Краткая история использования нефти.
ИПК НЕФТЕЮГАНСКИЙ КОРПОРАТИВНЫЙ ИНСТИТУТ
Кафедра добычи нефти и газа
Конспект лекций
Ф. И. О._________________________________________
Группа__________________________________________
Преподаватель____________________________________
Специалист организатор обучения_____________________
Дата консультации_________________________________
Дата экзамена____________________________________
Нефтеюганск
Данный материал дает возможность подготовиться, прочитать и записать
дополнения по курсу добыча нефти и газа.
Конспект имеет разделы входящие в программу подготовки:
· Физико-химические свойства нефти, природного газа и пластовых вод.
· Основные сведения о нефтяных, газовых и газоконденсатных месторождениях.
· Основы разработки нефтяных месторождений и эксплуатация скважин.
· Понятие о добыче газа из газовых и газоконденсатных месторождений.
· Контрольно-измерительные приборы и средства автоматики и телемеханики.
· Основы технологии подземного и капитального ремонта скважин.
· Промысловый сбор и подготовка нефти, газа и воды.
· Запорная и регулирующая арматура трубопроводов.
Для успешного изучения курса, необходимо ответить на вопросы по каждому разделу.
Введение.
В данном учебном элементе рассмотрены основные физико-химические свойства нефти, попутного газа и пластовой воды. Вам необходимо прослушать курс лекций, внимательно изучить материал по теме и ответить на вопросы для закрепления материала. Знание физико-химических свойств пластовых жидкостей поможет вам получить более полное представление о процессах, происходящих в пластах и скважинах, а также пригодится при выполнении работы в качестве оператора по исследованию скважин.
|
|
|
Происхождение нефти.
Когда вы сжигаете нефть или природный газ, извлекаемая химическая энергия, преобразуясь в тепловую, обогревает окружающую среду. Источник этой энергии - Солнце. Энергию солнечных лучей используют растения для получения сахара в процессе фотосинтеза, а также кислорода из углекислого газа и воды. Эта энергия сберегается в химических веществах, которые производят растения. Животные съедают растения, и тогда солнечная энергия переносится в их тела. Органические вещества, образовавшиеся после распада организмов растений и животных, живших на Земле миллионы лет назад, и явились источником ископаемых природных топливных материалов, которые мы сейчас используем.
По мнению ученых, все эти организмы, животные и растения, после смерти опускались на дно древних морей и заливов и покрывались слоями последующих отложений прежде, чем мог начаться процесс распада с доступом воздуха. Именно воздействие анаэробных бактерий на останки этих организмов и считается фактором, который положил начало образованию из них сырой нефти и природного газа.
|
|
|
Возможно, при этом происходили химические реакции между распадающимися органическими остатками и солями, которые содержались в окружающей их воде и слое грязи. Мы знаем, что состав нефти, найденной в разных точках земного шара, существенно различается. По-видимому, это объясняется разницей в реакциях, происходивших при образовании нефти или разными видами растений и животных, из организмов которых она формировалась.
По мере того, как останки живых организмов распадались, они покрывались все более толстым слоем отложений, поскольку моря расширялись и высыхали, и реки приносили в них грязь и песок. Все это происходило очень медленно, в течение миллионов лет. Постепенно из органических остатков начинали формироваться углеводороды, образовавшие нефть и газ, смешанные с частицами песка и ила. По мере того, как слой над органическими веществами увеличивался, возрастали и давление, и температура, под воздействием которых процесс ускорялся.
|
|
|
Важно понимать, что углеводороды не находились под землей в виде озер нефти. Они были смешаны с водой и песком, которые постепенно просачивались сквозь пористые слои песчаников и известняков вместе с пузырьками газа. Часто смесь продвигалась сквозь породы под воздействием высокого давления. Нефть и газ просачивались в пустоты между частицами осадочных пород, как вода проходит в губку. Рано или поздно на пути нефти и газа попадался слой породы, сквозь который они не могли просочиться, - непроницаемой породы, не имевшей пор или трещин, - и таким образом, они оказывались в геологической "ловушке".
Пока шел процесс образования нефти, Земля тоже менялась. По мере охлаждения центра Земли, происходили движения массивов земной коры. Происходили разломы и соединения массивов, пласты породы сдвигались друг относительно друга, каменная соль под весом лежащих выше слоев проходила сквозь осадочные породы, содержащие нефть. Эти процессы формировали различные типы нефтяных геологических "ловушек".
