Нахождение нефти в природе кратко
Обновлено: 05.07.2024
Понятие и характеристика нефти, ее главные физические и химические свойства. Ее происхождение и распространенность в природе, пути добычи и оценка мировых запасов. Органическая концепция нефти и анализ ее промышленного значения на современном этапе.
| Рубрика | Химия |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 08.03.2016 |
| Размер файла | 28,7 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Нефть, ее свойства, нахождение в природе
Введение
органический нефть химический
Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX-XX вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых заняла нефть.
1. Что же такое нефть?
Нефть - это маслянистая горючая жидкость, обладающая специфическим запахом. Обычно коричневого цвета с зеленоватым или другим оттенком, иногда почти черная, очень редко бесцветная.
Нефти состоят главным образом из углерода - 79,5 - 87,5% и водорода - 11,0 - 14,5% от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три элемента - сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 - 8%. В незначительных концентрациях в нефтях встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий и другие. Их общее содержание не превышает 0,02 - 0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.
2. Свойства нефти
Главнейшим свойством нефти, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является их способность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплота сгорания нефти - 41 МДж/кг, бензина - 42 МДж/кг. Важным показателем для нефти является температура кипения, которая зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.
Нефть, как и любая жидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразное состояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Так, температура кипения метана -161,5°С, этана -88°С, бутана 0,5°С, пентана 36,1°С. Легкие нефти кипят при 50-100°С, тяжелые - при температуре более 100°С.
Различие температур кипения углеводородов используется для разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180-200°С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200-250°С - лигроиновой, при 250-315°С - керосиново-газойлевой и при 315-350°С - масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6-10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из углеводородов с , газойлевая - и т.д.
Важным является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м 3 нефти может раствориться до 400 м 3 горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 - средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 - тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые - бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов.
3. Происхождение нефти
Существуют две теории происхождения нефти: биогенная и абиогенная. Сторонники первой - органики - считают, что нефть образовалась в осадочном чехле земной коры в результате глубокого преобразования животных и растительных организмов, живших миллионы лет назад. Другие - неорганики - доказывают, что нефть образовались в мантии земли неорганическим путем. Ответ на этот вопрос даст ответ на другой вопрос: в каких конкретных точках образуется нефть?
4. Органическая концепция
Органическая концепция в своем развитии опирается на геологические наблюдения. Так, 99,9% известных скоплений нефти приурочено к осадочным толщам. Поэтому ученые считают, что нефть является продуктом процесса осадонакопления. Было установлено, что залежи нефти находятся в линзах проницаемых пород, окруженных непроницаемыми породами.
С позиций современной органической позиции нефть образуется следующим образом.
Моря и озера населены планктоном. После его отмирания остатки растений и животных организмов падают на дно, образуя толстый слой ила. После этого начинается биохимическая стадия образования нефти. Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывают белки, углеводы и т.д. При ютом образуются метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходит в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотняется: происходит диагенез. Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые. Биохимические процессы затухают. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5-8,5 км идет образование жидких углеводородов - микронефти - при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150 -200°С образуется метан. По мере уплотнения илов микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения.
5. Мировые запасы нефти
Данный список стран по доказанным запасам нефти основан на оценках BP(BritishPetroleum) - британская нефтегазовая компания, вторая по величине публично торгующая нефтегазовая компания в мире.) в опубликованном Статистическом обзоре мировой энергетики 2015 (Statistical Review of World Energy 2015) по состоянию на 2014 год в млрд тонн и млрд баррелей.
Нефть – это полезное ископаемое, представляющее собой маслянистую горючую жидкость, как правило, темного, почти черного цвета (встречаются, однако, и совсем светлые, а также зеленоватые, и красноватые разновидности) со специфическим запахом, и являющуюся сложной смесью углеводородов с некоторым количеством неорганических примесей.
Ценность нефти
В то время как ископаемые виды топлива такие, как уголь или торф, применяются для производства энергии на протяжении многих веков, масштабное использование в промышленности именно сырой нефти началось только в 19 веке.
Нефть – это важнейший энергетический ресурс, на который сегодня приходится около трети мирового энергопотребления.
