Физико-химические свойства нефти
Плотность пластовой нефти зависит от состава нефти, давления, температуры, количества растворённого газа (рис. 3.1.). Чем меньше плотность нефти, тем выше выход светлых фракций. Не все газы, растворяясь в нефти, одинаково влияют на её плотность. С повышением давления плотность нефти значительно уменьшается при насыщении её углеводородными газами. Плотность нефтей при насыщении азотом или углекислым газом несколько возрастает с увеличением давления. Обычно плотность нефтей колеблется в пределах 820-950 кг/м3.
Рис. 3.1 . Изменение плотности пластовой нефти в зависимости от давления
Вязкость– сила трения (внутреннего сопротивления), возникающая между двумя смежными слоями внутри жидкости или газа на единицу поверхности при их взаимном перемещении (рис. 3.2).
Динамическая вязкостьопределяется через закон Ньютона:
, (3.37)
где А – площадь перемещающихся слоёв жидкости (газа) – см. рис. 3.2;
F – сила, требующаяся для поддержания разницы скоростей движения между слоями на величину dv;
dy – расстояние между движущимися слоями жидкости (газа);
dv – разность скоростей движущихся слоёв жидкости (газа).
Рис. 3.2. Движение двух слоёв жидкости относительно друг друга.
Размерность вязкости определяется из уравнения Ньютона:
- система СИ – [Па×с]
- система СГС – [Пуаз]=[г/(см×с)]
Рис. 3.3. Изменение вязкости пластовой нефти в зависимости от давления и температуры
Вязкость пластовой нефти всегда значительно отличается от вязкости сепарированной вследствие большого количества растворённого газа, повышенного давления и температуры (рис. 3.3). При этом вязкость уменьшается с повышением количества газа в нефти и с увеличением температуры; повышение давления вызывает увеличение вязкости.
Вязкость нефти в пластовых условиях различных месторождений изменяется от сотен мПа×с до десятых долей мПа×с. В пластовых условиях вязкость нефти может быть в десятки раз меньше вязкости сепарированной нефти.
С вязкостью связан ещё один параметр – текучестьj – величина обратная вязкости:
. (3.38)
Кроме динамической вязкости для расчётов используют также кинематическую вязкость – свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой с учётом силы тяжести.
. (3.39)
Единицы измерения кинематической вязкости:
- система СИ – [м2/с]
- система СГС – [Стокс]
Нефть, как и все жидкости, обладает упругостью, т.е. способностью изменять свой объём под действием внешнего давления. Уменьшение объёма характеризуется коэффициентом сжимаемости (или объёмной упругости) b:
. (3.40)
Коэффициент сжимаемости зависит от давления, температуры, состава нефти и газового фактора. Нефти, не содержащие растворённого газа, обладают сравнительно низким коэффициентом сжимаемости (0,4-0,7 ГПа-1), а лёгкие нефти со значительным содержанием растворённого газа – повышенным коэффициентом сжимаемости (до 14 ГПа-1). Высокие коэффициенты сжимаемости свойственны нефтям, находящимся в пластовых условиях, близких к критическим.
С количеством растворённого газа в нефти также связан объёмный коэффициент b, характеризующий соотношение объёмов нефти в пластовых условиях и после отделения газа на поверхности:
, (3.41)
где Vпл – объём нефти в пластовых условиях;
Vдег – объём нефти при атмосферном давлении и температуре 20°С после дегазации.
Используя объёмный коэффициент, можно определить усадку нефти (U), т.е. уменьшение объёма пластовой нефти при извлечении её на поверхность (в %):
, (3.42)