Состав и свойства природных углеводородов

Геология нефти и газа, становление дисциплины

Виды нефтепродуктов

Экономически эффективнее и важнее использование нефти после химической переработки, чем непосредственно в энергетике.

Продукты нефтехимии: синтетический каучук, волокна, пластмассы, клеи, белковые вещества, моющие средства, смазки, антикоры, нефтяной кокс для электроплавки алюминия и стали, огнеупоры (сажа), электроизоляционные материалы, консерванты для пищевой промышленности, кислоты, парафины, стимуляторы роста, ядохимикаты, удобрения; фармакология, парфюмерия. Бензин, керосин, лигроин, газойль, мазут. Битумы для асфальтирования.

Использование природного газа. 1. Энергетика (самое невыгодное – простое сжигание): в металлургии – 14%, электростанции – 24%, быт – 12%. 2. Химическая промышленность: метанол, формальдегид, уксусная кислота, ацетон, аммиак, спирты, ацетилен, сажа, водород, этилен, пропилен – пластмассы, каучук, волокна; сера – из попутного сероводорода.

 

 

Во второй половине XIX в. Д.И. Менделеевым была предложена неорганическая гипотеза формирования углеводородов; Г. Абих, Г.Д. Романовский впервые установили связь скоплений углеводородов с антиклиналями. Исследования геологических условий залегания скоплений нефти и газа проводились в Англии, США, Австро-Венгрии: Т. Роджерсом, Уйтом, Гефером. Основатели учения о месторождениях нефти и газа в СССР – академик И.М. Губкин, в США – А. Леворсен. Теоретики науки: И.О. Брод, Н.А. Еременко (1950-60-е г.г.), Н.Б. Вассоевич (1960-70-е г.г.). Учение о нефтегазоносных бассейнах создали И.О. Брод, А.А. Бакиров (1950-60-е г.г.), принципы нефтегазогеологического районирования разработаны И.В. Высоцким и др.; прогнозирования – В.Д. Наливкиным, А.Э. Конторовичем, и др. Теоретические вопросы разрабатываются во ВНИГРИ, ВНИИГаз, ИГиРГИ. Журналы: «Геология нефти и газа», «Нефтегазовая геология», «Нефть России) и др. Bulletin of American Association of Petroleum Geologists” (1917); “Journal of Petroleum Geology Bacons field” (England, 1978).

 

 

ЛЕКЦИЯ 2.

 

В 1808 г. Д. Дальтон впервые определил состав «болотного газа» – метана как соединения водорода и углеводорода с соотношением CH₂. В 1833 г. соотношение этих компонентов в составе нефти было уточнено: C_nH_2n+2.

Классы углеводородов: 1) алканы (парафины) – метановые углеводороды; 2) цикланы (циклопарафины) – нафтены, циклоалканы; 3) арены – ароматические углеводороды; а также их гибридные соединения. Среднее соотношение углеводородов различных классов в нефти, по Дж. Ханту: алканы – 25%, цикланы – 50%, арены – 17%, смолы, асфальтены – 8%.

Нефть, природный газ и растворенные в нем жидкие компоненты, которые при снижении давления и температуры выделяются из него (конденсат), представляют собой сложную смесь природных растворов. Все эти растворы гидрофобны – т.е. обособлены в недрах от напитывающей их H₂O. Природные углеводороды, прежде всего – нефть, - парадоксальные образования в составе земной коры: обладают плотностью меньшей чем у воды, причем, с глубиной плотность нефти снижается. В среднем она составляет 0,80-0,87 г/см³, варьируя в целом от 0,76 до 0,99 г/см³, в редких случаях достигая 1,04 г/см³ (Окснард, Калифорния). Нефти с плотностью менее 0,9 г/см³ считаются легкими.

Вязкость нефти составляет от 1,41 до 600 м*Па*с (величина обратная текучести). Плотность и вязкость нефти являются функциями пластовой температуры и количества растворенных в ней газов. Нефть сложное по составу вещество, поэтому температуры ее кипения варьируют от 70 до 250°С, ее молекулярная масса составляет, в среднем, 240-290. Сила поверхностного натяжения у нефти разного состава - 17-28 дин/см²; у воды этот показатель в 3-4 раза больше - 75 дин/см². Поэтому вода в нефтяных залежах стремится проникать в самые мелкие поры, капилляры, вытесняя оттуда нефть в более крупные поры, пустоты.

В 1 м³ нефти в пластовых условиях может быть растворено до 400 м³ попутного газа, в то же время ретроградная растворимость нефти в природном газе составляет до 400 г/м³. Одно из особых физических свойств природных углеводородов - их свечение – люминесценция в ультрафиолетовых лучах.

Главные компоненты в химическом составе нефти и природного газа - углерод и водород. В нефти 83-87% C и 12-14% H, а также некоторое количество гетерогенных элементов: 0,01-4% S, 1,7% N, 3,6% O; устанавливается и присутствие микроэлементов (до 50): V, Ni, Fe, Zn и др. В значительном количестве в составе нефти могут присутствовать тяжелые органические вещества: смолы и асфальтены. Молекулярная масса углеводородов (метан - 16) - 100-500, смол - 600-1000, асфальтенов - 1000-5000.