"Черное золото" или "кровь земли", как часто иносказательно называют данную субстанцию, - это не только стратегическое сырье, но также инструмент государственной политики. От цен на нее зависят экономики целых государств, а, следовательно, уровень жизни граждан. Но, как это ни прискорбно, зачастую она же является причиной кровопролитных войн, вооруженных конфликтов, энергетических и политических кризисов.
Применение нефти
Но главная ценность нефти заключается в веществах, которые получают из нее путем переработки, - нефтепродуктах.
Впервые внимание на значимость"черного золота", как сырья для переработки, а не только топлива, обратил внимание Д.И. Менделеев. Именно ему принадлежит известное высказывание:
Ученому принадлежит целый ряд научных работ изучению происхождения и переработке нефтяного сырья.
Основными продуктами нефтепереработки являются моторные топлива (бензин, керосин, дизель, флотский или судовой мазут), топлива для газовых турбин (авиационный бензин и керосин), топлива для котельных установок (топочный или котельный мазут). Суммарно топлива составляют около 80% от всего объема производимых нефтепродуктов.
Кроме этого, из нефтяного сырья получают:
- смазочные материалы и минеральные масла,
- парафин,
- битум (дорожный, строительный),
- сажу (для резиновой промышленности)
- кокс (производство электродов)
- растворители и ароматические углеводороды
- ряд газов
При этом целый ряд получаемых в результате переработки веществ и фракций являются не конечными продуктами, а ценным сырьем для дальнейшего нефтехимического синтеза.
В частности попутные нефтяные газы, газы нефтепереработки, ароматические углеводороды, жидкие и твёрдые парафины, используются для синтеза полимерных материалов и пластических масс, синтетических волокон, синтетического каучука, синтетических моющих средств, спиртов, альдегидов, кетонов, кормовых белков, лекарств и других ценных веществ.
Запасы нефти
Нефть залегает на глубинах от нескольких метров до 6 км вместе с газообразными углеводородами. Преимущественно залежи располагается на глубине 1 – 3 км. На глубине свыше 4 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным содержанием легких фракций. На малых глубинах нефть обычно наоборот преобразуется в густую мальту, полутвердый асфальт, битумы и битуминозные пески. Иногда встречаются даже ее выходы на поверхность. Самым известным примером является битумное озеро Пич-Лейк на острове Тринидад.
Залежи нефти обнаружены во многих частях света, как на суше, так и на море. Ниже приведены список стан с крупнейшими запасами черного золота по данным BP Statistical Review of World Energy за 2016 год. Кстати, если проанализировать распределение ресурсов по странам, то окажется что около 80% мировых доказанных запасов приходится лишь на 8 стран.
| Страна | Запасы нефти, млрд. баррелей | % от мировых запасов | ©PetroDigest.ru |
|---|---|---|---|
| Венесуэла | 300,9* | 17,7 | |
| Саудовская Аравия | 266,6 | 15,7 | |
| Канада | 172,2* | 10,1 | |
| Иран | 157,8 | 9,3 | |
| Ирак | 143,1 | 8,4 | |
| Россия | 102,4 | 6,0 | |
| Кувейт | 101,5 | 6,0 | |
| ОАЭ | 97,8 | 5,8 | |
| США | 55,0 | 3,2 | |
| Ливия | 48,4 | 2,8 | |
| Нигерия | 37,1 | 2,2 | |
| Казахстан | 30,0 | 1,8 | |
| Катар | 25,7 | 1,5 | |
| Китай | 18,5 | 1,1 | |
| Бразилия | 13,0 | 0,8 | |
* в том числе 222,3 млрд баррелей тяжелой нефти пояса реки Ориноко
** в том числе 166,2 млрд баррелей из канадских нефтяных песков
Происхождение нефти
По происхождению и химическому составу нефть близка к горючим природным газам и озокериту, которые относят к классу петролитов. Петролиты в свою очередь входят в более обширную группу каустобиолитов - горючих минералов биогенного происхождения. Кроме нефти каустобиолиты включают также такие ископаемые топлива как торф, каменный и бурый уголь, горючие сланцы и др.
