Смотреть что такое "Нефть" в других словарях. Понятие определения и происхождение нефти

Энергетические ресурсы играют ведущую роль в современной экономике. Уровень развития производительных сил каждого государства определяется в значительной степени масштабам», потребления энергоресурсов. О важной роли энергоресурсов свидетельствует то обстоятельство, что более 70 % добываемых в мире полезных ископаемых относится к источникам энергии.
Основные виды энергоресурсов - уголь, нефть, природный газ, гидроэлектроэнергия и ядерная энергия..
В настоящее время нефть - основной источник энергии в большинстве стран мира. На топливах, полученных из нефти, работают двигатели сухопутного, водного и воздушного транспорта, поднимаются космические ракеты, вырабатывается электроэнергия на тепловых электростанциях.
Современный уровень цивилизации и технологии был бы немыслим без той дешевой и обильной энергии, которую предоставляет нам нефть. Сегодня она имеет несколько значений для народного хозяйства страны:

· сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей;

· источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт);

· сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста.

Природный газ, открытый тысячи лет назад, стал незаменимым энергоносителем в большей части промышленно развитого мира. В самом благоприятном положении находятся страны, имеющие хотя бы небольшие собственные запасы природного газа, в то время как некоторые страны, например Япония, должны импортировать практически весь требующийся газ. В районах, богатых нефтью, обычно имеются и значительные запасы природного газа. К таким регионам относятся Россия, США, Ближний Восток, Мексика, некоторые районы Южной Америки, а также европейские страны, прилегающие к Северному морю.

Промышленное использование природного газа – в качестве различных видов технологического топлива – стимулируется возможностями более точного регулирования генерируемого теплового потока по сравнению с другими видами топлива. В силу этого природный газ находит все более широкое применение в тех отраслях промышленного, для которых строго регламентирована подача тепла, имеет важное практическое значение: в пищевой, стекольной, керамической и цементной промышленности, при производстве кирпича, фарфора и других хрупких материалов. Потребление природного газа приобретает все более широкие масштабы и в современной нефтехимии, использующей углеводородный газ в качестве сырья для получения аммиака, азотных удобрений и т.п.

Широкое использование газообразного топлива в жилищно-коммунальном хозяйстве и сфере услуг обусловлено такими потребительскими свойствами, как высокая калорийность, удобство применения и чистота сгорания.

Все большее распространение получает использования газа в качестве топлива на автомобильном и железнодорожном транспорте.

Говоря о потреблении газообразного топлива, следует подчеркнуть, что наряду с природным газом, в качестве технологического и коммунально- бытового топлива, а также химического сырья, используются искусственные газы: заводской, нефтезаводской, коксовый, доменный и т.д.

В настоящее время на долю различных видов искусственного газа в целом приходится около 15% совокупного потребления газообразных углеводородов.

1. Состав нефти.

Нефть представляет собой взаимный сопряжённый раствор углеводородов и гетероатомных органических соединений. Надо подчеркнуть, что нефть – это не смесь веществ, а раствор углеводородов и гетероатомных органических соединений. Это означает, что при изучении нефти к ней надо подходить как к раствору.

Нефть – не просто растворённое вещество в растворителе, а взаимный раствор ближайших гомологов и иных соединений друг в друге. Наконец, сопряжённым раствор назван в том смысле, что, растворяясь друг в друге, ближайшие по строению структуры образуют систему, представляющую нефть в целом.

Собственно нефть представляет собой жидкий ископаемый минерал, залегающий в пористых осадочных породах земной коры, в трещинах, расселинах и других пустотах материнских горных пород (гранитов, гнейсов, базальтов и т.п.)

Нефть представляет собой тёмно-коричневую, иногда почти бесцветную, а иногда даже имеющую чёрный цвет жидкость.

1.1. Химический состав нефти.

В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Главную часть нефтей составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические. По углеводородному составу все нефти подразделяются на: 1) метаново-нафтеновые, 2) нафтеново-метановые, 3) ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические, 5) ароматическо-метановые, 6) метаново-ароматические и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые. Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше.

1.1.1. Углеводороды нефти и нефтепродуктов

Углеводороды – наиболее простые по составу органические соединения. Их молекулы построены из атомов только двух элементов – углерода и водорода. Общая формула C n H m . Они различаются по строению углеродного скелета и характеру связей между атомами углерода (схема 1).

По первому признаку их делят на ациклические (алифатические) углеводороды, молекулы которых построены из открытых углерод – углеродных цепочек, например, гексан и изогексан:

СН 3 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 3 СН 3 -СН-СН 2 -СН 2 -СН 3 ,

гексан изогексан

и циклические (карбоциклические) углеводороды.

Карбоцикличекие углеводороды, обладающие особыми свойствами («ароматический характер»), получили название ароматических, например:

Другие карбоциклические углеводороды, например, циклогексан, называются алициклическими:

По характеру связей между углеродными атомами углеводороды могут быть насыщенные, или предельные (алканы), и ненасыщенные (непредельные). Последние могут содержать разное количество двойных (алкены, алкадиены, циклоалкены и др.), тройных (алкины, циклоалкины и др.) связей или те и другие одновременно:

Схема 1. Классификация углеводородов

1.1.1.1.Алканы.

Алканы – алифатические углеводороды, в молекуле которых атомы углерода связаны между собой и с атомами водорода одинарной связью (σ-связь). Осюда и другое их название – предельные, или насыщенные, углеводороды. Родоначальник и простейший представитель алканов – метан СН 4 . В молекуле метана, как и в молекулах других алканов, атом углерода находится в состоянии sp 3 - гибридизации. Общая формула соединений этого ряда С n H 2 n +2 . Каждый последующий

Алканы занимают исключительно важное место среди углеводородов нефти. Так, природные газы представлены почти исключительно алканами.

Лёгкие фракции любых нефтей почти целиком состоят из алканов. С повышением средней молекулярной массы фракций нефти содержание в них алканов уменьшается. В средних фракциях, выкипающих в пределах 200-300 0 С, их содержится обычно не более 55-61%, а к 500 0 С количество этих углеводородов снижается до 19-5% и менее.

Жидкие алканы. Содержание жидких алканов в зависимости от месторождения нефти колеблется от 10 до 70 %. Наиболее богаты ими мангышлакские, сибирские, татарские, башкирские нефти. При фракционной разгонке эти углеводороды попадают в бензиновый (С 5 -С 10) и керосиновый (С 11 -С 16) дистилляты. В настоящее время в нефтях найдены все возможные изомеры пентана, гексана и гептана.

Обычно нефть содержит, главным образом, два-четыре десятка индивидуальных нормальных и изомерных алканов, остальные присутствуют в незначительных количествах.

Наиболее характерно содержание алканов нормального и слаборазветвлённого строения. Причём из последних наиболее часто встречаются метилзамещённые.

