Геология нефти и газа (Еременко Н.) - часть 10

 

  Главная      Учебники - Разные     Геология нефти и газа (Еременко Н.) - 1968 год

 

поиск по сайту            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  8  9  10  11   ..

 

 

Геология нефти и газа (Еременко Н.) - часть 10

 

 

 

74 

 

 Гл. IV. Состав и физические свойства нефтей и газов

 

 

Азотистые  соединения.  Азотистые  соединения  являются  постоянной 

составной  частью  нефти.  Концентрация  их  очень  невелика,  около 
нескольких  процентов,  а содержание азота  в  нефти  в среднем составляет 
0,1—0,3%, хотя встречаются иногда нефти, содержащие до 1% азота. 

Азот  в  нефти  присутствует  в  виде  соединений  основного  характера. 

Это  главным  образом  алкилированные  гомологи  пиридина,  хино-лина, 
гидропиридина  и  гидрохинолина.  Содержащиеся  в  нефтях  азотистые 
соединения  отличаются  своеобразным  свойством:  подобно  металлам  они 
могут  реагировать  с  кислотами,  замещая  в  них  атом  водорода  и  образуя 
при  этом  органические  соли.  К  этим  соединениям  в  первую  очередь 
относятся  так  называемые  пиридиновые  основания.  Первый  член  этого 
ряда — пиридин 

 

напоминает  по  строению  бензол,  в  котором  одна  группа  CH  заменена 
атомом  азота.  Сведения  относительно  присутствия  в  нефтях  азотистых 
соединений  других  функций  чрезвычайно  ограничены,  и  эти  соединения 
мало изучены. 

В  нефтях  Кувейта  и  Калифорнии  были  найдены  алкилзамещенные 

карбазола,  индола  и  пиррола.  В  камчатской  нефти  был  обнаружен 
карбазол. Содержание азота в нефтяных фракциях увеличивается вместе с 
температурой кипения фракций относительно и абсолютно. 

Азотистые  соединения  ассоциируются  главным  образом  с  высоко-

кипящими  фракциями  нефти.  Остаток  от  перегонки  выше  300°  С 
смолистых нефтей содержит обычно до 85 до 100% общего азота. Между 
содержанием азота и количеством смол в нефти существует определенная 
зависимость. 

Более  легкие,  малосмолистые  нефти  содержат  всегда  меньше  азота, 

чем  высокосмолистые  нефти.  Особый  интерес  представляют  сложные 
азотистые соединения — порфирины, состоящие  из  четырех  пиррольных 
колец.  Структурная  формула  одного  из  типичных  порфиринов  — 
дезоксофиллэритрина — приведена ниже 

 

 

 

 

 

 

1. Химические соединения, входящий в состав нефтей и природных газов 

75 

 

В нефтях и битумах обычно присутствуют комплексы порфиринов с 
металлами (ванадий, никель и др.). 

Азот является элементом, вероятно, связанным с исходным орга-

ническим веществом нефти. Обнаруженные в нефти азотистые соеди-
нения являются, по-видимому, продуктом естественного метаморфизма 
сложных полициклических молекул исходного органического вещества. 
  Смолисто-асфальтеновые вещества. Второе место по содержанию 
после углеводородных соединений в нефти занимают смолисто-ас-
фальтеновые вещества. По количеству смол все нефти могут быть 
условно подразделены на три типа: малосмолистые нефти (до 5% смол), 
смолистые нефти (5—15% смол) и высокосмолистые (свыше 15% смол). 

При аналитическом определении смолисто-асфальтеновые вещества 

подразделяются на ряд групп: смолы, асфальтены, карбены, карбоиды, 
асфальтогеновые кислоты и их ангидриты. Природа смолистых веществ 
полностью еще не выяснена. 

Однако установлено, что в состав смол входят ароматические и 

нафтепо-ароматические радикалы с алкильными цепями. Кислород, сера и 
азот являются также их составной частью. Смолы имеют неоднородный 
состав, им нельзя приписывать общее строение. Они вполне растворимы в 
нефти. При разгонке нефти смолистые вещества распределяются между 
всеми фракциями, начиная от керосина, и в большом количестве 
содержатся в остатке от разгонки, поскольку значительная часть их в 
нефтях имеет очень большой молекулярный вес (700 и выше). 