Существует две основные теории нефтеобразования: органическая (биогенная) и неорганическая (абиогенная). Доминирующей и объективно наиболее правдоподобной является биогенная теория. В соответствии с ней ведется современный поиск и добыча нефти, так как большинство научных данных свидетельствуют именно в пользу органического происхождения.
Согласно данной теории, нефть формировалась из остатков древних живых организмов (керогена) на протяжении десятков и сотен миллионов лет. Зоопланктон и водоросли опускались на дно древних, довольно теплых морей, где подвергались термическому и термокаталитическому разложению, в результате которого и образовывались жидкие углеводороды.
Теория же абиогенного происхождения предполагает формирование нефти на сверхбольших глубинах из неорганического углерода и водорода под действием высокого давления и температуры.
Состав и свойства
Нефть встречается во многих местах нашей планеты, и порой существенно различается по своему составу, а следовательно и физическим свойствам. Каждую такую разновидность называют сортом нефти.
В состав "черного золота" входит около 1000 соединений, большинство из которых углеводороды: алканы, циклоалканы и ароматические углеводороды. Кроме этого в ней присутствуют серо-, азот-, и кислородсодержащие соединения, а также незначительное количество металлов.
Состав и свойства определяют стоимость каждого конкретного сорта нефти, которая коррелирует с ресурсозатратами на его переработку. Например, нефтяное сырье с высоким содержанием серы требует тщательной очистки, так как серосодержащие соединения в нефтепродуктах причиняют существенный ущерб оборудованию, а также существенно влияют на токсичность выбросов при использовании нефтепродуктов.
По плотности нефти можно судить о преобладании в ее составе тех или иных фракций. Легкая нефть содержит больше ценных светлых фракций, чем тяжелое высоковязкое сырье. Кроме этого, основное количество нежелательных примесей сосредоточено именно в тяжелых фракциях. Таким образом, легкое нефтяное сырье, чрезвычайно удобное для получения ценных светлых нефтепродуктов, стоит значительно дороже тяжелого.
Этимология названия
Точного происхождения слова "нефть" в русском языке не установлено.
Существует версия, по которой слово пришло из персидского языка. В Древней Персии существовал обряд огнепоклонничества, называемый "nafta". Во время этого обряда жрецы черпали нефть из углублений, выкопанных вблизи ее естественных выходов на поверхность, и поджигали. Впоследствии, через турецкий язык слово "naft" изменилось на "neft".
Во многих языках "нефть" переводится как "горное масло". В России, например, название "горное масло" употреблялся вплоть до середины 19 века.
Нефть (из тур. neft , от персидск. нефт [1] ) — природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. По цвету, нефть бывает красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть; имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли. Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.
Содержание
Общие сведения
Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1—3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и др. образования — например, битуминозные пески и битумы.
По химическому составу и происхождению нефть близка к естественным горючим газам, озокериту, а также асфальту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролитов. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также ископаемые твёрдые топлива [2] .
Исторические сведения о нефти
Нефть известна человечеству с древнейших времён, что иллюстрируется следующими данными:
- в России заводской практикой братьев Дубининых (с 1823),
- в Америке химиком Б. Силлиманом (1855),
было доказано, что из неё можно выделить керосин — осветительное масло, подобное фотогену, уже в то время вырабатывавшемуся из некоторых видов каменных углей и сланцев и получившему широкое распространение. Преимущественное использование переработанной нефти началось только во 2-й половине 19 века, чему способствовал возникший в это время новый способ добычи нефти с помощью буровых скважин вместо колодцев. Первая в мире добыча нефти из буровой скважины состоялась в 1848 году на Биби-Эйбатском месторождении вблизи Баку. [5]
Происхождение
Нефть — результат литогенеза. Она представляет собой жидкую (в своей основе) гидрофобную фазу продуктов фоссилизации (захоронения) органического вещества (керогена) в водно-осадочных отложениях.