В табл. 5 приведены усреднённые данные о содержании индивидуальных алканов в бензиновых фракциях нефтей.

Из 18 изомеров октана обнаружено 17. Из 35 возможных изомеров нонана обнаружено 24.

Декан и его десять изомеров выделены, а большая часть обнаружены спектроскопическим методом.

Из углеводородов С 11 -С 16 найдены ундекан, додекан, три- и тетрадекан, пентадекан и гексадекан.

Таблица 5

Относительное содержание алкановых углеводородов

во фракциях различных нефтей

В некоторых нефтях обнаружены изопреноидные углеводороды -разветвлённые алканы с правильным чередованием метильных заместителей в цепи через три метиленовые группы:

Изопреноидные углеводороды представляют особенный интерес для геохимии нефти, поскольку обладают специфической структурой, характерной для биохимических компонентов. Особенности их строения и высокая концентрация в различных нефтях свидетельствуют в пользу их биогенной природы.

При изучении распределения в нефтях нормальных алканов и алканов изостроения обнаружены закономерности, связанные с типом нефти. В нефтях метанового типа преобладают нормальные алканы (до 50 %). В нефтях нафтенового типа содержатся преимущественно изоалканы (до 75 % и более). Они могли образоваться в нефтях из фитола - ненасыщенного алифатического спирта растительного происхождения, который является составной частью хлорофилла.

Так как нефти метанового типа относятся к старым нефтям, преобладание в них алканов нормального строения объясняют протеканием реакций отщепления боковых цепей у углеводородов изостроения. Преимущественное содержание изоалканов в нафтеновых нефтях свидетельствует, что они относятся к молодым, не претерпевшим ещё значительных превращений.

Жидкие алканы имеют большое значение в жидких топливах. Установлено, что нормальные алканы являются носителями детонирующих свойств, в результате чего их присутствие в бензинах нежелательно.

Напротив, они желательны в дизельном топливе, т. к. с увеличением длины цепи повышается так называемое цетановое число, которое характеризует способность дизельного топлива к воспламенению.

Алканы разветвлённого строения придают бензинам антидетонационные свойства, характеризуемые октановым числом.

Жидкие алканы, входя в состав бензина, керосина и других продуктов переработки нефти, используют в первую очередь как топлива. Значительное количество нормальных алканов используют для получения синтетических жирных кислот, спиртов и поверхностно-активных веществ. Кроме того, они являются сырьём для микробиологической промышленности, производящей белково-витаминные концентраты.

Твёрдые алканы. Твёрдые алканы присутствуют во всех нефтях. Для всех твёрдых алканов укрепилось техническое название “парафины ”. Парафинов в нефтях содержится мало (0,1-5%). Однако встречаются высокопарафинистые нефти с содержанием 7-27% твёрдых парафинов.

Основная их масса содержится в мазуте, при перегонке которого углеводороды с числом углеродных атомов от 17 до 35 попадают в масляные дистилляты, а С 36 -С 55 остаются в гудроне. По химическому составу углеводороды, выделенные из масляных фракций, составляют более 75% нормальных алканов и небольшие количества циклоалканов и разветвлённых углеводородов. Они имеют температуру плавления 45-54 0 С, температуру кипения до 550 0 С, плотность 0,860-0,940 и молекулярную массу 300-500. Твёрдые углеводороды с числом углеродных атомов от 36 до 55 носят название церезины . В состав церезинов входят алканы нормального и изостроения, которые могут содержать в молекуле циклоалкановые и ароматические структуры. Церезины имеют температуру плавления 65-88 0 С, температуру кипения выше 600 0 С, молекулярную массу 500-750. По внешнему виду похожи на воск.

Парафины легко кристаллизуются в виде пластинок и пластинчатых лент. Церезины же кристаллизуются в виде мелких игл, поэтому они не образуют прочных застывающих систем, как парафины.

В нефти парафины находятся в растворённом и взвешенном состоянии. На холоде растворимость их в нефти и нефтяных фракциях невелика, но при нагревании около 40 0 С парафины неограниченно растворяются в них. Так как в недрах Земли повышенная температура, то в нефтях парафины находятся в растворённом состоянии, выделяясь из них в виде твёрдой фазы при подъёме нефти на поверхность. Поэтому при содержании их в нефти в пределах 1,5-2 % парафины отлагаются в скважинах и промысловых нефтесборных трубопроводах, затрудняя эксплуатацию скважин и транспорт нефти.

Парафины и церезины имеют разнообразное применение в химической промышленности, в производстве вазелина, в пропитке древесины, аппретировании тканей, в качестве изолирующего материала в электро- и радиотехнике.

Парафины применяют в качестве загустителя в производстве пластических смазок. Особенно большое значение они имеют, также как и жидкие алканы, для производства синтетических жирных кислот и спиртов.

1.1.1.2. Циклоалканы.

Циклоалканы или цикланы – углеводороды, содержащие в молекуле циклы (кольца), построенные из атомов углерода (карбоциклические соединения), связанные между собой σ-связью. Из рассмотренной ранее классификации (см. с. 17) следует, что цикланы входят в состав алициклических соединений. Общая формула циклоалканов C n H 2 n . Следовательно, молекулы цикланов, не имеющие заместителей, состоят из связанных между собой и замкнутых в кольца групп СН 2 (метиленовая группа); отсюда и другое их название – полиметиленовые соединения.

В технической литературе (в том числе и в нефтяной) циклоалканы называют нафтенами. Последнее название им дал В.В. Марковников, впервые открывший эти углеводороды в 1833 году в бакинских нефтях.

Циклоалканы по числу циклов в молекуле подразделяются на моноцикланы (общая формула С n Н 2 n), бицикланы (С n Н 2 n -2) и полицикланы (С n Н 2 n -4 , С n Н 2 n -6 и т.д.).

Моноциклические циклоалканы являются преобладающими компонентами нефти. Они представлены преимущественно метилзамещёнными циклопентанами и циклогексанами. Преобладают соединения, замещённые в положении 1,3 и 1,2,3. Циклогексановые гомологи более распространены, чем циклопентановые. Аномально высокое содержание этих углеводородов связано с происхождением нефти. В небольшом количестве в нефтях найдены алкилциклогептаны.

Из бициклоалканов в нефтях найдены конденсированные

и их гомологи. Наиболее широко распространены имеющие практическое значение декалины. Кроме конденсированных бициклоалканы могут быть представлены в нефтях гомологами дициклопентила и циклогексила, циклопентилциклогексила и дициклогексилметана:

Из трициклических циклоалканов в нефтях обнаружен лишь трицикло (3.3.1.1. 3,7)декан (адамантан) и его гомологи:

Молекула адамантана очень устойчивая. Кристаллическая решётка у него такая же, как у алмаза.

В высших фракциях нефти содержатся полициклические алканы, молекулы которых представляют системы конденсированных 4,5 и 6-ти циклов с короткими боковыми цепями (терпаны, стераны), происхождение которых связывается со стероидами, широко распостранёнными в живой природе.