В нефтях, богатых серой, смолы в основном состоят, видимо, из 

сернистых и кислородных соединений. Не исключено также наличие в 
них и высокоциклических ароматических соединений. 

Асфальтены отличаются от смол большим молекулярным весом 

(выше 2000), плотность их близка к 1,14. Консистенция асфальтенов 
твердая, хрупкая. Отличие их химического состава от состава смол 
состоит главным образом в том, что в их молекулах содержится 
значительно меньше водорода и значительно больше ароматических 
циклов. При хранении нефтей на воздухе смолистые вещества в них 
способны уплотняться и переходить в асфальтены. С нефтями асфальтены 
образуют коллоидные растворы. 

Смолисто-асфальтеновые вещества, обнаруживаемые в нефти, имеют 

разное происхождение. Часть их составляют вещества, имеющие, по всей 
вероятности, реликтовый характер. Другая часть смолисто-асфальтеновых 
веществ — продукты окисления высокомолекулярных углеводородов или 
абиогенного преобразования некоторых малоустойчивых гетерогенных 
соединений и углеводородов нефти, преимущественно 
высокоциклической природы. 

76 

 

Гл. IV. Состав и физические свойства нефтей и газов 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

§ 2. ФИЗИЧЕСКИЕ И ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НЕФТЕЙ И ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ 

Плотность  нефти.  Плотность  является  одним  из  важных  свойств, 

используемых  для  характеристики  нефтей  и  нефтепродуктов.  Абсолютная 
величина  плотности  зависит  от  содержания  смолисто-асфальтеновых 
компонентов,  природы  веществ,  составляющих  массу  нефти,  и  присутствия 
растворенного газа. 

Плотность  твердых  и  жидких  веществ  выражается  в  граммах  на 

кубический сантиметр, а газов — в граммах на литр. 

В  СССР  плотность  нефтей  и  нефтепродуктов  относят  к  нормальной 

температуре  20°  С  и  к  плотности  воды  при  4°  С.  Так  как  в  системе  СГС  за 
единицу  массы  принимают  массу  1  см

3

  воды  при  температуре  4°  С,  то 

плотность, выраженная в граммах на кубический  сантиметр, численно будет 
равна  удельному  весу  по  отношению  к  воде  при  4°  С.  В  СССР  в  качестве 
стандарта  принята  величина  плотности  р20/4.  Величина  плотности  для 
различных по составу нефтей колеблется от 0,77 до 1 г/см

3

В  ряде  стран,  например  в  США,  Англии,  кроме  абсолютных  единиц 

плотности,  применяются  условные  единицы,  к  которым  относятся  °APJ, 
градусы Боме (°Ве') и др. 

Вязкость.  Вязкостью  жидкости  называется  ее  способность  оказывать 

сопротивление  перемещению  ее  частиц  относительно  друг  друга  под 
влиянием  действующих  на  них  сил;  абсолютная  вязкость  n  измеряется  в 
пуазах. Размерность пуаза 

 

При исследовании нефтей обычно определяют не абсолютную, 
а кинематическую вязкость. 

Разделив  абсолютную  вязкость  n  нефти  на  ее  плотность  р,  получим 

кинематическую вязкость 

 

Определение  кинематической  вязкости  в  капиллярных  вискозиметрах 
включено в стандарты СССР. 

Иногда  используют  определение  удельной  вязкости,  выраженной  в 

условных градусах ВУ; она переводится в кинематическую по формуле 

 

Чем  больше  циклов  (ароматических  или  нафтеновых)  содержится  в 

молекуле  нефти,  тем  больше  ее  вязкость.  Вязкость  нефти  сильно  снижается 
при увеличении в ней легких фракций и растворенных 

 
 
 
 
§ 2. Физические и физико-химические свойства нефтей и природных газов     

 

77 

газов. При нормальном давлении с повышением температуры вязкость нефти 
уменьшается, а вязкость газов возрастает. Более высокомолекулярные 
углеводороды в газовом состоянии в отличие от нефти имеют не большую, а 
меньшую вязкость. Примесь воды резко увеличивает кинематическую 
вязкость нефти. 