Нефтеобразование — стадийный, весьма длительный (обычно 50—350 млн лет) [6] процесс, начинающийся ещё в живом веществе. Выделяется ряд стадий:
- Осадконакопление — во время которого остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;
- биохимическая — процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;
- протокатагенез — опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5—2 км, при медленном подъёме температуры и давления;
- мезокатагенез или главная фаза нефтеобразования (ГФН) — опускание пласта органических остатков на глубину до 3—4 км, при подъёме температуры до 150 °C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки;
- апокатагенез керогена или главная фаза газообразования (ГФГ) — опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км, при подъёме температуры до 180—250 °C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и реализовывает метаногенерирующий потенциал.
- И. М. Губкин выделял также стадию разрушения нефтяных местозарождений.
Убедительные доказательства биогенной природы нефте-материнского вещества были получены в результате детального изучения эволюции молекулярного состава углеводородов и их биохимических предшественников (прогениторов) в исходных организмах, в органическом веществе осадков и пород и в различных нефтях из залежей. Важным явилось обнаружение в составе нефти хемофоссилий — весьма своеобразных, часто сложно построенных молекулярных структур явно биогенной природы, то есть унаследованных (целиком или в виде фрагментов) от органического вещества. Изучение распределения стабильных изотопов углерода ( 12 C, 13 C) в нефти, органическом веществе пород и в организмах (А. П. Виноградов, Э. М. Галимов) [7] также подтвердило неправомочность неорганических гипотез.
Тем не менее, и в настоящее время некоторые ученые (преимущественно в России) отстаивают неорганические гипотезы происхождения нефти. В частности, утверждается, что к образовавшейся в древние эпохи органическим путем нефти постоянно добавляется нефть, образующаяся неорганическим путем. Если это верно, то это означает практическую неисчерпаемость запасов нефти [8] .
Свойства нефти
Физические свойства
Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса 220—300 г/моль (редко 450—470). Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой. Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления [9] . Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °C, реже ≥100 °C в случае тяжёлых не́фтей) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450—500 °C (выкипает ~ 80 % объёма пробы), реже 560—580 °C (90—95 %). Температура кристаллизации от −60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже). Вязкость изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 мм²/с для различных не́фтей, добываемых в России), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). Удельная теплоёмкость 1,7—2,1 кДж/(кг∙К); удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2,0—2,5; электрическая проводимость [удельная] от 2∙10 −10 до 0,3∙10 −18 Ом −1 ∙см −1 .
Нефть — легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от — 35 [10] до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологии для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание.
Химический состав
Общий состав
Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C1-C4, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси.
Углеводородный состав
В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30—35, реже 40—50 % по объёму) и нафтеновые (25—75 %). В меньшей степени — соединения ароматического ряда (10—20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические).
Элементный состав нефти и гетероатомные компоненты
Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие — H2S, меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены и тиофаны, а также полициклические и т. п. (70—90 % концентрируется в остаточных продуктах — мазуте и гудроне); азотсодержащие — преимущественно гомологи пиридина, хинолина, индола, карбазола, пиррола, а также порфирины (большей частью концентрируется в тяжёлых фракциях и остатках); кислородсодержащие — нафтеновые кислоты, фенолы, смолисто-асфальтеновые и др. вещества (сосредоточены обычно в высококипящих фракциях). Элементный состав (%): 82-87 C; 11-14,5 Н; 0,01-6 S (редко до 8); 0,001-1,8 N; 0,005—0,35 O (редко до 1,2) и др. Всего в нефти обнаружено более 50 элементов. Так, наряду с упомянутыми, в нефти присутствуют V(10 −5 — 10 −2 %), Ni(10 −4 −10 −3 %), Cl (от следов до 2·10 −2 %) и т. д. Содержание указанных соединений и примесей в сырье разных месторождений колеблется в широких пределах, поэтому говорить о среднем химическом составе нефти можно только условно.