Моноциклические циклоалканы с длинными боковыми цепями, а также циклоалканы сложной конденсированной структуры представляют собой при обычной температуре твёрдые вещества. Они являются компонентами парафинов и церезинов.

В настоящее время из нефтей выделяют лишь циклогексан, который используют в нефтехимическом синтезе, и производные адамантана, применяемые в различных областях (лекарственные вещества, полимеры и др.). Другие циклоалканы нефтей используют в качестве добавок к бензинам, либо перерабатывают с целью получения ароматических углеводородов.

Чем больше циклоалканов содержат бензины и керосины, тем более высококачественными топливами они являются. По отношению к детонационной стойкости они занимают среднее положение между алканами нормального строения и аренами. Наиболее высокими антидетонационными свойствами обладают циклопентан и циклогексан.

В дизельных топливах желательны моноциклоалканы с длинными боковыми цепями. Для реактивных топлив особенно желательны малоразветвлённые моноциклоалканы, поскольку при сгорании они выделяют много тепла и обладают низкой температурой застывания.

Для смазочных масел предпочтительнее моно- и бициклические циклоалканы с длинными боковыми цепями. Они имеют хорошую вязкость, смазывающую способность, низкую температуру застывания.

Непредельными или ненасыщенными углеводородами называются соединения, содержащие двойные или тройные связи. Непредельные углеводороды образуют несколько гомологических рядов, состав которых выражается одной из следующих формул: С n H 2 n , C n H 2 n -2 , C n H 2 n -4 и т. д.

1.1.1.3. Арены и углеводороды смешанного строения .

Арены, или ароматические углеводороды, - соединения, содержащие в молекуле особую циклическую группировку из шести атомов углерода, которая называется бензольной группировкой (бензольное ядро):

бензольное ядро

Название углеводородов этой группы «ароматические соединения» - случайное и сегодня потеряло свой первоначальный смысл. Действительно, первые открытые соединения или обладали специфическим, иногда приятным запахом, или были выделены из природных сильно пахнущих продуктов. Но количество «ароматных» веществ среди многочисленных известных соединений этой группы невелико. В то же время наблюдается ряд особенностей в строении, физических свойствах и химическом поведении этих веществ, связанных с наличием в молекуле бензольных группировок.

Различают одноядерные (одна бензольная группировка в молекуле) и многоядерные ароматические углеводороды, содержащие две или более бензольные группировки. В молекулах аренов в качестве боковых цепей могут находиться углеводородные радикалы с неразветвлённой или разветвлённой углеродной цепочкой, а также содержащие двойные или тройные связи и циклические группировки:

Следовательно, арены могут содержать в молекуле наряду с ароматическими ядрами разнообразные по строению алифатические цепи, а также включать в состав молекулы другие (не содержащие ядер бензола) циклические группировки.

Первый и один из наиболее важных представителей гомологического ряда одноядерных ароматических углеводородов – бензол С 6 Н 6 . Отсюда и общее название гомологического ряда – ряд бензола.

Высококипящие фракции нефти главным образом состоят в основном из углеводородов смешанного (гибридного) строения. Это полицикличекие углеводороды, молекулы которых содержат циклоалкановые структуры, конденсированные с аренами.

В керосино-газойлевых фракциях содержатся простейшие гибридные бициклические углеводороды и их гомологи:

Ареновые циклы гибридных углеводородов имеют преимущественно короткие (метильные или этильные) заместители, циклоалкановые кольца – один или два довольно длинных алкильных заместителя. Особенно много гибридных углеводородов в масляных фракциях. Строение их изучено мало.

Гибридные углеводороды являются нежелательными компонентами смазочных масел, поскольку они ухудшают вязкостные свойства и уменьшают стабильность их против окисления.

Общим для всех нефтей является повышение содержания аренов с температурой выкипания нефтяных фракций.

В этих фракциях присутствуют все метилзамещённые изомеры бензола до С 10 включительно. Толуол, м-ксилол и 1,2,4 - триметилбензол представляют основные компоненты нефти. Среди дизамещённых гомологов бензола преобладают 1,3-, среди триалкилбензолов -1,3,5 и 1,2,4-изомеры.

В керосиновых и газойлевых фракциях содержится от 15 до 35 % аренов. Кроме гомологов бензола здесь обнаружены нафталин, бифенил, бифенилэтан и их метилпроизводные. Нафталин присутствует в очень небольших количествах, подтверждая общую закономерность, в соответствии с которой первые члены гомологических рядов всегда находятся в нефтях в меньших концентрациях по сравнению с вышестоящими гомологами. В более высококипящих фракциях присутствуют полициклические арены, такие как антрацен, фенантрен, пирен, флуорен, хризен, перилен и их алкильные (главным образом, метильные) производные.

Среднее содержание аренов, характерное для нефтей СССР различных типов (в % масс, в расчёте на арены): бензольные - 67%, нафталиновые - 18%, фенантреновые - 8%, хризеновые и бензофлуореновые - 3%, пиреновые - 2%, антраценовые 1%, прочие арены - 1. Гомологи фенантрена присутствуют в значительно большем количестве, чем гомологи антрацена, что согласуется с относительным содержанием этих структур в растительных и животных тканях.

Арены являются желательными компонентами карбюраторных топлив, так как обладают высокими октановыми числами (толуол -103, этилбензол - 98).

Присутствие аренов в значительных количествах в дизельном и реактивном топливах ухудшает условие сгорания, и поэтому крайне нежелательно.

Полициклические арены с короткими боковыми цепями ухудшают эксплуатационные свойства масел и поэтому они из них удаляются.

Арены являются ценным сырьём для нефтехимического синтеза, при производстве синтетических каучуков, пластмасс, синтетических волокон, анилино-красочных и взрывчатых веществ, фармацевтических препаратов. Наибольшее значение имеют бензол, толуол, ксилолы, этилбензол, нафталин.

1.1.1.4. Непредельные углеводороды.

Ранее считалось, что алкены либо не содержатся в нефтях, либо содержатся в незначительных количествах. В конце 80-х годов было показано, что в ряде нефтей Восточной Сибири, Татарии и других районов России содержание алкенов может доходить до 15-20% от массы нефти.

В небольших количествах они найдены и в канадской нефти. Из неё выделены углеводороды от С 6 Н 12 до С 13 Н 26 . В небольших количествах непредельные углеводороды присутствуют в продуктах простой перегонки нефти. Значительное количество непредельных углеводородов содержится в газах термической и каталитической переработки нефтяных фракций (до 25 %). Большое количество газообразных алкенов содержится и в жидких продуктах крекинга - бензинах. В них присутствуют алкены нормального и изостроения, циклоалкены (циклопентен, циклогексен и их гомологи), арены с двойной связью в боковой цепи (стирол, инден и их гомологи).

