2. Нефть. Состав нефти.

Нефть представляет собой сложную смесь органических соединений. В ее составе обнаружены сотни углеводородов различного строения, многочисленные гетероорганические соединения. Полностью разделить такую смесь на индивидуальные соединения невозможно, но это и не требуется ни для его технической характеристики нефтяного сырья, ни для его промышленного использования.

Важным показателем качества нефти является фракционный состав. Фракционный состав определяется при лабораторной перегонке, в процессе которой при постепенно повышающейся температуре из нефти отгоняют части – фракции, отличающиеся друг от друга пределами выкипания. Каждая из фракций характеризуется температурами начала и конца кипения.

При промышленной перегонке нефти используют не лабораторный метод постепенного испарения, а схемы с так называемым однократным испарением и дальнейшей ректификацией. Фракции выкипающие до 350°С, отбирают при давлении, несколько превышающем атмосферное они носят название светлых дистиллятов (фракций). Обычно при атмосферной перегонке получфают следующие фракции, название которым присвоено в зависимости от направления их дальнейшего использования:

н.к. (начало кипения) - 140°С) – бензиновая фракция

140-180°С – лигроиновая фракция (тяжелая нафта)

140-220°С (180-240°С) – керосиновая фракция

180-350°С (220-350°С, 240-350°С) – дизельная фракция (легкий или атмосферный газойль, соляровый дистиллят)

Остаток после отбора светлых дистиллятов (фракция, выкипающая выше 350°С) называется мазутом. Мазут разгоняют под вакуумом, при этом в зависимости от направления переработки нефти получают следующие фракции

Для получения топлив

350-500°С – вакуумный газойль (вакуумный дистиллят)

>500°С – вакуумный остаток (гудрон)

Для получения масел

300-400°С (350-420°С) – легкая масляная фракция (трансформаторный дистиллят)

400-450°С (420-490°С) – средняя масляная фракция (машинный дистиллят)

450-490°С – тяжелая масляная фракция (цилиндровый дистиллят)

>490°С – гудрон

Мазут и полученные из него фракции называют темными. Продукты, получаемые при вторичных процессах переработки нефти, так же, как и при первичной перегонке, относят к светлым, если они выкипают до 350°, и к темным, если пределы выкипания 350°С и выше.

Нефти различных месторождений заметно различаются по фракционному составу, содержанию светлых и темных фракций. Так, в Ярегской нефти (Республика Коми) содержится 18,8% светлых фракций, а в Самотлорской (Западная Сибирь) – 58,8%.

Нефть относится к группе горных осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Она обладает одним важным свойством – способностью гореть и выделять тепловую энергию. Среди других горючих ископаемых она имеет наивысшую теплотворную способность. Например, для подогрева котельной или другой установки требуется нефти значительно меньше по весу, чем каменного угля.

Все горючие породы принадлежат к особому семейству, получившему название каустобиолитов (от греческих слов «каустос»- горючий, «биос» – жизнь, «литос» – камень, т.е. горючий органический камень).

В химическом отношении нефть – сложная смесь углеводородов (УВ) и углеродистых соединений.

Нефть состоит из следующих основных элементов:

углерод (84-87%),

водород (12-14%),

кислород,

сера (1-2%).

Главную часть нефтей составляют углеводороды различные по своему составу, строению и свойствам, которые могут находиться в газообразном, жидком и твердом состоянии. В зависимости от строения молекул нефть подразделяются на три класса – парафиновые, нафтеновые и ароматические . Но значительную часть нефти составляют углеводороды смешанного строения, содержащие структурные элементы всех трех упомянутых классов. Строение молекул определяет их химические и физические свойства.

