0 Shares 4853 Views

Что такое нефть

Июл 10, 2014
0 4854
нефть

нефть

Что такое нефть?

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 нефть 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 (12C, 13C) 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[3] 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 (C1-C4, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси.

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 — H2S, 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).

Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %)
Месторождение Плотность, г/см³ С Н S N O Зола
Ухтинское (РФ) 0,897 85,30 12,46 0,88 0,14 0,01
Грозненское (РФ) 0,850 85,95 13,00 0,14 0,07 0,74 0,10
Сураханское (Азербайджан) 0,793 85,34 14,14 0,03 0,49
Калифорнийское (США) 0,912 84,00 12,70 0,40 1,70 1,20

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

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[25].

You may be interested

Инновации — фундамент будущего нефтедобычи
Новости ТЭК
12 shares5862 views

Инновации — фундамент будущего нефтедобычи

Алексей Марченко - Июн 13, 2018

IХ форум инновационных технологий «InfoSpace» состоялся 5 июня 2018 г. в «Президент-Отеле», г. Москвы. Он проводится ежегодно при поддержке Министерства экономического развития РФ, Министерства образования и науки РФ, ТПП РФ, Государственной Думы ФС РФ и РАН, и является авторитетной дискуссионной площадкой для совместного поиска

 В Москве пройдет финал Международного инженерного чемпионата «CASE-IN»
МЕРОПРИЯТИЯ ТЭК
56 shares1916 views

 В Москве пройдет финал Международного инженерного чемпионата «CASE-IN»

Дмитрий Бирюлёв - Май 29, 2018

30 – 31 мая 2018 года в Москве (Москва, ул. Косыгина, д. 15, Korston Club Hotel, 09.30) пройдет Финал VI сезона Международного инженерного чемпионата «CASE-IN» по теме «Развитие Арктики»

«Наказывают за роль в международных делах»: США готовятся в понедельник расширить санкции против России
Новости политики
46 shares1300 views

«Наказывают за роль в международных делах»: США готовятся в понедельник расширить санкции против России

Алексей Марченко - Апр 16, 2018

США намерены расширить санкции в отношении России. Об этом сообщила постпред Соединённых Штатов при ООН Никки Хейли. По её словам, о соответствующем решении объявит в понедельник министр финансов Стивен Мнучин. Новые ограничительные меры связаны с инцидентом в сирийск

Most from this category