Непредельные углеводороды повышают октановое число топлив. Однако вследствие высокой реакционной способности они легко окисляются кислородом воздуха (особенно диены). В результате окисления образуются осадки и смолы, которые могут привести к нарушению работы двигателей. Поэтому для получения стабильных к окислению нефтепродуктов их либо подвергают очистке от непредельных углеводородов, либо добавляют антиокислители.

Непредельные углеводороды являются важнейшим сырьём для нефтехимической промышленности. На их основе производят большую часть всех нефтехимических продуктов.

1.1.2. Гетероатомные соединения и минеральные компоненты нефти.

Гетероатомными называют соединения, в которых кроме атомов углерода содержатся гетероатомы (O, S, N). Во всех нефтях присутствуют гетероатомные соединения: кислородные, сернистые, азотистые. В нефтях содержатся гетероатомные соединения как циклического, так и в значительно меньшей степени ациклического характера. Содержание и соотношение их зависит от возраста и происхождения нефти.

Количество гетероатомных соединений в низкомолекулярной части нефти невелико (до 10%). Основная их масса концентрируется в высокомолекулярной части (до 40%) нефти и особенно в смолисто-асфальтовом остатке (до 100%).

Смолисто-асфальтовых веществ больше в молодых нефтях, и поэтому они обычно содержат больше гетероатомных соединений.

Присутствие определённых гетероатомных соединений и их содержание в нефтях имеет большое значение для решения вопроса об исходном материале нефти и процессов её преобразования в период созревания.

1.1.3. Кислородные соединения

1.1.4. Сернистые соединения

Существуют и смешанные серу- и кислородсодержащие соединения - сульфоны, сульфоксиды.

В настоящее время в нефтях обнаружено более 250 серусодержащих соединений.

Элементарная сера содержится в нефтях в растворённом состоянии. Количество её может колебаться от 0,0001 до 0,1 % (масс.) и, как правило, пропорционально содержанию серы в нефти.

Элементарная сера содержится лишь в нефтях, связанных с известняковыми или сульфатно-доломитовыми отложениями. При хранении таких нефтей элементарная сера собирается в отстое на дне нефтехранилищ.

При нагревании нефти (в процессе перегонки) сера частично реагирует с углеводородами:

Сера попадает в дистилляты из исходной нефти, а также образовывается в них за счёт термического распада сераорганических соединений.

Сероводород в пластовых условиях может содержаться как в газах, так и в растворённом состоянии в нефтях. Количество растворённого в нефтях сероводорода может доходить до 0,02% масс. При нагревании нефти в процессе её переработки сероводород образуется за счёт разложения нестабильных сераорганических соединений. Образование сероводорода происходит и при взаимодействии элементарной серы с углеводородами.

В зависимости от природы нефти содержание серы в нефтях может изменяться от десятых долей до нескольких процентов.

Распределение сернистых соединений по фракциям нефти различно. С повышением температуры кипения фракций содержание сернистых соединений увеличивается.

Таблица 11

Распределение сернистых соединений в высокосернистых нефтях

различных месторождений России

Большая часть (70-90% масс.) их сосредоточена в тяжёлых нефтяных остатках (мазуте и гудроне) и особенно в асфальто-смолистой части.

Распределение сернистых соединений по нефтяным фракциям зависит от типа нефти (табл. 12).

Таблица 12

Распределение серы по фракциям сернистых и

высокосернистых нефтей, % масс.

М - молекулярная масса фракции.

В табл. 13 для примера приведён групповой состав сернистых соединений двух нефтей с общим содержанием серы в одной около 1 % (Сызранская нефть), в другой около 5% (Чусовская нефть).

Таблица 13

Групповой состав сернистых соединений некоторых нефтей

Горное масло из . Думаете о продукте питания, или косметическом средстве? Житель Поднебесной подумал бы о другом.

Горным маслом в КНР называют нефть . Ши йоу, — примерно так звучит ее название в оригинале. В 21-ом веке нефть добывают повсюду.

Но, Китай – первая страна, где пробурили скважину. Произошло это еще в 347-ом году. Для бурения применили стволы бамбука.

Запасы нефти использовали в качестве топлива для выпаривания морской воды. Из нее китайцы получали .

Нефтью, так же, снабжали армию Поднебесной. наливали топливо в керамические горшки, поджигали и бросали во врагов.

Как видно, еще в начале нашей эры народ Китая знал и ценил свойства нефти. Но, китайцы затруднялись ответить, чем она является. К 21-му веку ученые детально разобрались в этом вопросе.

Что такое нефть

Нефть – черное золото . Известная всем фраза подчеркивает важность жидкости, ее весомую роль в истории.

Однако, более нефть с ничего не объединяет. Природа драгоценного металла неорганическая.

Же – полезное ископаемое предположительно органического происхождения.

От 80-ти до 90 процентов его состава приходятся на углеводороды. Еще около 9-18-ти процентов занимает простой водород.

На кислород, , и прочие неорганические составляющие приходиться не более 10%.

Однако, углеводороды, считающиеся следствием разложения органики, то есть остатков растений и , могут иметь и неорганическое происхождение.

С этим связаны теории, как нефть образуется . Их три. Подробности в отдельной главе. Пока же, продолжим рассмотрение топлива.

Оно жидкое и, действительно, маслянистое. В зависимости от состава, нефть и нефтепродукты бывают , бурыми, зеленоватыми, желтоватыми.

Встречается даже полностью прозрачное топливо. Такое имеется, к примеру, на Кавказе.

С экономической точки зрения нефть сегодня – это товар сырьевого , от цены которого зависит стоимость другой продукции.

Этому вопросу, так же, будет посвящена отдельная глава. С политической же точки зрения, жидкий энергоноситель – причина масштабных войн и локальных конфликтов.

Все хотят контролировать месторождения нефти, но не у всех они есть. Наличие залежей – еще не гарантия успеха и экономического благополучия.

Формула нефти может быть разная, а значит, будут разниться и свойства. От них зависит эффективность топлива, его качественные параметры, «запросы» на доработку.

Свойства нефти

Есть месторождения нефти текучей, словно вода, и смолистой. Дело в плотности энергоносителя.

Показатель тем выше, чем больше асфальтосмолистых веществ. Это высокомолекулярная органика на основе серы, водорода, кислорода и углерода.

Наличие асфальтосмол способствует образованию водонефтяных эмульсий, то есть смесей взаимнонерастворимых компонентов.

Промышленникам приходиться очищать углеводороды от воды, что увеличивает стоимость переработки. Вывод: смолистая нефть считается низкокачественной.

В смолистых углеводородах повышено содержание серы. Это еще один риск. Сера ускоряет коррозию аппаратуры, а она в нефтепроизводстве, как известно, не из дешевых.

Плотность нефти варьируется в пределах от 8-ми до 9,98 граммов на кубический сантиметр.