Поверхностным натяжением называется сила, с которой жидкость 

сопротивляется увеличению своей поверхности. Сила, выраженная в динах и 
отнесенная к единице площади поверхностного слоя, принимается за единицу 
поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение, как это следует из 
приведенного выше определения, может измеряться лишь на границе 
различных сред там, где есть поверхность. В табл. 13 даны величины 
поверхностного натяжения некоторых нефтей СССР по отношению к воздуху 
и воде. Поверхностное натяжение циклических углеводородов на границе с 
водой и воздухом больше, чем метановых, при том же количестве атомов 
углерода в молекуле.    

 

:

                       Таблица 13 Поверхностное натяжение нефтей по отношению к 

воздуху и воде 

Поверхностное натяжение, 
дн/см

 

Нефть 

 

Плотность, 

г/см3 

 

относительно 
воздуха 

относительно 
воды 

Сураханская ………………………………………..  
Балаханская  ………………………………………..  
Бибиэйбатская  …………………………………….  
Бинагадинская …………………………………….. 
0. Артема ...... ……………………………………… 
 

0,797 
0,875 
0,880 
0,932 
0,918 

25,8 
28,9 
29,2 
31.0 
30,7 

27,8 
27,1 
22,0 
19,0 
17,3 

 

Температура кипения. Температура кипения углеводородов зависит от 

их строения. Чем больше атомов углерода входит в состав молекулы, тем 
выше температура кипения углеводорода. 

У циклических углеводородов температура кипения при равном 

количестве атомов углерода выше, чем у метановых. Температуры кипения 
различных углеводородов приведены в табл. 14. 

Различия в температуре кипения углеводородов используются при 

температурной разгонке нефтей. 

Как видно из табл. 14, в обычных атмосферных условиях первые 4—5 

углеводородов (С1—С5) находятся в газообразном состоянии. 
Фракции,  выкипающие  до  60°  С,  называются  петролейным  эфиром; 

выкипающие  до 200° С —  бензиновыми; выкипающие  при 200—  300° С — 

керосиновыми;  при  300—400°  С  —  газойлевыми;  выше  400°  С  — 

смазочными маслами и выше 500° С — асфальтовыми. 

 

 

78 

 

Гл. IV. Состав и физические свойства нефтей и газов 

Таблица 14  

Температура кипения углеводородов в °С (по А. С. Великовскому) 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Количество 

атомов углерода 

      

Метановые

 

Нафтеновые 

 

Ароматические 

 

 

 

в молекулах 

 

 
 

 

 

 

 

  
 

 
 

с одним 

 

с двумя 

 

0 одним 

 

с двумя 

 

C1 

 

-161 

 

 

 

 

 

 

 

 

С2 

 

-89 

 

— 

 

— 

 

— 

 

— 

 

С3 

-42 

 

— 

 

— 

 

— 

 

— 

 

C4 

 

От—12 до —0,5 

 

— 

 

— 

 

— 

 

— 

 

С5 

 

9-35 

 

49 

 

— 

 

— 

 

— 

 

С6 

 

50-69 

 

72-81 

 

— 

 

80 

 

— 

 

С7 

 

79-98 

 

88-103 

 

— 

 

111 

 

— 

 

C8 

 

99-126 

 

105-132 

 

— 

 

136-144 

 

— 

 

С9 

 

122-151 

 

133-157 

 

166-169 

 

152-176 

 

— 

 

С10 

 

137-174 

 

161-180 

 

185-194 

 

167-205 

 

217 

 

С11 

 

162-196 

 

175-201 

 

 

 

186-231 

 

241-245 

 

Cl2 

 

178-216 

 

193-229 

 

— 

 

201-263 

 

252-267 

 

 

Теплота сгорания. Теплотой сгорания называется количество теплоты в 
килокалориях, выделяемое 1 кг топлива (нефти) при сгорании до конца, т. е. 
до образования углекислоты и воды. Теплота сгорания некоторых нефтей 
СССР приведена в табл. 15. 

