СОСТАВ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ

Нефть– разновидность горных пород. Вместе с другими горючими осадочными породами (торф, бурый и каменный уголь, антрацит и другие), но не твердыми, а жидкими она образует семейство каустобиолитов, семейство горючих органических пород.

Для нефти характерен резкий специфичный запах и маслянистость на ощупь.

По консистенции нефти бывают легкоподвижные, текучие, высо­ковязкие, почти не текучие, застывающие при нормальных условиях.

Нефти обычно имеет темный цвет, который может изменяться от зеле­новато-бурого до чёрного. Известны нефти и желтого, синего, красного цветов и даже прозрачные, так называемые, белые нефти. Цвет и консистенция зависят преимущественно от содержания в них смол и асфальтенов. Чем их больше, тем темнее цвет нефти и более вязкая консистенция.

Введём следующие понятия:

Пластовая нефть → газожидкостная нефтяная система.

Сырая нефть → трёхфазная система, содержащая нефть, растворён­ный газ, пластовую воду и механические примеси.

Товарная нефть → однофазная нефтяная система, подготовленная к поставке потребителю в соответствии с требованиями, действующих норма­тивных и технических документов, принятых в установленном порядке (ГОСТ Р 51858–2002).

Состав нефти

Различают элементный, фракционный, групповой и вещественный со­ставы нефти. Основными элементами соединенийнефти являются углерод (83,5–87 %) и водород (11,5–14 %). Кроме того, в нефти присутствуют:

серав количестве от 0,1 до 1–2 %, иногда её содержание может дохо­дить до 5–7 %, во многих нефтях сера практически отсутствует;

азотв количестве от 0,001 до 1, иногда до 1,7 %;

кислородвстречается не в чистом виде, а в различных соединениях в количестве от 0,01 до 1 % и более, но не превышает 3,6 %.

В нефти присутствуют также железо, магний, алюми­ний, медь, олово, натрий, кобальт, хром, германий, ванадий, никель, ртуть, золото и прочие. Cуммарное содержание их менее 1 %.

Фракционный составнефти показывает содержание в ней различных фракций, выкипающих в определенных температурных интервалах, и отра­жает соотношение соединений в них.

Фракцией называется доля нефти, выкипающая в определенном интер­вале температур. Нефти выкипают в очень широком интервале температур (н.к.–к.к.) от 28 (изо-С₅) до 520–540 °С.

Фракционный состав нефти определяется стандартным методом по резуль­татам лабораторных испытаний при разделении (разгонки) компонен­тов нефти на аппарате АРН-2 по температурам кипения ме­тодом фракционирования, отгона или на промышленных установках АВТ (атмосферно-вакуумная трубчатка).

Началом кипения (н.к.) фракции считают температуру падения первой капли сконденсированных паров.

Концом кипения (к.к.) фракции считают температуру, при которой испа­рение фракции прекращается.

Различают следующие основные фракции нефти:

- 28–180 °С – широкая бензиновая фракция;

- 140–200 °С – уайт–спирит;

- 180–320 °С – широкая керосиновая фракция;

- 150–240 °С – осветительный керосин;

- 180–280 °С – реактивное топливо;

- 140–340 °С – дизельное топливо (зимнее);

- 180–360 °С – дизельное топливо (летнее);

- 350–500 °С – широкая масляная фракция;

- 380–540 °С – вакуумный газойль.

Под групповым составомфракции понимают количественное соотношение в ней отдельных групп углеводородов (группа – несколько го­мологических рядов) или гетероатомных соединений.

Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений (более 1000), преимущественно углеводородов, их производных и гетероа­томных соединений.

Углеводороды–органические соединения углерода и водорода. В нефти присутствуют следующие классы углеводородов.

Парафиновые углеводороды (алканы) – насыщенные (предельные) углеводороды с общей формулой C_nH_2n+2. Содержание их в нефти может составлять 30–70 %. Различают алканы:

· нормального строения → н-алканы: пентан и его го­мологи;

· изостроения → изоалканы: изопентан и его гомологи;

· изопрено­идного строения → изопрены: пристан, фитан и другие.