Нижняя планка – энергоносители, богатые светлыми фракциями. Именно из них получают бензиновые и дизельные дистилляты.

Получается, менее плотная, светлая нефть ценнее темной, маслянистой. Однако, пользу можно извлечь из обоих типов. Об этом поговорим в главе «Применение».

Светлые фракции нефти выкипают при температуре до 350-ти градусов Цельсия. Желательно 60-процентное присутствие легких компонентов.

Такова норма, к примеру, для производства дизельного топлива. Если содержание светлой фракции меньше, значит, много парафинов. Они негативно влияют на качество топлива.

На свойства нефти влияет и концентрация хлористых . Их наличие в составе – следствие загрязнения сырья при его добыче.

Приходиться проводить обессоливание. В противном случае, как и при избытке серы, увеличивается коррозия оборудования.

Она проявляется особенно «ярко», если ведется переработка нефти , насыщенной водой.

При высокой температуре она растворяет хлористые соли, а значит, образуется хлористый водород. Он-то и разъедает поверхности.

Вода часто входит в состав эмульсий нефти, — тех самых, что в избытке встречаются в смолистых сортах.

Но, встречается и энергоноситель, в котором влага содержится в чистом виде, отдельно.

Вода, кстати, является постоянной спутницей нефти. Если не входит в ее состав, то располагается рядом.

Образование нефти

Наличие рядом с нефтью воды – одно из свидетельств ее органического происхождения. Его, так же, называют биогенным.

Считается, что, энергоресурс формировался в водоемах. Необходимые условия – стоячая вода, ее высокая температура, обилие жизни, а значит, и смерти.

Отмирая, водоросли, рыбы, планктон, опускались на дно, где перегнивали. В стоячей воде мало кислорода, поэтому, процесс не завершался полностью.

При распаде органики выделялись газы. Меж биогенных материалов затесывались песок, вода.

Если водоем располагался среди песчаников и прочих пористых пород, илистые массы со дна просачивались сквозь них.

Встречая на пути непроницаемые , массы останавливались, растекаясь между контрастными по структуре слоями земной коры.

Теперь оставалось закрыть нефть непроницаемым слоем и сверху. Водоем со временем исчезал.

Подвижки литосферных плит, выветривание и прочих камней, содержащих , приводили к наносу и над нефтяными озерами.

Так сырье попадало в ловушку. Снизу и сверху – пласты , по бокам – вода.

Она ведь тоже просачивалась сквозь породы, почти не смешивалась с углеводородами, отходя в стороны от них.

Нефть залегает в ловушках антиклиналях. Они служат свидетельством тектонических процессов, которым местность когда-то подверглась.

Антиклинали – пласты пород, выгнутые вверх. Отложение земной коры формируются горизонтально.

Если появляются волны, значит, что-то давило снизу, а это – магма, прорывающаяся между литосферными плитами при их растрескивании, столкновении.

Получается, нефть стоит искать там, где некогда были моря, озера, и тектоническая активность.

Согласно биогенной теории происхождения энергоносителя, на его формирование требуются миллионы лет.

Некоторые ученые даже считают, что нефть – стадия преобразования антрацита, то есть, .

На его образование уходит примерно 400 000 000 лет. Что уж тогда говорить о жидких углеводорода.

В общем, если придерживаться органической теории, нефть – невосполнимый продукт, поскольку тратиться быстрее, чем образуется.

Вторая теория происхождения жидкого топлива – неорганическая, или минеральная.

Выдвинута в 1805-ом, а к 1877-му ее поддержал даже – приверженец биогенных взглядов на рождение нефти.

Суть гипотезы в формировании сырья на больших глубинах, где «царят» высокие температуры.

Если здесь есть вода и карбиды металлов, они вступят в реакцию. Так и образуется нефть .

К 2016 -му году проведена масса успешных экспериментов по неорганическому синтезу углеводородов.

Первые опыты состоялись в 1870-ых. Пример реакции: 2FeC + 3H 2 O = Fe 2 O 3 + H2COCOCH 4 .

Согласно минеральной теории, нефть может быстро восполняться, и человечество зря бьет в набаты по поводу ее дефицита.

Нужно лишь искать вновьобразовавшиеся месторождения. Со временем, тектонические подвижки, давление, проталкивают их ближе к поверхности.

Биогенная и минеральные теории образования нефти – соперники. Но, есть и третья гипотеза, стоящая особняком, мало кем поддерживаемая.

Выдвинута в конце 19-го века, может считаться подвидом неорганической. Говорится, что нефть сформировалась все из тех же минеральных веществ, но еще на начальном этапе жизни планеты.

На такую мысль натолкнуло наличие углеводородов в хвостах комет, . Сначала углеводороды находились в газовой оболочке Земли.

Но, она остывала, формировались горные породы. Они поглощали углеводороды, накапливали.

Если это правда, то нефть, как и в случае биогенного происхождения – ресурс невосполняемый.

Добыча нефти

Какая нефть в антиклиналях? Конечно, неочищенная. Углеводороды смешаны с газами, водой.

От их количества, температуры в слоях месторождения, зависит давление, образующееся в ловушке.

Оно может быть слабым. В этом случае, промышленникам приходиться устанавливать специальные насосы, чтобы выкачивать жидкость на поверхность.

Но, давление может и зашкаливать. Тогда, сырье самостоятельно устремляется к еще необорудованным скважинам, что создает проблемы.

Движение жидкости к скважине – первый этап добычи. Курс нефти от забоя до устья – вторая стадия.

Сбор сырья и его разделение на фракции – предфинальная стадия. Остается очистить нефть и транспортировать ее к переработчикам.

Применение нефти

При переработке нефти выделяется газ. Но, его не используют из-за несоответствия гостам.

Требуется затратить много сил и средств, чтобы ресурс можно было пускать по трубам.

Начни подавать газ из нефти в необработанном виде, это, в лучшем случае, закончиться копотью в помещениях с газовыми плитами.

Теперь, об используемых углеводородах нефти. Россия , как и другие страны, потребляет около 5-ти основных фракций.

Наиболее легкая – газолиновая. Она идет на производство бензинов, как авиационных, так и автомобильных.

Вторая фракция – лигроиновая, нужна для тракторного топлива. Керосиновые углеводороды закупают для пуска ракет и реактивных самолетов.

Дизельное топливо – это четвертая фракция, называемая газойлем. По сравнению с легкой фракцией, ее температура кипения вырастает минимум в 3,5 раза.

Пятая фракция нефти – мазут. Это самая тяжелая составляющая, состоящая из углеводородов с большим числом атомов.

Отделенный от них баррель нефти – ходовой товар. Но, польза есть и в мазуте. Из него получают соляровые и смазочные масла, вазелин и парафины.

Не стоит забывать, что нефть служит сырьем для производства многих синтетических тканей, резин, пластиков.

В общем, углеводородов в жизни человека гораздо больше, чем имеется в баке личного автомобиля.