1.1. Парафиновые углеводороды

Парафиновые углеводороды – алканы С п Н 2п+2 - составляют зна­чительную часть групповых компонентов нефтей и природных га­зов всех месторождений. Общее содержание их в нефтях составляет 25 - 35% масс, (не считая растворенных газов) и только в некоторых парафиновых нефтях достигает до 40-50% масс. Наиболее широко представлены в нефтях алканы нормального строения и изоалканы преимуществен­но монометилзамещенные с различным положением метильной груп­пы в цепи. С повышением молекулярной массы фракций нефти со­держание в них алканов уменьшаетс. Попутные нефтяные и природные газы практически полностью, а прямогонные бензины чаще всего на 60 - 70% состоят из алканов. В масляных фракциях их содержание снижается до 5-20% масс.

Газообразные алканы. Алканы C 1 - C 4: метан, этан, пропан, бу­тан и изобутан, а также 2,2-диметилпропан при н/у находятся в газообразном состоянии.

Природные газы добывают с чисто газовых месторождений. Они состоят в основном из метана (93 - 99% масс.) с небольшой примесью его гомологов, неуглеводородных компонентов: сероводорода, диок­сида углерода, азота и редких газов (Не, Аг и др.). Газы газоконден­сатных месторождений и нефтяные попутные газы отличаются от чисто газовых тем, что метану в них сопутствуют в значительных концентрациях его газообразные гомологи С 2 -С 4 и выше. Поэтому они получили название жирных газов. Из них получают легкий га­зовый бензин, который является добавкой к товарным бензинам, а также сжатые жидкие газы в качестве горючего. Этан, пропан и бутаны после разделения служат сырьем для нефтехимии.

Жидкие алканы. Алканы от С 5 до С 15 в обычных условиях пред­ставляют собой жидкости, входящие в состав бензиновых (С 5 – С 15) и керосиновых (С 11 - С 15) фракций нефтей. Исследованиями установ­лено, что жидкие алканы С 5 - С 9 имеют в основном нормальное или слаборазветвленное строение.

Твердые алканы , Алканы С 16 и выше при нормальных условиях - твердые вещества, входящие в состав нефтяных парафинов и цере­зинов. Они присутствуют во всех нефтях чаще в небольших количе­ствах (до 5% масс.) в растворенном или взвешенном кристаллическом состоянии. В парафинистых и высокопарафинистых нефтях их со­держание повышается до 10 - 20% масс.

В зависимости от Тпл. парафин делят на мягкий (ниже 45 С), среднеплавкий (45-50 С) и твердый (50-60 С).

Нефтяные парафины представляют собойсмесь преимущес­твенно алканов разной молекулярной массы. При пере­гонке мазута в масляные фракции попадают твердые алканы С 18 - С 35 с молекулярной массой 250 - 500. В гудронах концентриру­ются более высокоплавкие алканы С 36 - С 55 - церезины, отличаю­щиеся от парафинов мелкокристаллической структурой, более высокой молекулярной массой (500 - 700) и температурой плав­ления (65- 88°С вместо 45-54°С у парафинов). Исследованиями установлено, что твердые парафины состоят преимущественно из алканов нормального строения, а церезины - в основном из циклоалканов и аренов с длинными алкильными цепями нормально­го и изостроения. Церезины входят также в состав природного горючего минерала - озокерита.

Из сырой нефти, парафин выделяется в тонкокристаллическом состоянии из-за присутствия смолистых веществ, а также потому, что примеси церезинов, содержащиеся в парафине, удерживают масла.

Парафины и церезины являются нежелательными компонента­ми в составе масляных фракций нефти, поскольку повышают тем­пературы их застывания. Они находят разнообразное техническое применение во многих отраслях промышленности: электро- и радио­технической, бумажной, спичечной, кожевенной, парфюмерной, хи­мической и др. Они применяются также в производстве пластичных смазок, изготовлении свечей и т.д. Особо важная современная об­ласть применения - как нефтехимическое сырье для производства синтетических жирных кислот, спиртов, поверхностно-активных веществ, деэмульгаторов, стиральных порошков и т.д.