В местах, где в непроницаемых породах были разломы, нефть и газ достигали поверхности земли. Когда это случалось, газ и наименее плотные компоненты нефти испарялись в атмосферу, оставляя на месте выхода углеводородов на поверхность смолообразные вещества с высокой плотностью. Именно так на поверхности земли образовывались целые озера битумов, которые находили люди. Битумы представляют собой липкие черные смолы. Иногда людям приходилось рыть котлованы, чтобы добыть битумы.
|
|
|
Краткая история использования нефти.
Несмотря на то, что можно насчитать уже несколько миллионов лет с времен зарождения нефти, нефтяная промышленность начала развиваться сравнительно недавно.
Существуют данные о том, что люди использовали природные углеводороды и их производные на протяжении всей своей истории. Нефть и битум (продукт выветривания нефти) известны с глубокой древности. Долгое время они служили лекарством от многих болезней, а также использовались для религиозных обрядов. Упоминания о битуме встречаются у древнегреческого историка Геродота и древнеримского инженера Витрувия. Уже тысячи лет они используются как водонепроницаемые материалы при сооружении водопроводов, в судостроении, строительстве.
Есть ссылки на то, что битумы применялись для пропитки корзины, в которой был найден Моисей, и что Ноев ковчег изнутри и снаружи был просмолен ими. Американские индейцы собирали нефть для лекарственных целей. Первопоселенцы Америки обнаружили следы нефти, загрязнявшие источники воды, но научились собирать ее и использовать как горючее для светильников. Нефть знали и славяне, которые называли ее "ропа" или "ропянка".
В России Нефть на реке Ухте, возможно, использовало как целебное вещество еще племя чудь. В Москву «горюча вода густа» с реки Ухты впервые была доставлена в конце XVI века. В 1703 году в первом номере первой русской газеты «Ведомости» сообщалось о наличии нефти на реке Сок в Уфимском уезде: «Из Казани пишут, на реке Соку нашли много нефти и медной руды…».
Значимым источником энергии нефть стала в девятнадцатом веке. Китобойная промышленность не могла обеспечить для всех стран мира нужное количество китового жира, применявшегося тогда для освещения, и был необходим новый источник энергии. Первая нефтяная скважина, пробуренная в августе 1859 года Эдвином Дрейком (Edwin Drake) в Пенсильвании, ознаменовала новую эру в истории человечества. Хотя есть сведения, что первая в мире нефтяная скважина была пробурена на Биби-Эйбате (вблизи Баку) в 1846 г. по предложению инженера горного ведомства Ф.А. Семенова. Но первый опыт бурения не получил развития.
Диапазон способов использования нефти возрастал по мере обнаружения все новых запасов. Изобретение двигателя внутреннего сгорания привело к тому, что бензиновая фракция нефти стала жизненно важна для работы транспорта. Затем расцвет авиации потребовал нового горючего, которое также наилучшим образом смогло быть выработано из нефти. В 1940-х годах изобретение синтетических материалов (таких как нейлон и полиэтилен), производимых из нефти, привело к развитию индустрии производства пластмасс, для которой нефть и газ стали сырьем.
Свойства нефти.
Общие сведения.
Нефть и газ, угли и горючие сланцы, а также другие природные органические соединения составляют особую группу минеральных образований земной коры. Их называют горючими ископаемыми[1], или каустобиолитами (от греч. "каусто" — горючий, "биос" — жизнь, "литос" — камень).
Нефть представляет собой сложную смесь углеводородов с содержанием небольшого количества других химических веществ, таких как соединения серы, азота и кислорода.
По внешнему виду это маслянистая, чаще всего черного цвета, жидкость, флюоресцирующая[2] на свету. Горит с выделением тепловой энергии.
Углеводороды различаются количеством атомов углерода в молекулах и типами соединения их с атомами водорода. В зависимости от молекулярной структуры углеводороды можно подразделить на соединения с неразветвленными цепями (прямые), с разветвленными и циклические. Существует два основных химических семейства углеводородов - предельные углеводороды, или парафины (по международной номенклатуре - алканы), и непредельные углеводороды, или олефины (по международной номенклатуре - алкены).
Молекулы углеводородов могут расщепляться на меньшие или соединяться, образуя более длинные молекулы. Можно менять их форму (тип соединения атомов) или модифицировать, присоединяя к ним другие атомы. Поэтому углеводороды являются очень полезным сырьем для производства других материалов.
Нефть, добытая в разных частях света, и даже с разных глубин одного и того же месторождения, различается по составу углеводородов и других компонентов. Именно поэтому типы нефти заметно отличаются друг от друга по внешнему виду и характеристикам - от светлых летучих жидкостей до густых темных масел, настолько вязких, что их с трудом удается выкачивать из пласта.