                  Т а б л и ц а 15 Плотность и теплота сгорания нефтей 

Месторождение 

 

Плотность, г/см

 

Теплота сгорания, 

ккал 

 

Сураханы 

 

 0,7932 

 

10 91 5 

 

Бибиэйбат 

 

0,8974 

 

10 610 

 

Бинагады  

 

0,9218 

 

10 430 

 

 

Цвет  нефти.  Цвет  нефтей  изменяется  в  очень  широких  пределах.  Нефть 

может  быть  бесцветной  (из  верхних  горизонтов  среднего  плиоцена 

месторождения  Сураханы),  светло-желтой  (из  кембрнйских  отложений 

Марковского месторождения), желтой (из юрских  отложений Эмбы),  темно-

коричневой  (из  девонских  отложений  Ромашкинского  месторождения)  и 

почти  черной  (из  отложений  ордовика  Гусевского  месторождения). 

Некоторые нефти при дневном 

 

§ 2. Физические и физико-химические свойства нефтей и природных газов 

79 

 

свете дают зеленоватый отлив (грозненские, пенсильванские), другие — 
синеватый (бакинские). 

Люминесценция. Под люминесценцией (или холодным свечением 

вещества) понимают свечение, вызванное различными причинами и 
испускаемое холодным (нераскаленным) веществом. В зависимости от 
причин, вызывающих холодное свечение, выделяют различные типы 
люминесценции. Люминесценция вещества под действием света называется 
фотолюминесценцией. Последнюю, так же как и другие виды 
люминесценции, принято разделять на флюоресценцию и фосфоресценцию. 

Флюоресценцией называют свечение вещества непосредственно при 

возбуждении или в продолжении не более 10-7

7

 сек после прекращения 

возбуждения. Если же после прекращения возбуждения  вещество 
продолжает  светиться  некоторое время (более 10-7

7

 сек), то говорят о 

фосфоресценции. Нефть и большая часть нефтяных продуктов, за ис-
ключением самых легких фракций, флюоресцируют как сами по себе, так и в 
большинстве органических растворителей при облучении их даже дневным 
светом. Цвет свечения в ультрафиолетовых лучах легких нефтей интенсивно 
голубой, тяже 
 
лых смолистых — желто-бурый и бу-
рый. При геологических исследованиях 
очень часто применяют массовые   
люминесцентные   анализы 
для сопоставления различных нефтей 
между собой. При этом для 
характеристики нефтей используют цвет 
и яркость люминесценции, а также 
капиллярные свойства нефтей, 
определяемые по высоте подъема на 
фильтровальной бумаге. Как показали 
работы Р. Г. Панкиной, выделенные на 
основании этих данных типы нефтей 
довольно хорошо отражают изменение 
их физических и химических свойств 
(рис. 16). 
Для 

определения 

цветовых 

(люминесцентных) 

характеристик 

применяются  визуальные  фотометры  с  поляризационной  головкой.  Для 

определения  цветовой  характеристики  и  яркости  люминесценции  А.  А. 

Ильина  предложила  замерять  интенсивность  свечения  по  отношению  к 

стандарту с белой люминесценцией через три светофильтра: синий (СС-5,3), 

зеленый  (ОС-12  +  ЗС-10)  и  красно-оранжевый  (ОС-14,2).  Яркость 

люминесценции  определяется  по  интенсивности      люминесценции,   

измеренной  через   зеленый 
 

80 

 

Гл. IV. Состав и физические свойства нефтей и газов

80 

 

 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

светофильтр, а цветовая характеристика высчитывается по отношению 
интенсивности люминесценции, замеренной через синий светофильтр, к 
интенсивности люминесценции, измеренной через красно-оранжевый. В 
последние годы широкое распространение получили спектрально-
люминесцентные исследования нефракционированных нефтей как в 
Советском Союзе, так и за рубежом (Р. Е. Риккер, США). 

По данным Т. А. Ботневой и А. А. Ильиной спектры люминесценции 

нефракционированных нефтей Волго-Уральской области и Кавказа, 
представленных в виде кривых спектрального распределения энергии 
люминесценции, имеют существенные различия. 

Разная конфигурация спектров нефтей связана с особенностью состава и 

структуры смолисто-асфальтеновых компонентов, а положение максимума 
спектра — с их количеством. Спектральные исследования нефтей проводятся 
при изучении характера изменения неф гей в широком региональном плане в 
разных стратиграфических комплексах и при изучении путей и масштабов 
миграции. 

Оптическая активность. Обнаружена около 70 лет назад В. В. 