1.2. Нафтеновые углеводороды

Нафтеновые углеводороды - циклоалканы (цикланы) - входят в состав всех фракций нефтей, кроме газов. В среднем в нефтях раз­личных типов они содержатся от 25 до 80% масс. Бензиновые и керо­синовые фракции нефтей представлены в основном гомологами циклопентана (I) и циклогексана (II), преимущественно с короткими (С 1 - С 3) алкилзамещенными цикланами. Высококипящие фракции содержат преимущественно полициклические конденсированные и реже неконденсированные нафтены с 2 - 4 циклами с общей эмпири­ческой формулой

С п Н 2п + 2 - 2Кц, где п - число атомов углерода, Кц -число циклановых колец.

Полициклические нафтены могут быть представлены гомолога­ми цикланов с одинаковыми или разными циклами мостиковога (III, IV, V), сочлененного (VI), изолированного (VII) и конденсиро-ванного (VIII, IX, X) типов строения:

I - циклопентан; П - циклогексан; III - бицикло(3,2,1)октан*; IV -бицикло(3,3,1)нонан; V- бицикло(2,2,1)гептан; VI - бицикло(5,5,0)додекан; VII -мети л бицикл о(5,4,0)ун декан; VIII - бицикло(3,3,0)октан; IX - бицикло(4,3,0)нонан; X - бицикло(4,4,0)декан – декалин

Нафтеновые углеводороды являются наиболее высококаче­ственной составной частою моторных топлив и смазочных ма­сел. Моноциклические нафтено­вые углеводороды придают авто­бензинам, реактивным и дизель­ным топливам высокие экс­плуатационные свойства, являются более качественным сырьем в процессах каталитического риформинга. В составе смазочных масел нафтены обеспечивают ма­лое изменение вязкости от темпе­ратуры (т.е. высокий индекс ма­сел). При одинаковом числе угле­родных атомов нафтены по сравнению с алканами характеризуются большей плотностью и, что осо­бенно важно, меньшей температурой застывания.

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.

Полезное ископаемое, представляющее из себя маслянистую жидкость. Это горючее вещество, часто черного цвета, хотя цвета нефти в разных районах различаются. Она может быть и коричневой, и вишневой, зеленой, желтой, и даже прозрачной. С химической точки зрения нефть - это сложная смесь углеводородов с примесью различных соединений, например, серы, азота и других. Ее запах также может быть различным, так как зависит от присутствия в ее составе ароматических углеводородов, сернистых соединений.

Углеводороды , из которых состоит нефть, - это химические соединения состоящие из атомов углерода (C) и водорода (H). В общем виде формула углеводорода - C x H y . Простейший углеводород, метан, имеет один атом углерода и четыре атома водорода, его формула - CH 4 (схематично он изображен справа). Метан - легкий углеводород, всегда присутствует в нефти.

В зависимости от количественного соотношения различных углеводородов, составляющих нефть, ее свойства также различаются. Нефть бывает прозрачной и текучей как вода. А бывает черной и настолько вязкой и малоподвижной, что не вытекает из сосуда, даже если его перевернуть.

С химической точки зрения обычная (традиционная) нефть состоит из следующих элементов:

• Углерод – 84%
• Водород – 14%
• Сера – 1-3% (в виде сульфидов, дисульфидов, сероводорода и серы как таковой)
• Азот – менее 1%
• Кислород – менее 1%
• Металлы – менее 1% (железо, никель, ванадий, медь, хром, кобальт, молибден и др.)
• Соли – менее 1% (хлорид кальция, хлорид магния, хлорид натрия и др.)

Нефть (и сопутствующий ей углеводородный газ) залегает на глубинах от нескольких десятков метров до 5-6 километров. При этом на глубинах 6 км и ниже встречается только газ, а на глубинах 1 км и выше - только нефть. Большинство продуктивных пластов находятся на глубине между 1 и 6 км, где нефть и газ встречаются в различных сочетаниях.

