеновые (СпН2п), ароматические (С„Н2п.2). Молекулярные массы углеводородов, входящих в состав нефти, самые разнообразные, как и их свойства. Основную массу составляют жидкие углеводороды. Но кроме них в нефти содержатся и твердые углеводороды - парафины. Парафины либо растворены в нефти, либо образуют коллоидный раствор или сравнительно грубую суспензию. Полностью в растворенном состоянии парафины находятся в пластовой нефти, когда пластовая температура выше температуры кристаллизации парафина.
|
|
Кроме жидких и твердых углеводородов в нефти содержатся и газообразные углеводороды - от метана до бутана. Особенно много газообразных углеводородов в пластовой нефти. Эти углеводороды растворены в нефти и выделяются из нее лишь при снижении давления ниже давления насыщения.
Много в нефти и комплексных соединений. Среди них первое место по количеству занимают смолы. Смолы состоят из углерода, водорода, кислорода, азота. В их состав входят также сера и ряд других элементов - ванадий, никель,железо, магний, но в очень небольших количествах. Смолы представляют собой вязкие жидкости коричневого цвета с различными оттенками. Плотность их около 1 и несколько выше. Молекулярная масса 800-1000. Смолы растворяются в жидких углеводородах - предельных, нафтеновых и ароматических.
Сходный со смолами состав имеют асфальтены - наиболее высокомолекулярные соединения нефти. В состав асфальтенов входят углерод, водород, кислород, азот, сера, но соотношения между количеством этих атомов иное, чем в смолах. Больше в асфальтенах содержится и таких элементов, как железо, ванадий, никель и др. В специальной литературе указывается, что асфальтены представляют собой продукт конденсации молекул смол. У асфальтенов молекулярная масса выше 1000. Асфальтены представляют собой черное твердое вещество с плотностью более 1.
Асфальтены не растворимы в предельных углеводородах, частично растворимы в нафтеновых углеводородах и лучше растворяются в ароматических углеводородах. Из-за плохой, в общем, растворимости в углеводородах асфальтены нефти не образуют истинных растворов. Поэтому нефти, содержащие асфальтены, представляют собой коллоидные системы, дисперсной фазой которых являются частицы асфальтенов.
|
|
Содержание в нефти смол и асфальтенов может быть самым различным (табл. 1.1). Количество смол может доходить до 60% масс, а асфальтенов - до 16% масс. Известны нефти, в которых очень мало смол, а асфальтены отсутствуют. Это так называемые белые нефти, обнаруженные в свое время на Сура-ханском месторождении недалеко от г. Баку. В начале 60 гг. было открыто месторождение такой нефти близ села Маркове в верховьях реки Лены.
Нефти месторождений Урало-Поволжья смолистые, в них количество смол доходит до 25%, а асфальтенов - до 10% масс.
Состав нефти определяет ее физические свойства - плотность и вязкость. Чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность и вязкость. Корреляционные зависимости между плотностью и содержанием в нефти смол и асфальтенов получены экспериментальным путем для нефтей различных районов. Они приводятся во многих руководствах.
Асфальтены и смолы оказывают сильное влияние на вязкость нефти. Более того, нефть, содержащая значительное количество асфальтенов, имеет, как оказалось, непостоянную вязкость. При большом количестве парафинов в нефти ее вязкость тоже оказывается переменной, зависящей от скорости сдвига. Эти особенности реологических свойств нефти обусловлены коллоидным состоянием диспергированных в ней парафинов или асфальтенов.
К числу неуглеводородных компонентов нефти относится азот, который оказывается растворенным в пластовой нефти и часто в значительных количествах. Например, в пластовой нефти нижнего карбона Арланского месторождения содержание азота доходит до 8-9 м3/т. Добытая из скважин нефть в газосепараторах теряет большую часть свободного азота. Азот остается лишь в адсорбированном состоянии на частицах асфальтенов.
В пластовых нефтях многих месторождений содержится незначительное количество двуокиси углерода.
Содержание пара | фина, асфальтенов и смол в не | -Таблица-1.1 фтях месторождений | ||||
Нефть месторождений * | Содержание, % вес | |||||
Парафина | Смол силикагелевых | Асфальтенов | ||||
пределы изменения | среднее содержание* | пределы изменения | среднее содержание | пределы изменения | среднее содержание | |
Башкирии | 2,1-6,8 | 3,71 | 9,6 - 26,8 | 17,32 | 1,2 - 9,5 | 5,18 |
Татарии | 3,3-5,1 | 4,12 | 5,1-15,1 | 11,19 | 1,8-7,4 | 4,22 |
Куйбышевской области | 2,9- 10,2 | 5,74 | 2,3 - 32,8 | 8,61 | 0,1-18,1 | 2,52 |
Волгоградской области | 0,8-8,51 | 4,26 | 2,0 - 13,0 | 6,47 | 0-1,8 | 0,71 |
Пермской области | 2,0-10,4 | 4,61 | 2,9-29,1 | 13,50 | 0-8,9 | 2,90 |
Оренбургской области | 1,9-7,1 | 4,47 | 2,9 - 24,8 | 13,32 | 0,2 - 24,0 | 3,63 |
Удмуртии | 2,7 - 7,0 | 4,69 | 11,7-30,2 | 19,4 | 2,1 - 16,9 | 6,88 |
Астраханской области | 3,8 - 26,0 | 14,77 | 2,8 - 10,4 | 5,88 | 0,1-2,5 | 1,22 |
Коми | 1,4-7,9 | 4,03 | 5,0 - 29,4 | 4,62 | 0,1-3,7 | 1,56 |
Саратовской области | 6,6-10,4 | 8,78 | 4,4 -9,5 | 7,5 | 0,2 - 0,6 | 0,47 |
Шаимского н/г района (Западная Сибирь) | 0,2 - 7,8 | 4,57 | 0,4-10,9 | 5,72 | 0,3 - 4,5 | 1,22 |
Нижневартовского н/г района (Зап. Сибирь) | 1,7-4,4 | 2,66 | 0,7-11,5 | 7,19 | 0,3 - 4,2 | 1,53 |
Казахстана (месторождение Узень) | 15,7- 28,6 | 18,10 | 0,3 - 3,3 | 1,59 | 12,8 -15,8 | 14,4j| |