Цена на нефть

Эталоном энергоносителя считается нефть «Брент» . Она добывается в Северном море, то есть, является российской.

Продукт – ни один вид топлива, а смесь нескольких. На 22-е июня 2016-го года стоимость нефти марки «Брент» составляет почти 51 рубль.

Для отечественной экономики это лучше установленных среднегодовых прогнозов в 40 рублей за баррель, то есть, примерно за 160 литров.

От цены на нефть, во многом, зависит иностранных валют и стоимость продукции, почти всей.

Даже то, что производится внутри страны, часто содержит импортные комплектующие, составляющие. Так что, «Брент» — главный России и ее главная надежда на светлое будущее.

Нефть (из тур. neft , от персидск. нефт ) - природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений.

Относится к каустобиолитам (ископаемое топливо). Подавляющая часть месторождений нефти приурочена к осадочным породам. Цвет нефти варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), иногда она бывает чисто чёрного цвета, изредка встречается нефть окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть. Имеет специфический запах, также варьирующий от легкого приятного до тяжелого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием азот-, серо- и кислородсодержащих компонентов, которые концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти (кромеароматических) в чистом виде лишено запаха и цвета.

На протяжении XX века и в XXI веке нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.

По химическому составу и происхождению нефть близка к природным горючим газам и озокериту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролитов. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемыхкаустобиолитов - горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также другие ископаемые топлива (торф,бурые и каменный уголь, антрацит, сланцы).

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 другие образования - например, битуминозные пески и битумы.

Название нефти (слово petroleum )

Слово petroleum , обозначающее нефть в английском и некоторых других языках, образовано сложением двух слов: греч.πέτρα - камень и лат. oleum - масло, то есть буквально «каменное масло», либо напрямую от греч. πετρέλαιο - масло.

Происхождение русского названия точно не установлено, и существует несколько версий. По одной из них, слово пришло в русский язык из персидского, (naft посредством турецкого, в котором изменилось на тур. neft ). В Древней Персии существовало огнепоклонничество, и во время обрядов жрецы черпали жидкость из углублений, выкопанных близ естественных выходов нефти к самой поверхности, а затем поджигали её; этот обряд назывался «нафтой». Некоторые языковеды считают природой слова индийское «нафата» (просачиваться, стекать), предполагая что позже оно перешло в персидский язык. Другие считают, что персидское nаft - «нефть» является исконным и восходит к древнеиранскому слову со значением «влажный». Третьи считают, что naft заимствовано из семитских языков, где глагольный корень npt означает плевать (нефть, находящаяся у самой поверхности и как правило густая, при образовании отверстия в земле начинает плевками поступать в него).

В немецком языке нефть - нем. Еrdöl , что буквально означает «земляное масло», венг. кооlаj - «каменное масло», яп. 石油 (сэкию) - «каменное масло», фин.vuoriöljy - «горное масло».

Происхождение нефти

Основная статья: Происхождение нефти

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) 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) тоже подтвердило неправомочность неорганических гипотез.

Тем не менее, и в настоящее время некоторые учёные (преимущественно в России) отстаивают неорганические гипотезы происхождения нефти. В частности, утверждается, что к образовавшейся в древние эпохи органическим путем нефти постоянно добавляются малые количества нефти, якобы образующиеся неорганическим путем. Если это верно, то это означает гипотетическую неисчерпаемость запасов нефти

Свойства нефти

Физические свойства нефти

Нефть - жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняямолекулярная масса 220-400 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 нефти , 0,831-0,860 - средней нефти , выше 0,860 - тяжёлой нефти .

Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления. 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 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 нефти

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 (C 1 -C 4 , 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.

В основном в нефти представлены парафиновые (обычно 30-35, реже 40-50 % по объёму) и нафтеновые (25-75 %) соединения. В меньшей степени - соединения ароматического ряда (10-20, реже 35 %) и смешанного, или гибридного, строения (например, парафино-нафтеновые, нафтено-ароматические).

Наряду с углеводородами в состав нефти входят вещества, содержащие примесные атомы. Серосодержащие - H 2 S , меркаптаны, моно- и дисульфиды, тиофены итиофаны, а также полициклические и т. п. (70-90 % концентрируется в остаточных продуктах - мазуте и гудроне); азотсодержащие - преимущественно гомологипиридина, 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.

Часто нефтяная залежь занимает лишь часть коллектора, и поэтому, в зависимости от характера пористости и степени цементации породы (гетерогенности залежи). Обнаруживается различная степень насыщенности нефтью отдельных её участков в пределах самой залежи.

Иногда этой причиной обусловливается наличие непродуктивных участков залежи. Обычно нефть в залежи сопровождается водой, которая ограничивает залежь вниз по падению слоёв либо по всей её подошве. Кроме того, в каждой залежи нефти вместе с ней находится т. н. плёночная, или остаточная вода, обволакивающая частицы пород (песков) и стенки пор.

• В случае выклинивания пород коллектора или обрезания его сбросами, надвигами и т п. дизъюнктивными нарушениями залежь может либо целиком, либо частично ограничиваться слабопроницаемыми породами. В верхних частях нефтяной залежи иногда сосредоточивается газ (т. н. «газовая шапка»). Дебит скважин, помимо физических свойств коллектора, его мощности и насыщения, определяется давлением растворённого в нефти газа и краевых вод.

При добыче нефти скважинами не удаётся целиком извлечь всю нефть из залежи, значительное количество её остаётся в недрах земной коры (см. Нефтеотдача и Нефтедобыча).

Для более полного извлечения нефти применяются специальные приёмы, из которых большое значение имеет метод заводнения (законтурного, внутриконтурного, очагового).

Нефть в залежи находится под давлением (упругого расширения и/или краевой воды и/или газа, как растворённого так и газовой шапки) вследствие чего вскрытие залежи, особенно первыми скважинами, сопровождается риском газонефтепроявлений (очень редко фонтанными выбросами нефти).

По способности растворяться в органических жидкостях, в том числе в:

• сероуглероде,
• хлороформе,
• спиртобензольной смеси

нефть, как и:

• другие петролиты,
• вещества, извлекаемые этими растворителями из торфа,
• вещества, извлекаемые этими растворителями из ископаемых углей

учеными принято относить к группе битумов.

Сорта товарной нефти

Основная статья: Сорта товарной 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 .

В химическом отношении нефть – сложная смесь углеводородов и углеродистых соединений, она состоит из следующих основных элементов: углерод (84-87 %), водород (12-14 %), кислород, азот и сера (1-2 %), содержание серы возрастает иногда до 3-5 %.

В нефти выделяют углеводородную, асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть.

Главную часть нефти составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические.

Асфальто-смолистая часть нефти - это темноокрашенное вещество. Оно частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть называется асфальтеном, нерастворившаяся - смолой. В составе смол содержится кислород до 93 % от общего его количества в нефти.

