Fizikalna svojstva nafteFizikalna svojstva nafte

Predmet: Sabiranje i transport nafte i plina IStudij: Preddiplomski studij naftnog rudarstvaNastavnik: Prof. dr. sc. Katarina Simon

Sirova nafta (engl. black oil)Sirova nafta (engl. black oil)

• Temperatura nafte je manja od kritične temperature

• Nafta čija fizikalna svojstva zavise samo od ležišnog tlaka pri konstantnoj temperaturi

• nafta s početnim proizvodnim plinskim faktorom (GOR) manjim od 350 m3/m3

• relativna gustoća otplinjene nafte je između 0,800 i 0,875 (između 30 i 45 °API) (kada se nalazi u spremniku)

Plinski faktor - omjer volumena proizvedenog plina (u standardnim kubnim metrima ili stopama) i volumena proizvedene nafte (u standardnim kubnim metrima ili barelima), ili količina plina proizvedena s jednim kubnim metrom (ili barelom) nafte.

Hlapljiva (isparljiva) sirova nafta (engl. volatile oil)

Hlapljiva (isparljiva) sirova nafta (engl. volatile oil)

• U usporedbi sa sirovom naftom sadrži manje molekula velike mase i više molekula srednje molekulske mase (od etana do heksana)

• Temperatura nafte u ležištu manja je od kritične temperature, ali bitno manja od kritične temperature koja karakterizira sirovu naftu

• Malo smanjenje tlaka u odnosu na liniju ključanja (bubble point) uzrokuje oslobađanje velike količine plina u ležištu

• početni faktor otopljenog plina je između 350 i 600 m³/m³ i povećava se s vremenom proizvodnje odnosno smanjenjem tlaka ispod tlaka zasićenja

• veliki volumen oslobođenog plina uzrokuje povećanje viskoznosti nafte u ležištu i porast plinskog faktora, odnosno proizvodnje plina

• Relativna gustoća ove nafte nakon otplinjavanja je od 0,7 do 0,825 ili između 45° i 70° API, a viskoznost od 0,2 do 2 cp,

Definicija standardnih uvjeta u naftnoj industriji prema SI

Definicija standardnih uvjeta u naftnoj industriji prema SI

To su standardni atmosferski uvjeti na razini mora i na geografskoj širini 45o:

• standardna temperatura, t0=15,5 oC;

• standardni tlak, p0=101325 Pa=1,01325 bar.

Standardni tlak odgovara tlaku stupca žive visine h=760 mm i gustoće =13595,1 kg/m3 pri normiranom ubrzanju sile teže (0 m, 45o) g=gN=9,80665 m/s2, tj.

Pa 0,10132576,080665,91,135950 ghp

Gustoća nafteGustoća nafte

• Masa nafte po jedinici obujma nafte, ρo

3kg/m ,o

oo V

m

Gdje je:

mo = masa nafte, kg

Vo = volumen nafte, m3

Gustoća nafte u standardnim uvjetima najčešće je između 800 i 900 kg/m3

Gustoća nafteGustoća nafte

• Ako je poznata gustoća nafte pri standardnim uvjetima, gustoća nafte pri bilo kojoj temperaturi može se izračunati iz:

)5,15( ttoscot

Gdje je:ρot - gustoća nafte pri temperaturi t, kg/m3

ρosc – gustoća nafte pri standardnim uvjetima, kg/m3

βt – popravni temperaturni koeficijent, kg/m3Kt – temperatura pri kojoj se izračunava gustoća

nafte, °C

Gustoća nafteGustoća nafte

• Popravni temperaturni koeficijent gustoće može se izračunati po obrascu:

osct 001315,0825,1

Gustoća nafteGustoća nafte

• Gustoća smjese različitih nafti izračunava se po sljedećem obrascu:

Gdje je:

ρos – obujamska masa smjese više nafti, kg/m3

ρoi – obujamska masa i-te nafte, kg/m3

Voi – obujam i-te nafte, m3

n

ioi

n

ioioi

os

V

V

1

1

Gustoća nafteGustoća nafte• Gustoća nafte u kojoj je

otopljen plin do tlaka zasićenja može se izračunati po obrascu:

Gdje je:ρo – gustoća nafte u kojoj je otopljen plin u

uvjetima protoka, kg/m3

ρot - gustoća nafte pri temperaturi t, kg/m3

Rs- faktor otopljenog plina, m3/m3

Bo – volumetrijski faktor nafte, m3/m3

ρz – gustoća zraka pri standardnim uvjetima, uzima se da je jednaka 1,223 kg/m3

γgd – relativna gustoća plina otopljenog u nafti (zrak=1,0) koja se očitava iz dijagrama na slici 1.17.

o

sgdzoto B

R

Obrazac 1.17Obrazac 1.17

Gustoća nafteGustoća nafte

• Ako se nafta nalazi pod tlakom koji je veći od tlaka zasićenja nafte tada se gustoća izračuna iz:

boobo ppc expGdje je;ρo – gustoća nafte u području iznad tlaka zasićenja, kg/m3

ρob – gustoća nafte pri tlaku zasićenja, kg/m3

p – tlak pod kojim se nalazi nafta, Papb – tlak zasićenja nafte, Paco – koeficijent stlačivosti nafte, Pa-1 co =ΔVo/Vo Δp

