Нефть - состав, основные свойства и характеристики

Образование топлива

Между распадающимися органическими останками и солями в воде и грязи происходили химические реакции. При этом реакции могли существенно различаться в разных точках земного шара. Это можно объяснить тем, что животные и растения бывают разные, да и реакции тоже.

Останки продолжали распадаться, покрываясь все более толстым слоем различных отложений, которые приносились речным потоком. Все это длилось в течение миллионов лет. Постепенно из остатков формировались углеводороды, образовалось полезное ископаемое. Как только слой нарастал, повышались давление и температура, что приводило к ускорению процесса образования горючего полезного ископаемого.

Стоит понимать, что под землей не было никаких сплошных нефтяных озер. Углеводороды были смешаны с землей и песком, постепенно просачиваясь с пузырями газа. Нефть и газ просачивались в нетвердый слой песчаников, как вода просачивается в губку. Иногда они упирались в плотную породу, через которую не могли пройти. Такая ситуация именуется геологической «ловушкой».

Вместе с процессом образования нефти менялась и планета. Центр охлаждался, массивы земной коры двигались, образовывая разломы. Каменная соль проходила через осадочные породы, которые содержали полезное вещество. Эти процессы привели к образованию различных типов нефтяных «ловушек».

Иногда нефть и газ выходили наружу благодаря разломам в непроницаемых породах. Далее некоторая часть продукта испарялась в атмосферу, остатки же образовывали смолообразные плотные вещества. Таким образом возникали целые озера битумов, которые затем находили люди. Иногда люди сами рыли котлованы для добычи и использования битумов.

Применение нефти

Несмотря на то что история нефти насчитывает миллионы лет существования, добывать и применять ее в промышленных масштабах человечество научилось относительно недавно.

Некоторые источники говорят, что люди применяли нефтяные продукты на протяжении многих веков. Нефть и битум стали известны еще в древние времена. Некоторые народы использовали их в лечебных целях, другие в религиозных. В трудах Геродота и римского инженера Витрувия упоминается битум. На протяжении тысяч лет его применяли как водонепроницаемый материал при строительстве трубопроводов, судов и другого.

Есть история о том, что битумом был просмолен Ноев ковчег. Индейцы использовали нефть как лечебное вещество. В Америке люди находили нефтяные следы, загрязнявшие воду, собирали их с поверхности и применяли как горючее вещество. Применение нефти осуществлялось и у славянских народов. У них она называлась «ропа», «ропянка». Как можно понять из краткого описания применения, интерес к полезному ресурсу был основан благодаря его способности гореть. Таким образом образовалась нефть как топливо.

Полноценным источником энергии ресурс стал только в XIX веке. В то время в качестве топлива для освещения использовался китовый жир, которого не хватало. Нужен был новый энергетический источник. В 60-х годах XIX века в Соединенных штатах Эдвин Дрейк вырыл первую нефтяную скважину. Есть информация, что первую скважину все-таки откопали в 1846 году недалеко от Баку. Сделали это по предложению инженера Семенова Ф. А.

Постепенно нефть стала применяться в больших масштабах. Сначала был изобретен двигатель внутреннего сгорания, для которого потребовалась бензиновая фракция вещества. Далее был расцвет авиации, нуждавшейся в особо качественном топливе. В 40-х годах прошлого столетия появилось синтетическое производство. Нейлон и полиэтилен тоже стали производить из нефти.

Составные компоненты

Нефть, газ, некоторые угли и горючие сланцы относят к особой группе минеральных образований, имеющих органическое происхождение. Их именуют горючими ископаемыми — каустобилитами, что дословно с греческого можно перевести как «горючий жизненный камень».

Чтобы узнать формулу в химии, нужно понять, что нефть является сложной смесью углеводородов с малым содержанием следующих веществ:

• Серы.
• Кислорода.
• Азота.

Внешне она маслянистая, черная, флюоресцирующая на свету. При горении выделяет тепловую энергию.

Углеводороды могут иметь разное число атомов углерода в молекулах и разные виды соединения с водородом. В зависимости от молекулярных структур углеводороды делят на прямые соединения с неразветвленными цепями и циклические. Кроме того, углеводороды относятся к определенным семейств, точнее, их всего два — парафины (в международном сообществе они называются алканы) и олефины (алкены).

Углеводородные молекулы могут расщепляться на мелкие структуры или образовывать более длинные. Молекулярная форма может тоже изменяться или модифицироваться путем присоединения других атомов. Благодаря этому углеводороды считаются очень полезным компонентом при производстве различных материалов.

Как уже говорилось, нефть в разных концах земли, и даже на разной глубине одного и того же месторождения может состоять из различных углеводородов и других веществ. Именно поэтому ее внешний вид и даже характеристики могут заметно различаться — от светлой летучей консистенции до густого черного масла. Причем некоторые типы настолько вязкие, что их с трудом выкачивают.

Химический состав и физические свойства

Химический состав вещества в основном составляют парафины, нафтены, ароматики и непредельные углеводороды вместе с примесями: серы, азота и кислородсодержащих соединений. К физическим свойствам можно отнести:

• Фракционный состав.
• Температуру.
• Относительную плотность.
• Температуру вспышки и другие.