Залегает нефть в горных породах называемых коллекторами. Пласт-коллектор - это горная порода способная вмещать в себе флюиды, т.е. подвижные вещества (это могут быть нефть, газ, вода). Упрощенно коллектор можно представить как очень твердую и плотную губку, в порах которой и содержится нефть.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ

Образование нефти – процесс весьма и весьма длительный. Он проходит в несколько стадий и занимает по некоторым оценкам 50-350 млн. лет.

Наиболее доказанной и общепризнанной на сегодняшний день является теория органического происхождения нефти или, как ее еще называют, биогенная теория. Согласно этой теории нефть образовалась из останков микроорганизмов, живших миллионы лет назад в обширных водных бассейнах (преимущественно на мелководье). Отмирая, эти микроорганизмы образовывали на дне слои с высоким содержанием органического вещества. Слои, постепенно погружаясь все глубже и глубже (напомню, процесс занимает миллионы лет), испытывали воздействие усиливающегося давления верхних слоев и повышения температуры. В результате биохимических процессов, происходящих без доступа кислорода, органическое вещество преобразовывалось в углеводороды.

Часть образовавшихся углеводородов находилась в газообразном состоянии (самые легкие), часть в жидком (более тяжелые) и какая-то часть в твердом. Соответственно подвижная смесь углеводородов в газообразном и жидком состоянии под воздействием давления постепенно двигалась сквозь проницаемые горные породы в сторону меньшего давления (как правило, вверх). Движение продолжалось до тех пор, пока на их пути не встретилась толща непроницаемых пластов и дальнейшее движение оказалось невозможным. Это так называемая ловушка , образуемая пластом-коллектором и покрывающим ее непроницаемым пластом-покрышкой (рисунок справа). В этой ловушке смесь углеводородов постепенно скапливалась, образовывая то, что мы называем месторождением нефти . Как видите, месторождение на самом деле не является местом рождения . Это скорее местоскопление . Но, как бы там ни было, практика названий уже сложилась.

Поскольку плотность нефти, как правило, значительно меньше плотности воды, которая в ней всегда присутствует (свидетельство ее морского происхождения), нефть неизменно перемещается вверх и скапливается выше воды. Если присутствует газ, он будет на самом верху, выше нефти.

В некоторых районах нефть и углеводородный газ, не встретив на своем пути ловушку, выходили на поверхность земли. Здесь они подвергались воздействию различных поверхностных факторов, в результате чего рассеивались и разрушались.

ИСТОРИЯ НЕФТИ

Нефть известна человеку с древнейших времен. Люди уже давно обратили внимание на черную жидкость, сочившуюся из-под земли. Есть данные, что уже 6500 лет назад люди, жившие на территории современного Ирака, добавляли нефть в строительный и цементирующий материал при строительстве домов, чтобы защитить свои жилища от проникновения влаги. Древние египтяне собирали нефть с поверхности воды и использовали ее в строительстве и для освещения. Нефть также использовалась для герметизации лодок и как составная часть мумифицирующего вещества.

Во времена древнего Вавилона на Ближнем Востоке велась довольно интенсивная торговля этим «черным золотом». Некоторые города уже тогда буквально вырастали на торговле нефтью. Одно из семи чудес света, знаменитые Висячие сады Серамиды (по другой версии - Висячие сады Вавилона ), также не обошлись без использования нефти в качестве герметизирующего материала.

Не везде нефть собирали только с поверхности. В Китае более 2000 лет назад при помощи стволов бамбука с металлическим наконечником бурили небольшие скважины. Изначально скважины предназначались для добычи соленой воды, из которой извлекалась соль. Но при бурении на бОльшую глубину из скважин добывали нефть и газ. Неизвестно нашла ли нефть применение в древнем Китае, известно только, что газ поджигали для выпаривания воды и извлечения соли.

Примерно 750 лет назад известный путешественник Марко Поло в описании своих путешествий на Восток упоминает использование нефти жителями Апшеронского полуострова в качестве лекарства от кожных болезней и топлива для освещения.