Химический состав – это в основном групповой углеводородный состав нефтепродуктов (содержание парафинов, нафтенов, ароматики и непредельных углеводородов) и примесей в них (сернистые, азотистые, кислородсодержащие соединения).
Физические свойства нефти – свойства нефти учитывающие физические ее характеристики, такие как фракционный состав, плотность, температуры вспышки, застывания и др.
Фракционный состав – характеристика нефти с точки зрения пределов выкипания различных ее фракций[3] и содержания этих фракций в нефти.
Примечание: нефть, попутный газ и пластовую воду называют ещё пластовыми флюидами.
Химический состав.
Нефть, получаемую непосредственно из скважин, называют сырой. Нефть из различных залежей отличается по химическому составу, поэтому практическое значение их неравнозначно.
Элементный состав нефти характеризуется обязательным наличием пяти химических элементов — углерода, водорода, кислорода, серы и азота; при резком количественном преобладании первых двух — свыше 90% (углерод 83,5-87 % и водород 11,5-14 %), максимальное содержание остальных трех элементов может в сумме достигать 5-8%.
Серав количестве от 0,1 до 1-2 % (иногда ее содержание может доходить до 5-7 %, во многих нефтях серы практически нет).
Азотв количестве от 0,001 до 1 (иногда до 1,7 %).
Кислород(встречается не в чистом виде, а в различных соединениях) в количестве от 0,01 до 1 % и более, но не превышает 3,6 %.
Всего из нефти выделено и идентифицировано более 500 индивидуальных химических соединений — углеводородных и гетероорганических. Главную часть нефти составляют углеводороды различные по своему составу, строению и свойствам, которые могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. Углеводородные соединения подразделяют на парафиновые (метановые, или алканы), нафтеновые (полиметиленовые, или цикланы), ароматические (арены) и смешанные.
Строение молекул определяет их химические и физические свойства.
В зависимости от количества атомов углерода в молекуле, углеводороды могут принимать одно из трех агрегатных состояний. Например, если в молекуле от одного до четырех атомов углерода (СН4 — С4Н10), то углеводород представляют собой газ, от 5 до 16 (С5Н16 — С16Н34) — это жидкие углеводороды, а если больше 16 (С17Н36 и т.д.) — твердые.
Гетероорганические соединения могут составлять 20-20 % сырой нефти. В их состав, кроме углерода и водорода, входят главным образом кислород, сера и азот.
В золе нефти обнаружены никель, ванадий, натрий, серебро, кальций, алюминий, медь и др. Количество золы, образующейся при сжигании нефти, невелико — обычно сотые доли процента.
Физические свойства нефти.
Физические свойства нефтей в пластовыхусловиях значительно отличаются от свойств дегазированных нефтей.Отличия обусловлены влиянием высоких пластовых давлений, температур и содержанием растворенного газа, количество которого может достигать до 400 м3 на 1 м3 нефти.
Плотность r характеризует количества покоящейся массы, выраженной в единице объёма.
Единица плотности в СИ — кг/м3.
Плотность нефти при нормальных условиях колеблется от 700 (газовый конденсат) до 980 и даже 1000 кг/м3. По величине плотности нефти условно разделяют на три группы:легкие (820-860), средние (860-900) и тяжелые с плотность 900-950 кг/м3. Цифры в скобках характеризуют интервалы распределения функции плотности для нефтей месторождений Западной Сибири.
На практике пользуются относительной плотностью, которая представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20°С к плотности воды при 4°С.
Относительная плотность нефти чаще всего колеблется в пределах 0,82 — 0,92. Как исключение, встречается нефть плотностью меньше 0,77 (дистилляты естественного фракционирования нефти), а также тяжелые, густые асфальтоподобные нефти, плотность которых превышает 1 (остатки естественного фракционирования). Различия в плотности нефти связаны с количественными соотношениями углеводородов отдельных классов. Нефть с преобладанием метановых углеводородов легче нефти, обогащенной ароматическими углеводородами. Плотность смолистых веществ нефти выше 1, поэтому чем больше их в составе нефти, тем выше ее плотность.
Величины плотность нефти (ρн) и удельный вес нефти (dн) не всегда совпадают. Под удельным весомпонимается отношение веса нефти к весу воды того же объёма.
Плотность нефти зависит от соотношения количеств легкокипящих и тяжелых фракций. Как правило, в легкой нефти преобладают легкокипящие компоненты (бензин, керосин), а в тяжелых — тяжелые (масла, смолы), поэтому плотность нефти дает приближенное представление о ее составе.
