ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТИ

Плотность. Величина плотности нефти зависит от содержания смолисто-асфальтеновых компонентов, от природы веществ, составляющих массу нефти и от присутствия растворенного газа.

Плотность – масса в единице объема в кг/м³ или г/см ³. Плотность нефти и газа зависит не только от их состава, но и от давления и температуры.

Нормальной плотностью нефти считается отношение плотности при давлении 0,1 МПа и температуре 20°С к плотности воды при 4°С. Она меняется от 0,77 до 1,0 г/см³ . Это относительная плотность.

А.А.Карцев [6] установил глобальную закономерность повышения плотности нефти снизу вверх по разрезу, от глубокозалегающих нефтей к залегающим ближе к поверхности (но в пределах конкретных месторождений она прослеживается не всегда).

В пластовых условиях при давлении 20-40 МПа и температуре + 80-120°С в нефти растворен газ. На 1 м³ нефти газа приходится 100-250 м³, поэтому плотность нефти в пласте значительно ниже (обычно на 15-20%), чем на поверхности.

Фракционный состав. Нефть состоит из множества углеводородных и неуглеводородных соединений с различной температурой кипения, поэтому одним из наиболее часто используемых свойств нефти является ее фракционный состав, т.е. содержание (по объему или массе) фракций, выкипающих в разных интервалах температуры.

Температура кипения соединений, в общем, растет по мере увеличения молекулярной массы. В этом же направлении растет плотность отдельных фракций.

В процессе перегонки нефть разделяют на следующие фракции:

—         бензин – н.к. (начало кипения) – 190°С;

—         керосин – 190-260°С;

—         дизельное топливо – 260-360°C;

—         тяжелый газойль и смазочные масла – 360-530°C;

—         остаток > 530°С.

При огромном разнообразии компонентов до 300°С обычно выкипает не более 50% массы нефти. Остаток состоит из высокомолекулярных углеводородов, смол, асфальтенов, минеральных веществ.

Вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц относительно друг друга. Различают динамическую, кинематическую и условную вязкость. На практике часто используют динамическую вязкость.

Динамическая вязкость (единица измерения в системе СИ – паскаль-секунда) – это сопротивление, оказываемое жидкостью при перемещении относительно друг друга двух ее слоев, площадью
1 м² каждый, находящихся на расстоянии 1 м, со скоростью 1 м/с под действием приложенной силы в 1 Ньютон (динамическая вязкость воды = 1 мПа·с).

Величина, обратная динамической вязкости, называется текучестью. Вязкость нефти зависит от ее состава и температуры. Среди углеводородов наименьшей вязкостью обладают алканы, наибольшей – циклоалканы.

Кинематическая вязкость равна отношению динамической вязкости к плотности жидкости при температуре определения; единица ее измерения – кв. м на секунду (м²/с).

Вязкость нефти колеблется в широких пределах, что видно из табл. 2.1.

Таблица 2.1

В пластовых условиях при температуре десятки градусов и давлении десятки мегапаскалей, когда в нефти растворен газ, вязкость ее значительно снижается, иногда в десятки раз по сравнению с поверхностными условиями после сепарации растворенного газа.

Температура кристаллизации и застывания имеет значение для нефти, особенно с высоким содержанием парафина.

Застывание – это свойство нефти загустевать при понижении температуры. Обратный переход в жидкость называется плавлением.

Температурой застывания нефти считается температура, при которой охлаждаемая нефть в пробирке не изменяет уровня при наклоне пробирки на 45°. У разных нефтей эта температура меняется в широких пределах – от -35 до + 30°С (последная температура для Узеньского месторождения на Мангышлаке, а -35°С – для Среднеботуобинского месторождения в Якутии).

Парафинистые нефти имеют более высокую температуру застывания, беспарафинистые – низкую.

Температура вспышки – минимальная температура, при которой пары нефти или нефтепродукты образуют с воздухом смесь, способную к кратковременному образованию пламени при внесении в нее источника воспламенения.

Оптические свойства нефти. Нефть оптически активна, обладает свойством вращать плоскость поляризации света, люминесцировать, преломлять проходящие световые лучи. Нефть и ее компоненты обычно вращают плоскость поляризации вправо, хотя встречаются и левовращающие нефти.

Считается, что эта способность вращать плоскость поляризации – неоспоримое доказательство происхождения нефти из органических веществ.

Люминесценция. Под люминесценцией понимают свечение, вызванное различными причинами и испускаемое холодным веществом. Нефть и большая часть нефтепродуктов флюоресцируют в ультрафиолетовом свете как сами по себе, так и в большинстве органических растворителей при облучении их даже дневным светом.

Коэффициент теплового расширения нефти характеризует способность нефти увеличиваться в объеме при нагревании.

Растворимость. Нефть и ее дистилляты растворяются в воде в ничтожно малом количестве. Например, 1 м³ воды может растворять 270 г керосина. Нефть, нефтепродукты хорошо растворяются в органических растворителях: в бензоле, хлороформе, сероуглероде, эфире и др. На этом свойстве нефти основано определение нефтенасыщенности пород путем получения из них нефтяных вытяжек.

Сама нефть и нефтепродукты являются хорошими растворителями для йода, серы, каучука, многих смол, а также большинства растительных и животных масел.

Низкокипящие фракции нефти (бензин и керосин) являются хорошими растворителями для смолистых и асфальтовых веществ.

Электрические свойства. Нефть является диэлектриком (непроводник), но нефтегазонасыщенные породы, в которых есть вода, обладают проводимостью, зависящей от соотношения нефти и воды в пласте. Эти породы на каротажных диаграммах характеризуются высоким значением электрического сопротивления на фоне водонасыщенных пород.