Марковииковым и В. Н. Оглоблиным. Оказалось, что нефти Способны слабо 
вращать плоскость поляризации светового луча и почти всегда вправо. Угол 
удельного вращения колеблется от нескольких градусов до нуля. Удельное 
вращение

 

 

где С — концентрация; I — толщина слоя раствора, через который проходит 
поляризованный луч света. 

При группировке нефтей по их геологическому возрасту выявилось 

снижение величины оптического вращения с увеличением возраста (табл. 16). 

Нефти и нефтепродукты являются диэлектриками, т. е. не проводят 

электрический ток. 

Молекулярный вес нефти отвечает арифметическому средне-

взвешенному молекулярных весов ее фракций. Молекулярный вес сырой 
нефти колеблется в пределах 240—290. При значительном содержании 
смолистых веществ он превышает указанный максимум. В табл. 17 
приведены молекулярные веса различных фракций нефти (по А. Ф. 
Добрянскому). 

Коэффициент теплового расширения нефти. Коэффициент теплового 

расширения характеризует способность нефти увеличиваться в объеме при 
нагревании. Он изменяется с изменением вещественного состава нефти. В 
результате присутствия в нефти твердых углеводородов зависимость ее 
плотности и коэффициента теплового расширения, как показали исследования 
П. Ф. Андреева и С. П. Максимова, имеет нелинейный характер. 
Растворимость газов. Углеводородные газы по своим химическим 

свойствам мало отличаются друг от друга. По данным В. А. Соколова 

 
 

§ 2. Физические и физико-химические свойства нефтей и природных газов   

  81 

                                                          Таблица 16 

       Оптическое вращение нефтей по группам нефтей различного возраста в градусах 

 

Данные   

 

Возраст 

 

 

тр

ет

ич

ны

й 

м

ел

ов

ой

 

ю

рс

ки

й 

пе

рм

ск

ий

 

ка

м

ск

о-

уг

ол

ьн

ы

й 

де

во

нс

ки

й 

си

лу

ри

йс

ки

й 

Г. А. Амосова по дистиллятам 

 

 

 

 

 

 

 

 

нефтей (сырая фракция) 

 

0,71 

 

0,36 

 

0,21 

 

0,19 

 

— 

 

0,19 

 

— 

То же по маслам (удалены 

 

 

 

 

 

 

 

 

смолы, асфальтены и парафин) 

0 93 

 

0,19 

 

0,19 

 

— 

 

— 

 

— 

 

— 

 

ГрозНИИ (фракции 300—500° С) 

 

0 93 

 

0,21 

 

 

 

 

 

 

Р. Херша, максимальное вра 

 

 

 

 

 

 

 

 

щение фракций 

0 99 

 

— 

 

0 37 

0,20 

0,19 

М. А. Ракузина, разгонка при низком 

 

 

 

 

 

 

 

 

          вакууме на дистиллят Энглера,  

 

 

 

 

 

 

 

            максимальное вращение 

 

2,17

 

 

 

 

1,80

 

 

 

 

0,17

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 17 

Молекулярные веса фракций нефтей 

Фракция 
 

Молекулярный вес 
 

Фракции 
 

М олекулярный вес 
 

До 160° С 

100—106 

400—425°С 

281—305 

160—200°С 

124—137 

 425-450°С 

310—328 

220—270°С- 

158—172 

450-475°С 

335—379 

300-325°С 

210—229 

500 -525° С 

397-410 

350—375°С 

243—265 

525-550°С 

 422-436 

375—400°С 

 

265-284 

 

 

 

 

(1950) газообразные алканы, начиная с метана и кончая парами геп--тана, и 
еще более тяжелые углеводороды обладают весьма близкими химическими 
свойствами. Эти углеводороды весьма инертны при действии кислорода и 
других окисляющих веществ при обычных температурах, химически 
нейтральны и не поглощаются щелочами и слабыми кислотами. Более 
тяжелые углеводороды, начиная с продана, обладают только большей 
способностью растворяться в креп^ кой серной кислоте. Более тяжелые 
углеводороды лучше растворяется в органических растворителях. Например, 
если коэффициент 

6 Заказ 1934.

 

 
 

 

82 

 

Гл. XV. Состав и физические свойства нефтей и гааов

 

 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 

 

 

 

 

 

 

содержание   ..  8  9  10  11   ..