В пластовых условиях плотность нефти меньше, чем на земной поверхности, так как в пластовых условиях нефть содержит растворенные газы.
Плотность используется при расчете массы продукта, занимающего данный объем, и, наоборот, объема продукта, имеющего определенную массу. Вследствие этого, данный показатель имеет особое значение при проведении операций купли-продажи для определения количества продукта на всем пути следования нефти и нефтепродуктов от места добычи до места переработки и от места переработки до потребителей.
Для определения плотности используют специальные приборы плотномеры(ареометр), принцип действия которых основан на законе Архимеда.
Температура кипения углеводорода зависит от его 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 выше, чем у метановых, при одинаковом количестве атомов углерода. Природная нефть содержит компоненты, выкипающие в широком интервале температур — от 30 до 600°С. Из нефти путем разгонки получают большое количество товарной продукции.
Температура застывания и плавления Т различных видов нефти неодинакова. Обычно нефти в природе в жидком состоянии, однако некоторые из них загустевают при незначительном охлаждении. Температура застывания нефти зависит от ее состава. Чем больше в ней твердых парафинов, тем выше температура ее застывания. Смолистые вещества оказывают противоположное влияние — с повышением их содержания температура застывания понижается.
Вязкость - важнейшее технологическое свойство нефти. Величина вязкости учитывается при оценке скорости фильтрации в пласте, при выборе типа вытесняющего агента, при расчете мощности насоса добычи нефти и др. Вязкостью определяются масштабы перемещения нефти и газа в природных условиях, ее необходимо учитывать в расчетах, связанных с добычей этих полезных ископаемых.
Среди различных групп углеводородов наименьшую вязкость имеют парафиновые, а наибольшую — нафтеновые углеводороды. Чем больше вязкость нефтяных фракций, тем больше температура их вскипания.
Различают динамическую (абсолютную), кинематическую и относительную вязкость нефти.
Динамическая вязкость m выражается величиной сопротивления в Па к взаимному перемещению двух слоев жидкости с поверхностью 1 м2, при относительной скорости перемещения 1 м/с под действием приложенной силы в 1Н. По динамической вязкости расчетным путем определяют значения рациональных дебитов скважин.
Кинематическая вязкость n представляет собой отношение динамической вязкости к ее плотности при той же температуре. Единица кинематической вязкости в СИ — м2/с. Данные о кинематической вязкости используются в технологических расчетах.
Относительная вязкость выражается отношением абсолютной вязкости нефти к вязкости воды.
Вязкость "сырых" нефтей больше вязкости сепарированных. В пластовых условиях вязкость нефти может быть в десятки раз меньше вязкости сепарированной нефти.
Поверхностное натяжение.
Поверхностное натяжение определяется работой, которую нужно произвести, чтобы увеличить свободную поверхность жидкости на 1 см2, не меняя ее температуры. Выражается в СИ — Дж/м2.
Поверхностное натяжение является результатом действия молекулярных сил, которые у разных веществ разные. Силы сцепления молекул жидкости с молекулами твердого тела могут быть больше, чем силы сцепления между молекулами жидкости. Молекулярные силы сцепления между водой и породой больше, чем между нефтью и породой. Это может привести к вытеснению нефти водой из мелких пустот породы в более крупные, т. е. к миграции нефти в горных породах.
Добавляя в жидкость поверхностоно-активные вещества, можно изменять ее поверхностное натяжение.
Оптические свойства нефти.
Оптические свойства нефти также неодинаковы. Одной из качественных характеристик оптических свойств является цвет. В зависимости от состава нефти цвет меняется от черного и темно-коричневого до красноватого, желтого и светло-желтого. Углеводороды нефти бесцветны, цвет же обусловлен в основном содержанием в ней смолисто-асфальтеновых соединений (чем их больше, тем темнее нефть). Нефть при освещении не только отражают часть падающего на них света, но иногда и сами начинают светиться. Такое явление носит название люминесценции. Так, бакинская нефть, рассматриваемыая при дневном свете, характеризуется синеватым свечением, а грозненская — зеленоватым. Нефть содержит оптически активные вещества. При прохождении через них поляризованного луча плоскость поляризации смещается (почти всегда вправо по ходу луча). Носителями оптической активности нефти служат преимущественно полициклические нафтены. Нефть из более древних отложений менее оптически активна, нежели нефть из молодых отложений.
Электрические свойства.
Электрические свойства нефти играют особую роль. Нефть не проводит электрический ток, поэтому для обнаружения в разрезах скважин нефтеносных пластов используют электрические методы.
Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 2215; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!