| Месторождение | Плотность, г/см³ | С | Н | S | N | O | Зола |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ухтинское (РФ) | 0,897 | 85,30 | 12,46 | 0,88 | 0,14 | - | 0,01 |
| Грозненское (РФ) | 0,850 | 85,95 | 13,00 | 0,14 | 0,07 | 0,74 | 0,10 |
| Сураханское (Азербайджан) | 0,793 | 85,34 | 14,14 | 0,03 | - | 0,49 | - |
| Калифорнийское (США) | 0,912 | 84,00 | 12,70 | 0,40 | 1,70 | 1,20 | - |
Классификация нефти по углеводородному составу
Класс углеводородов, по которому нефти даётся наименование, должны присутствовать в количестве более 50 %. Если присутствуют углеводороды также и других классов и один из классов составляет не менее 25 %, выделяют смешанные типы нефти: метано-нафтеновые, нафтено-метановые, ароматическо-нафтеновые, нафтено-ароматические, ароматическо-метановые и метано-ароматические; в них первого компонента содержится более 25 %, второго — более 50 %.
| Месторождение | Плотность, г/см³ | Парафины | Нафтены | Ароматические |
|---|---|---|---|---|
| Пермское (РФ) | 0,941 | 8,1 | 6,7 | 15,3 |
| Грозненское (РФ) | 0,844 | 22,2 | 10,5 | 5,5 |
| Сураханское (Азербайджан) | 0,848 | 13,2 | 21,3 | 5,2 |
| Калифорнийское (США) | 0,897 | 9,8 | 14,9 | 5,1 |
| Техасское (США) | 0,845 | 26,4 | 9,7 | 6,4 |
Растворители нефти
По способности растворяться в органических жидкостях, в том числе в:
- другие петролиты,
- вещества, извлекаемые этими растворителями из торфа,
- вещества, извлекаемые этими растворителями из ископаемых углей
принято относить к группе битумов.
Геология нефти
Заключающие нефть породы обладают сравнительно высокой пористостью и достаточной для её извлечения проницаемостью. Породы, допускающие свободное перемещение и накопление в них жидкостей и газов, называются коллекторами. Пористость коллекторов зависит от степени отсортированности зёрен, их формы и укладки, а также и от наличия цемента. Проницаемость определяется размером пор и их сообщаемостью. Главнейшими коллекторами нефти являются пески, песчаники, конгломераты, доломиты, известняки и другие хорошо проницаемые горные породы, заключённые среди таких слабопроницаемых пород, как глины или гипсы. При благоприятных условиях коллекторы могут быть трещиноватые метаморфические и изверженные породы, находящиеся в соседстве с осадочными нефтеносными породами.
Различного типа залежи нефти в гидравлически незамкнутых (1—3) и замкнутых (4—6) ловушках: 1 — пластовые сводовые нефтяные и газонефтяные залежи; 2 — массивная сводовая газонефтяная залежь; 3 — нефтяная залежь в выступе палеорельефа, первичного (напр., рифа) или вторичного (эрозионного); 4 — нефтяная залежь, экранированная стратиграфическим несогласием; 5 — нефтяная залежь в ловушке первичного (фациального, литологического) выклинивания коллектора; 6 — тектонически экранированная залежь нефти; а — нефть; б — газ; в — вода.
Сорта нефти
Введение сортности необходимо в связи с разностью состава нефти (содержания серы, различного содержания групп алканов, наличия примесей) в зависимости от месторождения. Стандартом для цен служит нефть сортов WTI и Light Sweet (для западного полушария и вообще ориентиром для других сортов нефти), а также Brent (для рынков Европы и стран ОПЕК).
Чтобы упростить экспорт были придуманы некие стандартные сорта нефти, связанные либо с основным месторождением, либо с группой месторождений. Для России это тяжёлая Urals и лёгкая нефть Siberian Light. В Великобритании — Brent, в Норвегии — Statfjord, в Ираке — Kirkuk, в США — Light Sweet и WTI. Часто бывает, что страна производит два сорта нефти — лёгкую и тяжёлую. Например в Иране это Iran Light и Iran Heavy. [11]
Нефть — это органический продукт, который образовался в результате распада организмов и растений, существовавших на планете миллионы лет назад. Профессора и ученые утверждают, что животные и растения оставались на дне морей и заливов, покрывались слоями отложений до того, как начинался процесс разложения. Анаэробные бактерии воздействовали на останки, что впоследствии привело к образованию нефти и газа.