Первые упоминания о нефти на территории России относятся к XV веку. Нефть собирали с поверхности воды на реке Ухта. Также как и другие народы, здесь ее использовали в качестве лекарственного средства и для хозяйственных нужд.

Хотя, как мы видим, нефть была известна с древнейших времен, она находила довольно ограниченное применение. Современная история нефти начинается с 1853 года, когда польский химик Игнатий Лукасевич изобрел безопасную и удобную в обращении керосиновую лампу. Он же по данным некоторых источников открыл способ извлекать из нефти керосин в промышленных масштабах и основал в 1856 году нефтеперегонный завод в окрестностях польского города Ulaszowice.

Еще в 1846 году канадский химик Абрахам Геснер придумал, как получать керосин из угля. Но нефть позволяла получать более дешевый керосин и в гораздо большем количестве. Растущий спрос на керосин, использовавшийся для освещения, породил спрос на исходный материал. Так было положено начало нефтедобывающей промышленности.

По данным некоторых источников первая в мире нефтяная скважина была пробурена в 1847 году в районе города Баку на берегу Каспийского моря. Вскоре после этого в Баку, входящем в то время в состав Российской империи, было пробурено столько нефтяных скважин, что его стали называть Черный город.

Тем не менее, рождением российской нефтяной промышленности принято считать 1864 год. Осенью 1864 года в Кубанской области был осуществлен переход от ручного способа бурения нефтяных скважин к механическому ударно-штанговому с использованием паровой машины в качестве привода бурового станка. Переход к этому способу бурения нефтяных скважин подтвердил свою высокую эффективность 3 февраля 1866 года, когда было закончено бурение скважины 1 на Кудакинском промысле и из нее забил фонтан нефти. Это был первый в России и на Кавказе фонтан нефти.

Датой начала промышленной мировой нефтедобычи , по данным большинства источников, принято считать 27 августа 1859 года. Это день, когда из пробуренной «полковником» Эдвином Дрейком первой в США нефтяной скважины был получен приток нефти с зафиксированным дебитом. Эта скважина глубиной 21,2 метра была пробурена Дрейком в городе Тайтусвиль, штат Пенсильвания, где бурение водяных скважин часто сопровождалось проявлениями нефти.

Новость об открытии нового источника нефти с помощью бурения скважины разнеслась по округе Тайтусвиля со скоростью лесного пожара. К тому времени переработка, опыт обращения с керосином и подходящий тип лампы для освещения уже были отработаны. Бурение нефтяной скважины позволило получить достаточно дешевый доступ к необходимому сырью, дополнив, таким образом, последний элемент в зарождение нефтяной отрасли.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Нефть представляет собой сложную смесь различных, в основном жидких углеводородов (алканов, циклоалканов и ароматических), в которых растворены твердые и газообразные углеводороды.

Нефть - это маслянистая жидкость, имеющая окраску от светло-бурого до почти черного цвета (рис. 1), с характерным запахом. Залегает в толще земной коры на разных глубинах. Она немного легче воды (плотность 0,73-0,97 г/см 3) и практически в ней не растворяется.

Рис. 1. Внешний вид нефти.

Нефть представляет собой сложную смесь различных, в основном жидких углеводородов. Потому она не имеет ни четкой молекулярной формулы, ни постоянной температуры кипения. Состав нефти различается в зависимости от месторождения. Например, бакинская нефть богаты циклоалканами, грозненская - предельными углеводородами. Кроме углеводородов нефть содержит органические соединения, включающие кислород, серу и азот.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Выведите простейшую формулу соединения, в котором массовая доля фосфора составляет 43,66%, а массовая доля кислорода - 56,34%.
Решение	Обозначим число атомов фосфора в молекуле через «х», а число атомов кислорода через «у» Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов фосфора и кислорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Ar(P) = 31; Ar(O) = 16. x:y = ω(P)/Ar(P) : ω (O)/Ar(O); x:y = 43,66/31: 56,34/16; x:y: = 1,4: 3,5 = 1: 2,5 = 2: 5. Значит простейшая формула соединения фосфора и кислорода имеет вид P 2 O 5 . Это оксид фосфора (V).
Ответ	P 2 O 5

