Нефть

 

Название

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.

Во времена химика и минералога В. М. Севергина (1765—1826) в России нефть называли «горное масло», затем «каменное 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 naft — «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. kőolaj — «каменное масло», яп. 石油 (сэкию) — «каменное масло», фин.vuoriöljy — «горное масло».

История

В средние века интерес к нефти, в основном, основывался на её способности гореть. Сохранились сведения о «горючей воде — густе», привезённой с Ухты в Москву при Борисе Годунове.

До 18 века нефть преимущественно использовалась в натуральном, то есть не переработанном и неочищенном виде. Отдельные сведения о дистилляции нефти начинаются с Х века н. э., однако широкого применения продукты дистилляции не находили. В 1733 году российский военврач Иоганн Лерхе, посетив бакинские нефтепромыслы, записал наблюдения о перегонке нефти:

Нефть не скоро начинает гореть, она темно-бурого цвета, и когда её перегоняют, то делается светло-желтою. Белая нефть несколько мутна, но по перегонке так светла делается, как спирт, и сия загорается весьма скоро.

В 1746 году рудознатец Ф.С.Прядунов поставил нефтеперегонный завод на реке Ухте на естественном источнике нефти. Однако удаленность от цивилизации затруднила работу завода, который не смог обеспечить прибыльность и четверть века спустя был заброшен. В 1823 году крепостные крестьяне братья Дубинины построили нефтеперегонный куб на Северном Кавказе, в городе Моздок. Это предприятие проработало более 20 лет, поставляя несколько сот пудов продуктов перегонки нефти в год для аптечных и осветительных целей. В 1857 Василий Кокорев в Сураханах близ Баку построил нефтеперегонный завод начальной мощностью 100 тыс. пудов керосина в год. С этого момента начинается бурное развитие керосинового промысла, потянувшее за собой нефтедобычу. К концу 19 века в России производили уже около 100 млн. пудов керосина в год.

Преимущественное использование переработанной нефти началось только во 2-й половине 19 века, чему способствовал возникший в это время новый способ добычи нефти с помощью буровых скважин вместо колодцев. Первая в мире добыча нефти из буровой скважины состоялась в 1848 году на Биби-Эйбатском месторождении вблизи Баку

Происхождение

Нефтеобразование — стадийный, длительный процесс образования нефти из органического вещества осадочных пород (остатков древних живых организмов), согласно доминирующей биогенной (органической) теории происхождения нефти. Данный процесс занимает десятки и сотни миллионов лет. В XX веке определенную популярность, особенно в СССР, имела гипотеза абиогенного происхождения нефти из неорганического вещества на больших глубинах в условиях колоссальных давлений и высоких температур, однако подавляющее большинство доказательств свидетельствует в пользу биогенной теории. Абиогенные гипотезы не позволяли делать эффективных прогнозов для открытия новых месторождений.

Геология нефти

Заключающие нефть породы обладают сравнительно высокой пористостью и достаточной для её извлечения проницаемостью. Породы, допускающие свободное перемещение и накопление в них жидкостей и газов, называются коллекторами. Пористость коллекторов зависит от степени отсортированности зёрен, их формы и укладки, а также и от наличия цемента. Проницаемость определяется размером пор и их сообщаемостью. Главнейшими коллекторами нефти являются пески, песчаники, конгломераты, доломиты, известняки и другие хорошо проницаемые горные породы, заключённые среди таких слабопроницаемых пород, как глины или гипсы. При благоприятных условиях коллекторами могут быть трещиноватые метаморфические и изверженные породы, находящиеся в соседстве с осадочными нефтеносными породами.

Весьма продолжительное время (со 2-й половины XIX в.) геологи полагали, что нефтяные залежи приурочиваются почти исключительно к антиклинальным складкам, и только в 1911 И. М. Губкиным был открыт в Майкопском районе новый тип залежи, приуроченной к аллювиальным пескам и получившей название «рукавообразной». Спустя более 10 лет подобные залежи были обнаружены в США. Дальнейшее развитие разведочных работ в СССР и в США завершилось открытием залежей, связанных с соляными куполами, приподнимающими, а иногда и протыкающими осадочные толщи. Изучение нефтяных месторождений показало, что образование нефтяных залежей обусловлено различными структурными формами изгибов пластов, стратиграфическими соотношениями свит и литологическими особенностями пород. Предложено несколько классификаций месторождений и залежей нефти как в России, так и за рубежом. Нефтяные месторождения различаются друг от друга по типу структурных форм и условиям их образования. Залежи нефти и газа различаются друг от друга по формам ловушек-коллекторов и по условиям образования в них скоплений нефти.[источник не указан 1077 дней]

Свойства

Физические свойства

Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная 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, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой.

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 тяжёлой не́фти) 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 различной не́фти, 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). Удельнаятеплоёмкость 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 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 проводятобезвоживание и обессоливание.

Химический состав

Нефть представляет собой смесь около тысячи 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.[источник не указан 1077 дней]

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 и тиофаны, а также полициклические и т. п. (70—90 % концентрируется в остаточных продуктах — мазуте и гудроне); азотсодержащие — преимущественно гомологи пиридина, 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, сдвигами 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)

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 нефтьSiberian 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[31].