Образование топлива
Между распадающимися органическими останками и солями в воде и грязи происходили химические реакции. При этом реакции могли существенно различаться в разных точках земного шара. Это можно объяснить тем, что животные и растения бывают разные, да и реакции тоже.
Останки продолжали распадаться, покрываясь все более толстым слоем различных отложений, которые приносились речным потоком. Все это длилось в течение миллионов лет. Постепенно из остатков формировались углеводороды, образовалось полезное ископаемое. Как только слой нарастал, повышались давление и температура, что приводило к ускорению процесса образования горючего полезного ископаемого.
Иногда нефть и газ выходили наружу благодаря разломам в непроницаемых породах. Далее некоторая часть продукта испарялась в атмосферу, остатки же образовывали смолообразные плотные вещества. Таким образом возникали целые озера битумов, которые затем находили люди. Иногда люди сами рыли котлованы для добычи и использования битумов.
Применение нефти
Несмотря на то что история нефти насчитывает миллионы лет существования, добывать и применять ее в промышленных масштабах человечество научилось относительно недавно.
Некоторые источники говорят, что люди применяли нефтяные продукты на протяжении многих веков. Нефть и битум стали известны еще в древние времена. Некоторые народы использовали их в лечебных целях, другие в религиозных. В трудах Геродота и римского инженера Витрувия упоминается битум. На протяжении тысяч лет его применяли как водонепроницаемый материал при строительстве трубопроводов, судов и другого.
Полноценным источником энергии ресурс стал только в XIX веке. В то время в качестве топлива для освещения использовался китовый жир, которого не хватало. Нужен был новый энергетический источник. В 60-х годах XIX века в Соединенных штатах Эдвин Дрейк вырыл первую нефтяную скважину. Есть информация, что первую скважину все-таки откопали в 1846 году недалеко от Баку. Сделали это по предложению инженера Семенова Ф. А.
Постепенно нефть стала применяться в больших масштабах. Сначала был изобретен двигатель внутреннего сгорания, для которого потребовалась бензиновая фракция вещества. Далее был расцвет авиации, нуждавшейся в особо качественном топливе. В 40-х годах прошлого столетия появилось синтетическое производство. Нейлон и полиэтилен тоже стали производить из нефти.
Составные компоненты
Чтобы узнать формулу в химии, нужно понять, что нефть является сложной смесью углеводородов с малым содержанием следующих веществ:
Внешне она маслянистая, черная, флюоресцирующая на свету. При горении выделяет тепловую энергию.
Углеводороды могут иметь разное число атомов углерода в молекулах и разные виды соединения с водородом. В зависимости от молекулярных структур углеводороды делят на прямые соединения с неразветвленными цепями и циклические. Кроме того, углеводороды относятся к определенным семейств, точнее, их всего два — парафины (в международном сообществе они называются алканы) и олефины (алкены).
Углеводородные молекулы могут расщепляться на мелкие структуры или образовывать более длинные. Молекулярная форма может тоже изменяться или модифицироваться путем присоединения других атомов. Благодаря этому углеводороды считаются очень полезным компонентом при производстве различных материалов.
Как уже говорилось, нефть в разных концах земли, и даже на разной глубине одного и того же месторождения может состоять из различных углеводородов и других веществ. Именно поэтому ее внешний вид и даже характеристики могут заметно различаться — от светлой летучей консистенции до густого черного масла. Причем некоторые типы настолько вязкие, что их с трудом выкачивают.
Химический состав и физические свойства
Химический состав вещества в основном составляют парафины, нафтены, ароматики и непредельные углеводороды вместе с примесями: серы, азота и кислородсодержащих соединений. К физическим свойствам можно отнести:
- Фракционный состав.
- Температуру.
- Относительную плотность.
- Температуру вспышки и другие.
Добываемое из скважин вещество называют сырым. Хоть состав вещества и различается в разных местах, пять химических элементов присутствуют во всех видах: углерод, водород, кислород, азот, сера. Больше всего в нефти углерода и водорода — около 90% (84—87% первого и 11−14% второго), остальные три элемента присутствуют в количестве 5−8%.