ПРИМЕР 2

Задание	Выведите простейшую формулу соединения, в котором массовая доля калия составляет 26,53%, хрома - 35,37%, кислорода - 38,1%.
Решение	Массовая доля элемента Х в молекуле состава НХ рассчитывается по следующей формуле: ω (Х) = n × Ar (X) / M (HX) × 100%. Обозначим число атомов калия в молекуле через «х», число атомов хрома через «у» и число атомов кислорода за «z». Найдем соответствующие относительные атомные массы элементов калия, хрома и кислорода (значения относительных атомных масс, взятые из Периодической таблицы Д.И. Менделеева, округлим до целых чисел). Ar(K) = 39; Ar(Cr) = 52; Ar(O) = 16. Процентное содержание элементов разделим на соответствующие относительные атомные массы. Таким образом мы найдем соотношения между числом атомов в молекуле соединения: x:y:z = ω(K)/Ar(K) : ω(Cr)/Ar(Cr) : ω(O)/Ar(O); x:y:z = 26,53/39: 35,37/52: 38,1/16; x:y:z = 0,68: 0,68: 2,38 = 1: 1: 3,5 = 2: 2: 7. Значит простейшая формула соединения калия, хрома и кислорода имеет вид K 2 Cr 2 O 7 . Это дихромат калия
Ответ	K 2 Cr 2 O 7

СТУДЕНТАМ: Надо написать РУКОПИСНЫЙ КОНСПЕКТ в тетради и выучить. Промысловую подготовку нефти и газа смотрите в книге Коршака и Шаммазова. Все остальные вопросы есть в лекциях.

Физические свойства нефти

Природные газы и их свойств

Поровые и трещинные коллекторы нефти и газа

Строение газонефтяной залежи, ВНК, ГНК, контуры

Геофизические исследования скважин (каротаж)

Оборудование призабойной зоны скважин

Режимы нефтяных и газовых залежей

Варианты заводнения нефтяных залежей

Подготовка воды для заводнения

Методы слежения за обводнением добычных скважин

Механические методы повышения производительности скважин

Химические методы повышения производительности скважин

Кислотные обработки песчаных пластов

Кислотные обработки карбонатных пластов

Физические методы повышения производительности скважин

Методы повышения нефтеотдачи и газоотдачи пластов:

Закачка в пласт воды

Нагнетание в пласт газов-растворителей

Термические методы

Фонтанный способ эксплуатации

Компрессорная эксплуатация скважин

Насосная эксплуатация скважин:

Штанговая скважинная насосная установка

Пгружной электроцентробежный насос

Стадии разработки нефтяных месторождений

Разработка газовых и газоконденсатных месторождений

Насыпи, свайные и крупноблочные основания

Платформы гравитационного типа

Каркасные, самоподъемные и полупогружные платформы

Промысловая подготовка нефти:

Дегазация

Обезвоживание

Обессоливание и стабилизация

Промысловая подготовка газа

Очистка от механических примесей

Очистка от сероводорода и углекислого газа

Состав нефти

Нефть – это жидкое полезное ископаемое, состоящее в основном из углеводородных соединений. По внешнему виду это маслянистая, обычно коричневатая или чёрная жидкость со специфическим запахом. Однозначно говорить о составе нефти сложно, потому что в ней присутствуют сотни различных твёрдых, жидких и газообразных соединений. Важнейшими характеристиками нефти являются её элементный, фракционный и групповой состав.

2.2.1. Элементный и фракционный состав нефти

Элементный состав нефтей характеризуется обязательным нали­чием пяти химических элементов – C, H, O, N и S. Углерода в нефти 82,5–87 %, водорода 11,5–14,5 %, кислород встречается в виде различных соединений (кислоты, фенолы, эфиры) в количестве 0,05–3,6 %. Азота в нефти не более 1,7 %, содержание серы составляет от десятых долей процента до 5–8, редко 14 %. Сера – крайне нежелательный компонент нефти, потому что она способствует коррозии оборудования.