В нефти присутствуют алканы состава:

· С₁–С₄ → газообразные, в виде раство­рённого газа;

· С₅–С₁₆ → жидкие, составляющие основную массу жидких фракций нефти;

· С₁₇–С_42–53 → твёрдые, которые входят в тяжёлые нефтяные фракции и известны как парафины.

Нафтеновые углеводороды (циклоалканы) – насыщенные цикличе­ские углеводороды. К ним относятся моноциклические с общей формулой C_nH_2n, бициклические – C_nH_2n-2, трициклические – C_nH_2n-4, тетрациклические – C_nH_2n-6. Содержание нафтеновых углеводородов в нефтях колеблется от 25 до 75 %.

Из моноциклических углеводородов в нефти присутствуют термодина­мически устойчивые циклоалканы: пяти- и шестичленные нафтены. Общее содержание нафтеновых углеводородов в нефти растёт по мере увеличения ее молекулярной массы.

Ароматические углеводороды(арены) – циклические ненасы­щен­ные соединения, в молекулах которых присутствуют циклы из 6 атомов углеводо­рода с π–сопряжёнными системами. Содержание аренов в нефтях изменяется от 10 до 50 %. С возрастанием молекулярного веса фракций число циклов в молекуле ароматических УВ возрастает. Арены различаются по цикличности:

· моноциклические: бензол и его гомологи: толуол, о-, м-, п-ксилол, этилбензол, проилбензол и другие;

· бициклические: нафталин и его гомологи;

· трициклические: фенантрен, антрацен и их гомо­логи;

· тетрациклические: пирен и его гомологи и другие.

Гибридные углеводороды,преимущественноцерезины –углеводо­роды смешанного строения: парафино-нафтенового, парафино-аро-матиче­ского, нафтено-ароматического. Это твёрдые углеводороды с фрагментами длинноце­почных структур, содержащих циклановое или ароматическое кольцо. Они входят в состав парафиновых отложений в про­цессах добычи и подготовки нефти.

В зависимости от преимущественного содержания в нефти одного или нескольких классов углеводородов она классифицируетсякак парафиновая (парафинового основания), парафино-нафтеновая, нафтеновая, нафтено-аро­матическая, ароматическая.

Гетероатомные соединения– соединения, в которых кроме углерода и водорода в состав молекул входят кислород, сера, азот, металлы, неметаллы. Они разделяются на следующие классы.

Кислородсодержащие–фенолы, эфиры, нафтеновые кислоты, жирные кислоты и другие. Содержание их в нефтях колеблется от 0,1 до 1 %. Иногда в высокосмолистых нефтях содержание кислорода может дохо­дить до 2–3 %. К кислым компонентам относятся карбоновые кислоты и фенолы. Нейтральные кислородсодержащие соединения представлены: кетонами, ангидридами, сложными эфирами и другими.

Серосодержащие – меркаптаны, сульфиды, дисульфиды, тиофены и дру­гие. Содержание их в нефтях изменяется от 0,1 до 1–7 %. Кроме того, в нефти может присутствовать сера в свободном состоянии или в виде сероводорода как составляющая природного газа.

Азотсодержащие – амины, пиридин, хинолин, пиррол, их производные и другие, содержание их изменяется от 0,001 до 0,4–1 %;

Порфирины – это азотистые соединения, в структуре которых расположены четыре пиррольных кольца, координационно соединен­ные с атомами ванадия или никеля. Содержание их в нефтях меньше 1 %;

Смолыи асфальтены– высокомолекулярные соединения, содержащие два и более гетероатома (S, N₂, O₂). Содержание их в нефтях изменяется от 1 до 35 %.

Подавляющая часть гетероатомных соединений содержится в наиболее высокомолекулярных фракциях нефти, выкипающих выше 300 ^оС. В нефтях Западной Сибири на их долю приходится ≈ до 15 %.

В нефтях содержатся в малых количествах минеральные вещества, вода и механические примеси.

Состав нефти полностью определяет её физико-химические свойства. Нефти различных месторождений, и даже различных пластов одного место­рождения могут отличаться большим разнообразием свойств, вследствие изменчивости термобарической обстановки в пласте, химического состава жидкой и газовой фаз.