Добываемое из скважин вещество называют сырым. Хоть состав вещества и различается в разных местах, пять химических элементов присутствуют во всех видах: углерод, водород, кислород, азот, сера. Больше всего в нефти углерода и водорода — около 90% (84—87% первого и 11−14% второго), остальные три элемента присутствуют в количестве 5−8%.

В общей сложности «черное золото» имеет больше 500 химических соединений. Главный компонент нефти — углеводород — может быть в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном. Углеводородные соединения делят на парафиновые, нафтеновые, ароматические и смешанные.

Зола содержит никель, ванадий, серебро, натрий, медь, алюминий и другие. Однако золы при сжигании образуется совсем немного — сотые доли процента.

Физические свойства залегающей нефти сильно отличаются от дегазированных видов. Это происходит из-за того, что в пластовых условиях высокое давление, немалая температура, а также есть растворенный газ, которого может быть около 400 кубических метров на 1 м³ нефти.

В обычных условиях плотность вещества колеблется от 700 до 1 тыс. кг/ м³. По плотности все ресурсы делятся на три класса:

• Легкие (до 860 кг/ м³).
• Средние — до 900 кг/ м³.
• Тяжелые — все остальные.

При определении плотности обычно пользуются относительным вариантом. Он представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20 градусов по Цельсию к плотности воды при 4 градусах. Средние показатели плотности колеблются в промежутке 0,82−0,92.

Есть и исключения: дистилляты фракционирования с плотностью 0,76, тяжелые и густые остатки фракционирования с плотностью выше 1.

Температура застывания и плавления бывает разной. Чаще всего вещества находятся в жидком состоянии, но бывают случаи, когда они застывают при небольшом охлаждении. Если в них находятся много парафинов, то температура застывания повышается. Прямо противоположно на застывание действуют смолистые компоненты.

Немаловажным технологическим свойством нефти является вязкость. Это свойство учитывают при оценке скорости фильтрации, при определении вида вытесняющего агента, при выборе насоса. Кроме того, это свойство определяет масштабы перемещения нефти и газа. Вязкость бывает трех видов: динамическая, кинематическая и относительная.

Оптические свойства вещества тоже неоднозначны. Цвет считается одним из самых надежных способов определения качества. Состав нефти влияет на то, каким цветом будет вещество: черным, красноватым или светло-желтым. Сами углеводороды бесцветны, но смолисто-асфальтеновые соединения — нет. Чем их больше, тем нефть чернее.

При освещении «черное золото» не только отражает падающий свет, но и светится само. Это явление именуют люминесценцией. Например, вещество из Баку светится синеватым оттенком, а в Грозном — зеленоватым.

Нефтяные месторождения

Нефть и газ чаще всего сопровождают друг друга, так что добывают их из одной скважины. Обычно «черное золото» залегает на глубине 1000−3000 метров, но бывают случаи, когда его находят почти на поверхности или на глубине больше 5 км.

Самые крупные месторождения находятся в Саудовской Аравии, Казахстане, России, США и Иране. Однако бывает так, что некоторые страны не имеют средств на покупку оборудования и продают месторождения за копейки.

Не все залежи нефти можно считать месторождениями. Например, если ископаемых слишком мало, то бурить скважину попросту невыгодно. Занимаемые топливом площади могут колебаться от десятков до сотен километров. В общем, месторождения делят на следующие группы:

• Мелкие — меньше 10 миллионов тонн.
• Средние — от 10 до 100 миллионов тонн.
• Крупные — 100 млн — 1 млрд тонн.
• Крупнейшие — от 1 до 5 млрд.
• Супергигантские — больше 5 млрд тонн.

В Российской Федерации имеется больше 20 точек, где добывают нефть. Ежегодно их число увеличивается, однако в последнее время не такими большими темпами, как раньше. Бо́льшая часть скважин находится в арктических морях. Конечно, из-за природных условий добыча затрудняется.

Крупнейшим месторождением в нашей стране является Уренгойское. По размерам оно находится на втором месте в мире. Природного газа здесь около 10 триллионов м³, нефти чуть меньше. Располагается оно в Ямало-Ненецком автономном округе. Назвали его в честь небольшого поселения поблизости. Открыли его в 1966 году.

Стоит упомянуть и Находкинское месторождение, открытое в 1976 году и имеющее большие запасы газа и нефти. Несмотря на то что о нем узнали еще в советское время, добывать «черное золото» начали только в 2004 году.

В Башкирии, у города Туймазы есть одноименное месторождение, открытое еще до войны. Нефть здесь залегает на глубине всего в 1−2 км. Впервые добывать ее начали в 1944 году и до сих пор продолжают это делать. Благодаря передовым методам добычи нефтяникам удалось добыть на 40−50% больше нефти, чем предполагалось.

Немалые запасы полезных ископаемых есть и в Иркутской области, в тайге. Первоначально здесь обнаружили природный газ и жидкий газовый конденсат, но затем нашли нефть. Осуществляется добыча также в Красноярском крае, на Ванкорском месторождении. Его трудно назвать чисто нефтяным, так как здесь преобладают запасы природного газа. Все перечисленные месторождения делают Россию одним из лидеров по запасам и добыче нефти.

Подводя итоги, можно сказать, что нефть является уникальным ресурсом окружающей природы и имеет огромное значение для всего человечества.