При сжигании нефтей образуется небольшое количество золы – обычно сотые доли процента. В золе обнаружены кальций, магний, железо, алюминий, кремний, фосфор, ванадий, никель, германий, хром и др. Считается, что эти элементы входили в состав органических соединений, из которых образовалась нефть.

Нефть состоит из многокомпонентной смеси углеводородов. Обычными методами перегонки не удаётся разделить их на индивидуальные соединения со строго определёнными физическими константами. Поэтому пользуются понятием фракционного состава нефти. Фракция (дистиллят) – это доля нефти, выкипающая в заданном интервале температур. При температуре начала кипения выпадает первая капля сконденсировавшихся паров. Испарение фракции прекращается при температуре конца кипения . Процентное содержание фракций в нефтях характеризует возможность получения дистиллятов моторных топлив и смазочных масел. Бензины выкипают в пределах 30–205 о С, керосины при 150–315, дизельные топлива при 180–350, масла до 350 о С и выше. Большинство нефтей содержит 15–25 % бензиновых фракций, выкипающих до 180 о С, и 45–55 % фракций с температурой конца кипения 300–350 о С.

2.2.2. Групповой состав нефти

Групповой состав нефти характеризует количественное содержание трёх основных групп углеводородов: парафиновых, нафтеновых и ароматических (рис. 2.2). Выбор метода переработки, ассортимент и эксплуатационные свойства получаемых нефтепродуктов зависят от группового состава.

Парафиновые (метановые, или алканы) углеводороды имеют химическую формулу С n H 2 n +2 , где n – число атомов углерода. Оно может меняться от 1 до 60. В нормальных условиях при атмосферном давлении и температуре плюс 20 о С соединения с числом атомов углерода от 1 до 4 – это газы метан, этан, пропан, бутан. Если n равно 5–15, то это жидкости; при n ³16 парафины представляют собой твёрдые вещества. Температура плавления парафинов находится в пределах 52–62 о С. На глубине в условиях высоких температур и давлений они находятся в жидком состоянии, но при добыче начинают выпадать из нефти на забое скважин, в подъёмных трубах или промысловых нефтепроводах, тем самым засоряя их.

а б в

Рис. 2.2. Структурные формулы углеводородов:

а – парафиновые, или метановые (алканы); б – нафтеновые (цикланы);

в – ароматические (арены)

В парафиновых углеводородах валентность всех атомов углерода насыщена до предела. Каждый атом углерода связан с соседями простыми одинарными связями, поэтому метановые углеводороды называют насыщенными , или предельными. Химическая активность таких соединений небольшая.

Нафтеновые углеводороды (цикланы) открыл в 1880-х гг. русский учёный В. В. Марковников. Цикланы имеют общую формулу С n H 2 n , их молекулы циклического строения. Нафтеновые углеводороды, как и метановые, тоже насыщенные . Они являются основными компонентами моторных топлив и смазочных масел.

Ароматические углеводороды (арены) – важная и обширная группа. Их формула С n H 2 n -6 , где n начинается с 6. В структуре аренов имеются особые связи: атомы углерода через один соединены не одинарными, а двойными связями. Арены – непредельные углеводороды (ненасыщенные), для них характерны реакции замещения атомов водорода атомами других элементов – хлора, брома, йода; они вступают в реакцию с кислотами. Ещё ароматические углеводороды легко реагируют с водородом и в присутствии катализатора могут восстанавливаться до нафтенов. Это свойство используется при переработке нефтей на нефтеперерабатывающих заводах. Арены – хорошие растворители органических веществ, но они ядовиты. Индивидуальные ароматические углеводороды: бензол, толуол, ксилолы, нафталин – ценное сырьё для нефтехимического и органического синтеза.