Порфирины - особые азотистые соединения органического происхождения. Считают, что они образованы из хлорофилла растений и гемоглобина животных. При температуре порфирины разрушаются.

Сера широко распространена в нефти и в углеводородном газе и содержится либо в свободном состоянии, либо в виде соединений (сероводород, меркаптаны). Количество ее колеблется от 0,1% до 5 %.

Зольная часть - остаток, получающийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

Нефть сильно варьирует по цвету (от светло-коричневой, почти бесцветной, до темно-бурой, почти черной) и по плотности (от легкой 0,65-0,70 , до тяжелой 0,98-1,05).

Начало кипения нефти обычно выше 280С. температура застывания колеблется от +300 до -600С и зависит, в основном, от содержания парафина (чем его больше, тем температура застывания выше). Вязкость изменяется в широких пределах и зависит от химического и фракционного состава нефти и смолистости (содержания в ней асфальто-смолистых веществ). Нефть растворима в органических растворителях, в воде при обычных условиях практически нерастворима, но может образовывать с ней стойкие эмульсии.

Нефть можно классифицировать по разным признакам.

2. По потенциальному содержанию фракций, выкипающих до 3500С

3. По потенциальному содержанию масел

4. По качеству масел

Сочетание обозначений класса, типа, группы, подгруппы и вида составляет шифр технологической классификации нефти.

В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Так, например, бакинская нефть богата циклопарафинами и сравнительно бедна предельными углеводородами. Значительно больше предельных углеводородов в грозненской и ферганской нефти. Пермская нефть содержит ароматические углеводороды.

В зависимости от состава в широком диапазоне изменяются физические и химические свойства нефти. Меняется консистенция нефти от легкой, насыщенной газами, до густой тяжелой смолообразной. Соответственно и цвет нефти меняется от светлого до темно-красного и черного. Эти свойства зависят от преобладания в составе нефти низкомолекулярных легких углеводородных соединений, либо тяжелых сложно построенных высокомолекулярных соединений.

С химической точки зрения состав нефти и газа очень прост. Основными элементами, образующими нефть и газ, являются углерод – С и водород – Н. Содержание углерода в нефтях – 83 – 89 %, содержание водорода – 12 – 14 %. В небольших объемах в нефтях содержатся сера – S, азот – N и кислород – О. Углерод и водород присутствуют в нефти в виде множества соединений, называемых углеводородами.

Нефть представляет собой горючую маслянистую подвижную жидкость от светло–желтого до темно–красного, коричневого и черного цвета, состоящую из смеси различных углеводородных соединений. В природе нефть очень разнообразна по своему качеству, удельному весу и консистенции: от весьма жидкой и летучей до густой смолообразной.

Известно, что химические элементы соединяются между собой в определенных соотношениях согласно их валентности. Например, молекула воды – Н 2 О состоит из двух атомов водорода, имеющих валентность – 1, и одного двухвалентного атома кислорода.

Самым простым по химическому составу углеводородным соединением является метан – СН 4 . Это горючий газ, являющийся главным компонентом всех природных горючих газов.

Следующим за метаном соединением является этан – С 2 Н 6 ,

Затем, пропан — С 3 Н 8 ,

бутан — С 4 Н 10 , пентан – С 5 Н 12 , гексан – С 6 Н 14 и т.д.

Как отмечалось выше, начиная с пентана, газообразные углеводороды переходят в жидкие, т.е. в нефть. Формула пентана продолжает тот же непрерывный ряд углеводородных соединений, относящихся к группе метановых.

В этой группе все связи углерода задействованы, т.е. использованы на соединение с атомами водорода. Такие соединения называются предельными или насыщенными. Они нереакционноспособные, т.е. не способны присоединять к своей молекуле молекулы других соединений.

Углерод в соединении с водородом способен образовывать бесчисленное множество углеводородных соединений, различающихся своим химическим строением, а, следовательно, и свойствами.

Различают три основные группы углеводородных соединений:

Первая группа – метановые (или алканы ). Их общая формула С n H 2n+2 . Именно об этой группе соединений говорилось выше.

Они являются полностью насыщенными, т.к. все валентные связи использованы. Поэтому химически они наиболее инертны, не способные к химическим реакциям с другими соединениями. Углеродные скелеты алканов представляют собой либо линейные (нормальные алканы), либо разветвленные цепи (изоалканы).

Вторая группа – нафтеновые (или цикланы ). Их общая формула СnH2n. Их основные признаки – наличие пяти – или шестичленного кольца из атомов углерода, т.е. они образуют в отличие от метановых замкнутую циклическую цепь (отсюда — цикланы):

Это тоже насыщенные (предельные соединения). Поэтому в реакции они практически не вступают.

Третья группа – ароматические (или арены ). Их общая формула С n H 2n-6 . Они образованы шестичленными циклами, основанными на так называемом ароматическом ядре бензола – С 6 Н 6 . Их отличительная особенность – наличие двойных связей между атомами.

Среди ароматических углеводородов выделяются моноциклические, бициклические (т.е. сдвоенные кольца) и полициклические, образующие многокольцевые соединения типа пчелиных сот.

Углеводороды, в том числе нефть и газ, не являются веществами определенного и постоянного химического состава. Они представляют сложную природную смесь газообразных, жидких и твердых углеводородных соединений метанового, нафтенового и ароматических рядов. Но это не простая смесь, а система сложного углеводородного раствора, где растворителем являются легкие углеводороды, а растворенными веществами – прочие высокомолекулярные соединения, включая смолы и асфальтены, т.е. даже и неуглеводородные соединения, входящие в состав нефтей.

Раствор от простой смеси отличается тем, что входящие в него компоненты способны химически и физически взаимодействовать, приобретая при этом новые свойства, которые не были присущи исходным соединениям.

Плотность

В ряду физических свойств нефти плотность или удельный вес является важнейшим. Этот показатель зависит от молекулярного веса слагающих ее компонентов, т.е. от преобладания в составе нефти легких или тяжелых углеводородных соединений, от наличия смолистых примесей, асфальтенов и растворенного газа.

Плотность нефти изменяется в широких пределах от 0,71 до 1,04 г/см 3 . В пластовых условиях за счет большого объема растворенного в нефти газа плотность ее в 1,2 – 1,8 раза меньше, чем в поверхностных условиях после ее дегазации. В зависимости от плотности выделяют следующие классы нефтей:

• Очень легкие (до 0,8г/см 3);
• Легкие (0,80-0,84г/см 3)
• Средние (0,84-0,88г/см 3)
• Тяжелые (0,88-0,92г/см 3)
• Очень тяжелые (более 0,92г/см 3)

Вязкость

Вязкость нефти – это свойство оказывать сопротивление перемещению частиц нефти относительно друг друга в процессе ее движения. Вязкость определяет степень подвижности нефти. Измеряется вязкость с помощью прибора – вискозиметра. В системе СИ измеряется в миллипаскалях в секунду (мПа с), в системе СГС — Пуаз, г/(см с).