Relativna gustoća (“specifična težina”) nafte,

Relativna gustoća (“specifična težina”) nafte,

- omjer gustoće nafte i gustoće vode pri standardnim uvjetima:

w=999,014 kg/m3

• bezdimenzionalna veličina iako se u američkoj literaturi izražava u oAPI i naziva specific gravity (ne miješati sa specifičnom težinom izraženom kao g)

• Odnos relativne gustoće i oAPI:

API

API

o

o

5,131

5,141

5,1315,141

w

oo

Reološka svojstva fluida- najvažnije reološko svojstvo fluida je viskoznost

- otpor što ga fluid pruža protjecanju

Reološka svojstva fluida- najvažnije reološko svojstvo fluida je viskoznost

- otpor što ga fluid pruža protjecanju

• Reološka svojstva određuju se eksperimentalno iz odnosa smičnog naprezanja, pri različitim brzinama smicanja, .

• Podjela fluida na newtonske i ne-newtonske

• većina nafti – Newtonski fluid - smično naprezanje proporcionalno je smičnoj brzini – viskoznost je pravac koji prolazi ishodištem koord. sustava

Reološki modeliReološki modeli

• Newtonov model za tzv. njutnovske fluide;

• Binghamov model za plastične fluide:=+

• Eksponencijalni i modificirani eksponencijalni model za pseudoplastične fluide:= K’n’= + K’m

Viskoznost nafteViskoznost nafte• uvelike ovisi o temperaturi i količini otopljenog plina• za određivanje pokretljivosti i proračun protjecanja fluida u naftnoj

industriji u uporabi je dinamička (ili apsolutna) viskoznost • Jedinica za dinamičku viskoznost je 1 Pa s • Postoji i kinematička viskoznost – odnos dinamičke viskoznosti i

gustoće nafte

1 centistokes=0,01 cm2/s= 1,0x 10-6 m2/s

00

0

Utjecaj temperature na viskoznost nafte

Utjecaj temperature na viskoznost nafte

• važna za transport nafte• povećanje temperature -molekule nafte se razmiču i viskoznost nafte se smanjuje • Povećanje tlaka - neznatno povećanje viskoznosti

Viskoznost nafteViskoznost nafte

• Viskoznost nafte pri bilo kojoj temperaturi ako je poznata njezina viskoznost pri dvije zadane temperature može se izračunati iz:

log μotx = log μot1-K log tx/t1

K=log(μot1/ μot2)/log(t2/t1)

Gdje jeμotx, μot1, μot2 – viskoznost nafte pri traženoj, pri prvoj

odnosno drugoj zadanoj temperaturi, Pa s

tx, t1,t2 – tražena, prva odnosno druga zadana temperatura, °C

Viskoznost nafteViskoznost nafte• Viskoznost nafte u kojoj

je otopljen plin može se izračunati po Chew-Connalyjevoj jednadžbi koja glasi

Gdje je:

μo – viskoznost nafte u kojoj je otopljen plin, mPa s

μosc- viskoznost otplinjene nafte pri standardnim uvjetima, mPa s

A, b – konstante očitane iz dijagrama 1.2.

bosco A

Viskoznost nafteViskoznost nafte

• Ako se nafta nalazi pod tlakom iznad tlaka zasićenja nafte viskoznost se računa prema:

Gdje je

μo – viskoznost nafte pod tlakom iznad tlaka zasićenja, Pa s

μob – viskoznost nafte pri tlaku zasićenja, Pa s

m – eksponentp – tlak pod kojim se nalazi nafta, Pa

pb – tlak zasićenja, Pa

m

bobo p

p

)0,510566,0(187,15 8

101022,7

ppm

Ovisnost viskoznosti nafte o njenoj relativnoj gustoći

Ovisnost viskoznosti nafte o njenoj relativnoj gustoći

Utjecaj otopljenog plina na viskoznost nafte

Utjecaj otopljenog plina na viskoznost nafte

Površinska napetostPovršinska napetost

• Mijenja se s promjenom gustoće, tlaka i temperature

Električna svojstva nafteElektrična svojstva nafte

• Čista nafta - slab vodič električne struje • ako su u njoj otopljene male količine soli ili kiseline

vodljivost joj raste• Električna vodljivost naftnih emulzija ovisi o sadržaju

nafte i odnosu nafte i vode.• Dielektrična konstanta nafte pokazuje koliko je puta sila

uzajamnog djelovanja između električnih naboja u nafti manja od one u vakumu pri jednakim uvjetima

• Za nafte se kreće od 2-4 dok je za čistu vodu 80,1 a za onu u kojoj je otopljeno 10% NaCl 59,0.

• Ostala svojstva nafte: stlačivost, isparljivost, specifična toplina, toplinska vodljivost.