Физико-химические свойства угленосной Куакбашской нефти

 

Показатели	Значения
Плотность при 20 ^0С, кг/м^3	894,40
Кинематическая вязкость, 10^-6 м ^2/с при 20 ^0С при 50 ^0С	49,57 15,80
Температура застывания с термообработкой,^0С	ниже минус 18
Массовая доля, % асфальтенов серы смол силикагелевых парафина	4,80 3,10 14,40 3,90
Коксуемость, % мас.	6,20
Фракционный состав, % об. н.к. - 100 ^0С отгоняется до 150 ^0С до 200 ^0С до 250 ^0С до 300 ^0С	2,00 9,00 16,00 20,00 38,00
Концентрация хлористых солей, мг/л	до 100,00
Массовая доля воды, %	0,10-0,50
Массовая доля мех. примесей, %	до 0,15

 

В качестве углеводородного сырья используются также высоковязкие нефти (ВВН) и природные битумы (ПБ).

Характерной особенностью высоковязких нефтей и природных битумов является высокое содержание сернистых (содержание серы – 3- 5 %), азотистых и металлоорганических соединений. Гетероорганические компоненты и металлы концентрируются в основном в смолисто-асфальтеновой части.

Относительно высокое содержание асфальтенов – важная характерная особенность природных битумов. Это обусловливает высокую вязкость, которая вызывает в процессе переработки (начиная от транспорта и подготовки природного битума к переработке) определенные трудности. В этом углеводородном сырье содержание металлов (в основном ванадий и никель) в несколько раз превышает их концентрацию в обычных легких нефтях. Выход бензиновых фракций из природных битумов не выше 10 %, а светлых нефтепродуктов – не превышает 25 % массы. Чем больше в нефти серы, металлов, тем труднее осуществить ее деструктивно-каталитическую и гидрогенизационную переработку.

Асфальтены - наиболее высокомолекулярные соединения природных битумов. В состав асфальтенов входят углерод, водород, кислород, сера. Асфальтены нерастворимы в предельных углеводородах, частично растворимы в нафтеновых углеводородах и лучше в ароматических углеводородах.

Из-за плохой растворимости в углеводородах, асфальтены природных битумов не образуют истинных растворов. Поэтому битумы представляют собой коллоидные системы. Как и все коллоидные системы, дисперсия асфальтенов не является агрегативно устойчивой. При изменении условий частицы асфальтенов могут слипаться вплоть до полной коагуляции и выпадения в осадок.

Одним из главных факторов, определяющих свойства битумов, является групповой химический состав. Зависимости между химическим составом и физико-механическими свойствами битумов пока точно не установлены. Основными группами химических соединений, которые определяют структуру битумов, принято считать асфальтены, смолы и масла.

Содержание асфальтенов, смол и масел в битумах колеблется в пределах: асфальтены 8-45 %, смолы 20-25 %, масла 33-63 %.

Анализ асфальтенов, выделенных из различных нефтей, показал, что все они характеризуются содержанием углерода в пределах 80 - 86 %, водорода 7,3 - 9,4 % и довольно постоянным соотношением углерод: водород (около 10).

Масла относятся к углеводородным компонентам нефти. Молекулярный вес их колеблется в пределах 400-800 а.е.м., и лишь небольшая часть характеризуется более высоким молекулярным весом. Основную часть масел представляют углеводороды смешанного строения с различным сочетанием парафиновых цепей и нафтеновых и ароматических колец. Анализ элементного состава масляной части различных нефтей показал, что масла в общем характеризуются примерно одинаковым содержанием углерода (около 85 %) и водорода (12-13 %); отношение углерода и водорода приблизительно равно 7.

Общие элементы в строении углеродного скелета высокомолекулярных соединений нефти (углеводородных и неуглеводородных), а также близость элементного состава смол и асфальтенов, несомненно, говорят о наличии генетической связи в ряду масла – смолы – асфальтены.

Из анализа литературных источников вытекает, что чем больше содержится в нефтях асфальто-смолистых компонентов, чем выше отношение асфальтенов к смолам и меньше содержание твердых парафинов.

Ниже приведены физико-химические характеристики природных битумов Мордово-Кармальского, Ашальчинского, Каменского и Олимпиадовского месторождений.

Отличительной характеристикой Мордово-Кармальского природного битума является высокое содержание асфальтенов (12,5 %), смол (26 %) и серы (3,9 %). В нем отсутствует фракция, выкипающая до 200 ⁰С. До 350 ⁰С выкипает всего 23 %. Остаточная фракция (>450 ⁰С) содержится в значительных количествах – 56,2 %.

Физико-химические характеристики Мордово-Кармальского природного битума, добытого различными методами, и Ашальчинского природного битума даны соответственно в табл. 1.7 и 1.8.

Таблица 1.7

Физико-химические характеристики Мордово-Кармальского

природного битума, добытого различными методами

 

Показатели	Метод добычи
ест. приток скв. № 80	закачка пара скв. № 104	Внутрипластовое горение
скв. № 8	скв. № 465
Плотность при 20 ^0С, кг/м^3	960,0	953,2	955,2	922,3
Кинематическая вязкость при 50 ^0С, · 10 ^-6 м^2/с	247,5	135,9	46,68	22,5
Коксуемость, % мас.	8,7	8,8	7,0	6,8
Содержание, % мас. смол силикагелевых асфальтенов парафина серы ванадия никеля	19,3 4,8 1,1 4,1 0,050 0,025	27,3 9,5 1,9 3,5 0,043 0,024	19,6 7,1 1,7 3,7 0,038 0,024	14,1 4,9 1,1 3,6 0,013 0,010
Начало кипения, ^0С
Выход фракций, % мас. до 350 ^0С	23,6	24,0	33,0	36,0

Таблица 1.8

Физико-химические характеристики природного битума

Ашальчинского месторождения

 

Наименование показателей	Показатели
Скважина №
Плотность, кг/м^3 при 20 ^0С	968,7
Вязкость кинематическая 10^-6 м^2/с при 20 ^0С при 50 ^0С	8610,82 560,61
Содержание, % мас. парафинов серы асфальтенов смол силикагелевых ванадия никеля мех. примесей	0,3 3,39 7,7 25,2 0,041 0,0112 0,34
Коксуемость, % мас.	4,5
Температура вспышки в открытом тигле, ^0С
Фракционный состав, % мас. н.к. ^0С до 200 ^0С до 250 ^0С до 300 ^0С до 350 ^0С	2,0 6,5 18,0 21,0
Температура застывания, ^0С	5,0
Кислотное число, мг КОН на 1 г. нефти	0,144
Содержание смол сернокислотных, % об.	80,0

 

Физико-химические характеристики природного битума Каменского месторождения для двух режимов отбора (естественным путем (I) и после закачки пара (II)) и Олимпиадовского месторождения (для четырех режимов) даны, соответственно, в табл. 1.9 и 1.10.

 

 

Таблица 1.9

 

Физико-химические характеристики проб природного битума

Каменского месторождения

 

Показатели	Скважина 206
I	II
Интервал перфорации, м	138-143	138-143
Содержание воды, % об	5,6	12,0
Плотность, кг/м^3 при 20 ^0С	958,4	961,0
Вязкость динамическая, Па∙с∙10^3 при 8 ^0С при 20^0С при 50 при 80^0С	6324,7 1717,8 186,9 43,2	5538,0 1491,0 177,3 41,5
Содержание, % мас серы асфальтенов смол силикагелевых механических примесей	2,8 7,3 23,5 0,61	2,7 8,3 37,9 0,68
Коксуемость, % масс	4,7	8,6
Температура вспышки в открытом тигле, ^0С
Фракционный состав, % мас Н.К. 0 ^0С до 180 ^0С до 250 ^0С до 300 ^0С	2,1 14,2 28,0	2,1 15,4 30,1
Кислотное число, мг КОН на 1 г битума	0,03	0,03
Температура застывания, ^0С	минус 19	минус 19
Групповой состав, % мас парафино-нафтеновые ароматические смолы силикагелевые асфальтены	31,5 31,0 23,5 7,3	32,9 21,6 35,9 8,3

Свойства природного битума, добытого естественным путем и после закачки пара, изменились незначительно, кроме содержания воды, которая в пробе после закачки пара увеличилась с 5,6 до 12,0 % об., и коксуемости с 4,7 до 8,6 % массовых.

 

 

Таблица 1.10

 

Физико-химические характеристики природных битумов

Олимпиадовского месторождения

 

Показатели	Скважина № 258
Естествен-ный режим	После 1 ОПЗ паром	После 2 ОПЗ паром	После 3 ОПЗ паром
Интервал перфорации, м	165-172	165-172	165-172	165-172
Содержание воды, % об	1,2	13,0	16,0	15,0
Плотность, кг/м^3 при 20 ^0С	962,3	960,7	960,8	960,9
Вязкость динамическая, Па∙с∙10^3 при 8 ^0С при 20^0С при 50 при 80^0С	25696,2 6080,0 445,9 78,08	18556,5 5218,0 380,9 64,1	21093,9 4302,7 332,4 57,77	21960,9 4471,3 339,9 58,8
Содержание, % мас серы асфальтенов смол силикагелевых мех. примесей	3,37 7,01 38,5 0,55	3,55 6,06 42,7 0,34	3,1 4,6 37,4 0,33	3,54 7,46 43,4 0,63
Коксуемость, % мас	8,25	8,25	6,4	6,9
Температура вспышки в открытом тигле, ^0С
Фракционный состав, % масс Н.К. до 180 ^0С до 250 ^0С до 300 ^0С до350 ^0С	3,5 7,4 14,3 24,4	3,3 6,2 14,0 20,1	4,1 10,6 20,4 25,0	2,4 4,1 12,7 21,9
Кислотное число, мг КОН на 1 г	0,04	0,07	0,06	0,06
Содержание смол сернокислотных, % об.
Продолжение таблицы №1. 10
Групповой состав, % масс парафино-нафтеновые ароматика смолы силикагелевые асфальтены	29,6 20,3   38,5 7,01	26,5 18,9   42,7 6,06	30,5 22,7   37,4 4,6	20,1 25,4   43,4 7,46

 

Выводы:

При изучении физико-химических свойств высоковязких нефтей и природных битумов установлено, что они являются ценным углеводородным сырьем для производства высококачественных дорожных, строительных и специальных битумов, моторных топлив, смазочных масел, разнообразных химических продуктов.

 

1.3. Распределение мировых запасов тяжелых нефтей и природных битумов.[1]

 

Запасы природных битумов и тяжелых нефтей в мире несколько раз превышают запасы средних и легких нефтей. Мировые извлекаемые запасы природных битумов распределяются следующим образом: Канада – 75 %, Россия – 22 %, остальные страны мира - 3 % [7].

Мировые запасы тяжелых нефтей и природных битумов сосредоточены в 63 геологических провинциях и оцениваются от 500-550 до 1 триллиона млрд. м³, около половины из них являются доказанными запасами, а остальные – прогнозными табл. 1.11, рис. 1.1.

Таблица 1.11