Существует два вида вязкости: динамическая и кинематическая. Динамическая взякость характеризует собой силу сопротивления перемещению слоя жидкости площадью в 1см2 на 1см со скоростью 1см/сек. Кинематическая вязкость представляет собой свойство жидкости оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой с учетом силы тяжести.

Динамическая вязкость определяется по формуле:

где: А — площадь перемещающихся слоёв жидкости (газа); F — сила, необходимая для поддержания разницы скоростей движения между слоями на величину dv; dy — расстояние между движущимися слоями жидкости (газа); dv — разность скоростей движущихся слоёв жидкости (газа).

Кинематическая вязкость также используется в расчетах, она определяется по следующей формуле:

где: μ — динамическая вязкость; ρ — плотность нефти при температуре определения.

В поверхностных условиях нефти делятся на:

1. маловязкие – до 5 мПа с;
2. повышенной вязкости — от 5 до 25 мПа с;
3. высоковязкие – более 25 мПа с.

Меньшей вязкостью обладают легкие нефти, а большей – тяжелые. В пластовых условиях вязкость нефти в десятки раз меньше, чем той же нефти на поверхности после ее дегазации, что связано с ее очень высокой газонасыщенностью в недрах. Это свойство имеет большое значение при формировании залежей углеводородов, т.к. определяет масштабы миграции.

Величина обратная вязкости характеризует текучесть жидкости φ:

1. Малосернистые – до 0,5 %;
2. Сернистые — от 0,5 до 2,0 %;
3. Высокосернистые – более 2 %.

Парафинистость нефти

Это еще одно важное свойство нефти, влияющее на технологию ее добычи и транспортировки по трубопроводам. Парафинистость возникает в нефтях за счет содержания в них твердых компонентов – парафинов (от С 17 Н 36 до С 35 Н 72) и церезинов (от С 36 Н 74 до С 55 Н 112).

Содержание их достигает иногда от 13 до 14 %, а на месторождении Узень в Казахстане – 35 %. Высокое содержание парафина чрезвычайно затрудняет добычу нефти, т.к. при вскрытии пласта и подъема нефти по трубам происходит непрерывное снижение давления и температуры. При этом парафин способен кристаллизоваться и выпадать в твердый осадок, парафинируя как поры в самом пласте, так и стенки НКТ, задвижек и всего технологического оборудования. Чем ближе температура кристаллизации парафина к температуре пласта, тем скорее и интенсивнее наступает процесс парафинизации.

1. Малопарафинистые – менее 1,5 %;
2. Парафинистые – от 1,5 до 6,0 %;
3. Высокопарафинистые – более 6,0 %.

Газосодержание

Газовый фактор может достигать 300 – 500 м 3 /т, но чаще – в пределах 30 – 100 м 3 /т. Встречается и менее — 8 – 10 м 3 /т, например, тяжелые нефти Ярегского месторождения Ухтинского района имеют газовый фактор 1 – 2 м 3 /т.

Давление насыщения

Давление насыщения (или начала парообразования) – это давление, при котором газ начинает выделяться из нефти. В природных условиях давление насыщения может быть равным пластовому или меньше его.

В первом случае весь газ будет растворен в нефти, а нефть — насыщена газом. Во втором случае нефть будет недонасыщена газом.

Сжимаемость

Сжимаемость нефти обусловлена ее упругостью и измеряется коэффициентом сжимаемости – β Н.

где V – исходный объем нефти, м 3 ;

∆V – изменение объема нефти, м 3 ;

∆р – изменение давления, МПа.

Коэффициент сжимаемости характеризует величину изменения объема пластовой нефти при изменении давления на 0,1 МПа. Этот коэффициент учитывается на ранних стадиях разработки, когда упругие силы жидкостей и газов еще не растрачены и поэтому играют заметную роль в энергетике пласта.

где Δt 0 — изменение температуры на 1 0 С.

Коэффициент теплового расширения показывает, на какую часть первоначального объема изменяется объем нефти при изменении температуры на 1 0 С. Этот коэффициент используется при проектировании и применении тепловых методов воздействия на пласт.

Объемный коэффициент нефти

Этот коэффициент показывает, какой объем занимает в пластовых условиях 1м 3 дегазированной нефти за счет насыщения ее газом.

где b Н – объемный коэффициент пластовой нефти, доли единицы;

V пл – объем нефти в пластовых условиях, м 3 ;

V дег – объем той же нефти в поверхностных условиях после ее дегазации, м 0 ;

ρ пов – плотность нефти в поверхностных условиях, т/м 3 ;

ρ пл – плотность нефти в пластовых условиях, т/м 3 .

Объемный коэффициент нефти обычно больше 1, как правило, находится в пределах 1,2–1,8, но иногда достигает 2–3 единиц. Объемный коэффициент используется при подсчете запасов и при определении коэффициента нефтеотдачи пласта.

Усадка нефти и пересчетный коэффициент По объемному коэффициенту можно определить усадку нефти при извлечении ее на поверхность – И, а также пересчетный коэффициент — Θ.

Последний используется в формуле подсчета запасов объемным методом. Пересчетный коэффициент Θ – есть величина обратная объемному коэффициенту – b H .

Как видно, эта формула представляет собой перевернутую формулу объемного коэффициента. Именно она учитывает уменьшение объема нефти (ее усадку) при переходе от пластовых условий к поверхностным.

Температура застывания нефти

Температура застывания — это та температура, при которой охлажденная в пробирке нефть не меняет свой уровень при наклоне в 45º. Температура застывания и плавления нефтей разнообразна. Обычно нефть залегает в пласте в жидком состоянии, но, некоторые из них густеют даже при небольшом охлаждении. Температура застывания растет одновременно с возрастанием содержания в ней твердых парафинов и уменьшением содержания смол. Смолы оказывают противоположный эффект — с увеличением их содержания температура застывания уменьшается.

Оптические свойства нефти

Оптическая активность выражается в способности нефти вращать плоскость поляризованного луча света вправо (редко влево). Оптически активные вещества образуются при жизнедеятельности организмов, и оптическая активность нефти свидетельствует о ее генетической связи с биологическими системами. Основными носителями оптической активности в нефти являются ископаемые молекулы животного и растительного происхождения — хемофоссилии. Нефти из более древних отложений менее оптически активны по сравнению с нефтями из более молодых пород.

Нефти светятся при облучении ее ультрафиолетовыми лучами, т.е обладают способностью к люминесценции. Люминесцируют смолы в не люминесцирующих в основном соединениях — углеводородах. Люминесцирующие вещества имеют определенные спектры цветов люминесценции (бурые, голубые, желтые и др.) и интенсивность свечения, зависит от концентрации. Легкие нефти имеют голубой и синий цвета люминесценции, тяжелые — желтый и желто-бурый.