Зола содержит никель, ванадий, серебро, натрий, медь, алюминий и другие. Однако золы при сжигании образуется совсем немного — сотые доли процента.
Физические свойства залегающей нефти сильно отличаются от дегазированных видов. Это происходит из-за того, что в пластовых условиях высокое давление, немалая температура, а также есть растворенный газ, которого может быть около 400 кубических метров на 1 м³ нефти.
В обычных условиях плотность вещества колеблется от 700 до 1 тыс. кг/ м³. По плотности все ресурсы делятся на три класса:
- Легкие (до 860 кг/ м³).
- Средние — до 900 кг/ м³.
- Тяжелые — все остальные.
При определении плотности обычно пользуются относительным вариантом. Он представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20 градусов по Цельсию к плотности воды при 4 градусах. Средние показатели плотности колеблются в промежутке 0,82−0,92.
Есть и исключения: дистилляты фракционирования с плотностью 0,76, тяжелые и густые остатки фракционирования с плотностью выше 1.
Температура застывания и плавления бывает разной. Чаще всего вещества находятся в жидком состоянии, но бывают случаи, когда они застывают при небольшом охлаждении. Если в них находятся много парафинов, то температура застывания повышается. Прямо противоположно на застывание действуют смолистые компоненты.
Немаловажным технологическим свойством нефти является вязкость. Это свойство учитывают при оценке скорости фильтрации, при определении вида вытесняющего агента, при выборе насоса. Кроме того, это свойство определяет масштабы перемещения нефти и газа. Вязкость бывает трех видов: динамическая, кинематическая и относительная.
Оптические свойства вещества тоже неоднозначны. Цвет считается одним из самых надежных способов определения качества. Состав нефти влияет на то, каким цветом будет вещество: черным, красноватым или светло-желтым. Сами углеводороды бесцветны, но смолисто-асфальтеновые соединения — нет. Чем их больше, тем нефть чернее.
Нефтяные месторождения
Самые крупные месторождения находятся в Саудовской Аравии, Казахстане, России, США и Иране. Однако бывает так, что некоторые страны не имеют средств на покупку оборудования и продают месторождения за копейки.
Не все залежи нефти можно считать месторождениями. Например, если ископаемых слишком мало, то бурить скважину попросту невыгодно. Занимаемые топливом площади могут колебаться от десятков до сотен километров. В общем, месторождения делят на следующие группы:
- Мелкие — меньше 10 миллионов тонн.
- Средние — от 10 до 100 миллионов тонн.
- Крупные — 100 млн — 1 млрд тонн.
- Крупнейшие — от 1 до 5 млрд.
- Супергигантские — больше 5 млрд тонн.
В Российской Федерации имеется больше 20 точек, где добывают нефть. Ежегодно их число увеличивается, однако в последнее время не такими большими темпами, как раньше. Бо́льшая часть скважин находится в арктических морях. Конечно, из-за природных условий добыча затрудняется.
Крупнейшим месторождением в нашей стране является Уренгойское. По размерам оно находится на втором месте в мире. Природного газа здесь около 10 триллионов м³, нефти чуть меньше. Располагается оно в Ямало-Ненецком автономном округе. Назвали его в честь небольшого поселения поблизости. Открыли его в 1966 году.
В Башкирии, у города Туймазы есть одноименное месторождение, открытое еще до войны. Нефть здесь залегает на глубине всего в 1−2 км. Впервые добывать ее начали в 1944 году и до сих пор продолжают это делать. Благодаря передовым методам добычи нефтяникам удалось добыть на 40−50% больше нефти, чем предполагалось.
Немалые запасы полезных ископаемых есть и в Иркутской области, в тайге. Первоначально здесь обнаружили природный газ и жидкий газовый конденсат, но затем нашли нефть. Осуществляется добыча также в Красноярском крае, на Ванкорском месторождении. Его трудно назвать чисто нефтяным, так как здесь преобладают запасы природного газа. Все перечисленные месторождения делают Россию одним из лидеров по запасам и добыче нефти.
Подводя итоги, можно сказать, что нефть является уникальным ресурсом окружающей природы и имеет огромное значение для всего человечества.
Читайте также: