Геохимия нефти

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

з дисциплины «Геохимия окружающей среды»

на тему «Геохимия нефти»

Выполнил:____________________________ студентка гр. ЕПз-10

Проверил: ______________________ доцент кафедры ПЕтаОНС

Донецк 2011

Содержание

Введение

1. Теории возникновения нефти

2. Нефть в природе

3. Состав и химические свойства нефти

Вывод

Список литературы

Введение

Нефть и природный газ по происхождению, условиям размещения в недрах Земли, физико-химическим свойствам, роли в мировой экономике без преувеличения можно отнести к чудесным явлениям природы. Они играют выдающуюся роль в развитии современного общества благодаря широкому географическому распространению и огромным ресурсам, подчинив себе прогресс техники, структуру промышленности, уровень развития коммунального хозяйства. Не случайно в ХХ веке экономика мира развивалась под знаком всевозрастающего потребления углеводородного сырья. Нефть и газ составили основу топливно-энергетического комплекса, наземного, морского и воздушного транспорта, химической промышленности, комфортного быта населения.

1. Теории возникновения нефти

Широко известна теория возникновения каменного угля. Существует устоявшаяся точка зрения на этот счет: он образовался из остатков буйной вечнозеленой растительности, покрывавшей в прошлом всю планету, включая даже северные районы вечной мерзлоты, и занесенной сверху обычными горными породами, под воздействием давления недр и при недостатке кислорода.

Логично предположить, что и нефть образовалась аналогичным образом. Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть и процессах ее образования и формирования в концентрированную залежь до сих пор не являются окончательно решенными. Существует ряд мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих ее образование. В последние годы благодаря трудам геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее время установили, что нефть органического происхождения, т. е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.

Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 году поставили опыты по перегонке рыбьего жира при температуре 400є С и давлении порядка 1 МПа. Им удалось получить и предельные углеводороды, и парафин, и смазочные масла, в состав которых входили алкены, нафтены и арены.

Позднее, в 1919 году, академик Н.Д.Зелинский провел похожий опыт, но исходным материалом послужил органический ил, растительного происхождения - сапропель - из озера Балхаш. При его переработке удалось получить бензин, керосин, тяжелые масла, а так же метан. Таким образом, опытным путем было доказано органическое происхождение нефти.

Биогенной теории придерживались и многие отечественные и зарубежные ученые. Академик В.И.Вернадский, основоположник современной геохимии нефти, еще в начале века писал: «Организмы, несомненно, являются исходным веществом нефтей».

Академик И.М.Губкин в своей книге «Учение о нефти», впервые увидевшей свет в 1932 году, наиболее обстоятельно и полно подвел научный итог тогдашней истории нефтяного и газового дела.

В качестве исходного вещества для образования нефти Губкин также рассматривал сапропель. В прибрежной полосе моря, где жизнь особенно активна, происходит сравнительно быстрое накопление этих органических остатков. Через какое-то время они перекрываются более молодыми отложениями, которые предохраняют их от окисления. Дальнейшие процессы идут уже без доступа кислорода под воздействием анаэробных бактерий. По мере погружения пласта, обогащенного органическими остатками, под воздействием последующего наноса и тектонических перемещений в глубину, в нем возрастают температуры и давления. Эти процессы, которые впоследствии получили название катагенеза, и приводят в конце концов к преобразованию органики в нефть.

Взгляды Губкина на образование нефти лежат в основе современной гипотезы ее органического происхождения. В наше время многие ее положения расширены и дополнены. Так, скажем, долгое время считалось, что первоначальное накопление органического вещества обязательно должно идти в океане. Но, видимо, нефть может формироваться и в континентальной обстановке, ведь в болотах, озерах, реках достаточно органического вещества.

Выдвигались и другие теории. В конце XIX века, когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н.А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара. А впоследствии, при остывании выделились на его поверхности. Эта теория не объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных месторождений.

В конце XIX века Д.И.Менделеевым, обратившим внимание на приуроченность известных тогда месторождений нефти к краевым частям гор, была выдвинута другая теория неорганического происхождения нефти. Менделеев предполагал, что углеводороды, образующиеся при действии воды на раскаленные карбиды металлов, проходили по трещинам из глубоких слоев в зону осадочной оболочки земного шара, где путем их конденсации и гидрогенизации образовались нефтяные месторождения. В своих рассуждениях Менделеев ссылался на опыты по получению водорода и ненасыщенных углеводородов путем воздействия серной кислоты на чугун, содержащий достаточное количество углерода.

Эта теория образования нефти сначала не получила признания среди геологов и химиков. Они считали, что опыты, проведенные в лаборатории, значительно отличаются от процессов, происходящих в природе, однако неожиданно карбидная или, как ее еще называют, абиогенная теория о происхождении нефти получила новые доказательства - от астрофизиков. Исследования спектров небесных тел показали, что в атмосфере Юпитера и других больших планет, а также в газовых оболочках комет встречаются соединения углерода с водородом. Ну, а раз углеводороды широко распространены в космосе, значит, в природе все же идут и процессы синтеза органических веществ из неорганики. Но ведь именно на этом и построена теория Менделеева.

На сегодняшний день налицо две точки зрения на природу происхождения нефти. Одна - биогенная. Согласно ей, нефть образовалась из остатков животных или растений. Вторая теория - абиогенная.

И хотя большинство геологов придерживается все-таки биогенной теории, эти споры не затихли и по сей день. Уж слишком велика цена истины в данном случае. Если правы сторонники биогенной теории, то верно и опасение, что запасы нефти, возникшие давным-давно, вскоре могут подойти к концу. Если же правда на стороне их оппонентов, то вероятно, эти опасения напрасны. Ведь землетрясения и сейчас приводят к образованию разломов земной коры, воды на планете достаточно, ядро ее, по некоторым данным, состоит из чистого железа… Словом, все это позволяет надеяться, что нефть образуется в недрах и сегодня, а значит, нечего опасаться, что завтра она может закончиться.

2. Нефть в природе

Образование залежей требует определенных геологических условий. Прежде всего, в районе должны иметься так называемые коллекторы - горные породы, способные впитывать, а потом отдавать жидкости и газы.

Все горные породы подразделяются на три большие группы: осадочные, магматические и метаморфические.

Осадочные - образовавшиеся из осадков, которые опускались когда-то на дно морей и океанов, а также осажденных в результате выветривания (пески, песчаники, глины, известняки, доломиты и др.).

Магматические - выброшенная вулканами и остывшая магма (граниты, базальты, порфириты).

Метаморфические - породы, осадочные и магматические, претерпевшие преобразование под воздействием высоких подземных температур и давлений(сланцы, мрамор, яшмы и др.).

Нефть залегает среди осадочных пород и именно они обладают наилучшими коллекторскими свойствами. Коллекторы, в свою очередь, различаются по пористости и по проницаемости, т.е. способности пропускать сквозь себя жидкость и газ. И именно коллекторы являются накопителями нефти и газа. Впрочем, если бы вся толща осадочных пород состояла из коллекторов, в них не могла бы образоваться крупная залежь нефти, т.к. коллекторы не только накапливают, но и с той же легкостью отдают накопленное. Поэтому во избежание испарения нефти с поверхности земли, необходимо выполнение еще одного условия образования залежи: наличие плотного экрана, то есть слоя горных пород, непроницаемых для нефти и газа. Такими породами обычно бывают глины, известняки, каменная соль, если они не пронизаны трещинами.

Следующее, третье, условие: наличие в массиве геологического разлома, антиклинали. Располагаясь выпуклостью вверх, антиклиналь образует т. н. «ловушку», в которой скапливаются запасы нефти и газа. Антиклинали часто образуются при пластическом течении каменной соли.

К антиклинальным (сводовым) ловушкам относится большинство обнаруженных месторождений нефти и газа в мире - почти 90% в России. Размеры залежей от небольших ок. 5 км в длину и 2-3 км в ширину, с высотой 50-70м до гигантских - на сотни километров в длину, десятки в ширину и высотой в сотни метров.

Существуют и другие типы ловушек:

Стратиграфическая - сформированная в результате эрозии пластов - коллекторов и перекрытия их затем непроницаемыми породами;

Тектоническая - образованная в результате вертикального перемещения мест обрыва относительно друг друга, пласт-коллектор в месте тектонического нарушения может соприкасаться с непроницаемой горной породой.

Литологическая - образованная в результате литологического замещения пористых проницаемых пород непроницаемыми.

Рис.1 Типы ловушек

Миграция (перемещение) нефти в земной коре контролируется следующими факторами, действующими в тех или иных условиях геологической обстановки: физическими свойствами, состоянием мигрирующих нефти и газа, свойствами горных пород и участием в миграции подземных вод.

По физической природе миграционные процессы подразделяются на^?? В.А.Соколов 1956г.:

1) фильтрацию нефти и газа в проницаемых горных породах при наличии перепада давления;

2) всплывание нефти и газа в воде, содержащейся в горных породах;

3) миграцию нефти и газа, обусловленную движением подземных вод; 4) отжатие нефти и газа при уплотнении или деформации горных пород;

5) перемещения нефти и газа под действием капиллярных и сорбционных сил;

6) прорывы газа или нефти через глинистые пластичные слои;

7) диффузию нефти и газа в горных породах и водах при наличии разницы концентраций.

По направлению и общему характеру процессы миграции нефти и газа подразделяются на:

1) первичную, т.е. миграцию из глинистых или иных плотных пород в соседние песчаные или иные породы-коллекторы;

2) пластовую, или латеральную, идущую по пористым песчаным и др. пластам;

3) вертикальную, идущую поперек пластов и направленную к земной поверхности.

3. Состав и химические свойства нефти

Как уже упоминалось, 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 и углеродистых соединений. Она состоит из следующих основных элементов: углерод (84-87%), водород (12-14%), кислород, азот, сера (1-2%). Содержание серы может доходить до 3-5%. В нефтях выделяют следующие части: углеводородную, асвальто-смолистую, порфирины, серу и зольную. В каждой нефти имеется растворенный газ, который выделяется, когда она выходит на земную поверхность.

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 они 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.

Парафиновые углеводороды, или как их еще называют, метановые (алкановые, или алканы). Сюда относят метан СН₄, этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈ , бутан и изобутан, имеющие формулу С₄Н₁₀.

Для углерода характерна способность образовывать цепочки, в которых его атомы соединены последовательно друг с другом. Остальными связями к углероду присоединены атомы водорода. Количество атомов углерода в молекулах парафиновых углеводородов превышает количество атомов водорода в 2 раза, с некоторым постоянным во всех молекулах избытком, равным 2. Иначе говоря, общая формула углеводородов этого класса С_nН_2n+2. Парафиновые углеводороды химически наиболее устойчивы и относятся к предельным углеводородам.

В зависимости от количества атомов углерода в молекуле углеводороды могут принимать одно из трех агрегатных состояний. Например, если в молекуле от одного до четырех атомов углерода (СН₄ - С₄Н₁₀), то углеводороды представляют собой газ, от 5 до 16 (С₅Н₁₆ - С₁₆Н₃₄) - это жидкие углеводороды, а если больше 16 (С₁₇Н₃₆ и т.д.) - твердые.

Таким образом, парафиновые углеводороды в нефти могут быть представлены газами, жидкостями и твердыми кристаллическими веществами. Они по-разному влияют на свойства нефти: газы понижают вязкость и повышают упругость паров; жидкие парафины хорошо растворяются в нефти только при повышенных температурах, образуя гомогенный раствор; твердые парафины также хорошо растворяются в нефти образуя истинные молекулярные растворы. Парафиновые углеводороды (за исключением церезинов) легко кристаллизуются в виде пластинок и пластинчатых лент.

Нафтеновые (циклановые, или алициклические) углеводороды имеют циклическое строение (С/С_nН_2n), а именно состоят из нескольких групп -СН₂-, соединенных между собой в кольчатую систему. В нефти содержатся преимущественно нафтены, состоящие из пяти или шести групп СН₂.

Все связи углерода и водорода насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами. По сравнению с парафинами, нафтены имеют более высокую плотность и меньшую упругость паров и имеют лучшую растворяющую способность.

Ароматические УВ (арены) представлены формулой С_nН_n, наиболее бедны водородом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода.

Для ароматических углеводородов характерны большая растворяемость, более высокая плотность и температура кипения.

Асфальто-смолистая часть нефтей представляет собой вещество темного окраса, которое частично растворяется в бензине. Растворившееся часть - асфальтены. Они обладают способностью набухать в растворителях, а затем переходить в раствор. Растворимость асфальтенов в смолисто-углеродных системах возрастает с уменьшением концентрации легких углеводородов и увеличением концентрации ароматических углеводородов. Смолы не растворяются в бензине и являются полярными веществами с относительной молекулярной массой 500-1200. В них содержатся основное количество кислородных, сернистых и азотистых соединений нефти. Асфальтосмолистые вещества и другие полярные компоненты являются поверхностно-активными соединениями нефти и природными стабилизаторами водонефтяных эмульсий.

Порфиринами называют особые азотистые соединения органического происхождения. Предполагают, что они образовались из гемоглобина животных и хлорофилла растений. Эти соединения разрушаются при температуре 200-250^оC.

Сера широко распространена в нефтях и углеводородном газе и содержится как в свободном состоянии, так и в виде соединений (сероводород, меркаптаны).

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

Свойства нефти определяют направление ее переработки и влияют на продукты, получаемых из нефти, поэтому существуют различные виды классификции, которые отражают химическую природу нефтей и определяют возможные направления переработки.

Например, в основу классификации, отражающей химический состав, положено преимущественное содержание в нефти какого-либо одного или нескольких классов углеводородов. Различают нафтеновые, парафиновые, парафино-нафтеновые, парафино-нафтено-ароматические, нафтено-ароматические, ароматические.

Вывод

Трудно представить современную мировую экономику без энергии, транспорта, света, связи, радио, телевидения, вычислительной техники, средств автоматизации, космической техники и т.д., основой развития которых является топливно-энергетический комплекс. Уровень развития топливо-энергетического комплекса отражает социальный и научно-технический прогресс и часто определяет политику государства.

Экономически наиболее значимой составной частью топливно-энергетического комплекса ныне является нефтегазовый комплекс. Нефтегазовый комплекс включает нефтегазодобывающую, нефтегазоперерабатывающую, нефтегазохимическую отрасли промышленности, а также различные отрасли транспорта нефти.

Нефть и газ -- уникальные и исключительно полезные ископаемые. Продукты их переработки применяют практически во всех отраслях промышленности, на всех видах транспорта, в военном и гражданском строительстве, сельском хозяйстве, энергетике, в быту и т. д. Из нефти и газа вырабатывают разнообразные химические материалы, такие как пластмассы, синтетические волокна, каучуки, лаки, краски, дорожные и строительные битумы, моющие средства и мн. др.

Понятно, что ресурсы ограничены и необходимо относиться к ним экономно. При нерациональном использовании ресурсов говорить о проблеме их ограниченности необходимо, ведь если не остановить пустую трату ресурса, в будущем, когда он будет необходим, его просто не будет. Но, хотя проблема ограниченности ресурсов ясна уже давно, в разных странах можно увидеть яркие примеры расходования ресурсов попусту. В настоящее время государственная политика в области энергосбережения основана на приоритете эффективного использования энергетических ресурсов и осуществлении государственного надзора за этим процессом. В государственные стандарты на оборудование, материалы и конструкции, транспортные средства включены показатели их энергоэффективности. Важным направлением является сертификация энергопотребляющего, энергосберегающего и диагностического оборудования, материалов, конструкций, транспортных средств и, конечно, энергетических ресурсов. Все это базируется на сочетании интересов потребителей, поставщиков и производителей энергетических ресурсов, а также на заинтересованности юридических лиц в эффективном использовании энергетических ресурсов.

Список литературы

органический геологический нефтегеологический

1. «Справочник по геологии нефти и газа».- М.- 1984

2. «Геология и геохимия горючих ископаемых». под ред. Соколова Б.А..-М-1984.

3. Хант Д. «Геохимия и геология нефти и газа». М-1982

4. Тиссо Б. Вельте Д. «Образование и распространения нефти».-М.,Мир.-1981

Размещено на Allbest.ru