Общая характеристика нефти и газа

Министерство образования и  науки Российской Федерации

Иркутский государственный технический  университет

Кафедра химической  технологий

Факультет заочно-вечерний

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине

Химия нефти и газа

_  _ _ _  03

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент гр. НБбз-11-1                       Варюхин Р.С.

      Проверил                                                         Белозерова О.В.

 

 

Иркутск 2013

 

 

Содержание

 

	Введение
1.	Общая характеристика нефти  и газа
1.1.	Добыча нефти и газа
1.2.	Происхождение нефти и газа
1.3.	Основные физико-химические свойства нефтей
1.3.1.	Физические свойства нефтей и нефтепродуктов
1.3.2.	Элементарный и изотопный  состав нефтей и  природных газов
1.3.3.	Групповой химический состав нефтей
1.3.4.	Фракционный состав нефтей
1.4.	Классификация нефтей
1.4.1.	Химическая классификация
1.4.2.	Технологическая классификация
2.	Химический состав нефтей
2.1.	Углеводороды нефти и нефтепродуктов
2.2.	Алканы
2.2.1.	Строение, изомерия, структурные формулы
2.2.2.	Номенклатура
2.2.3.	Физические свойства
2.2.4.	Химические свойства и переработка
2.2.5.	Алканы нефти
2.3.	Циклоалканы
2.3.4.	Циклоалканы нефти, влияние на свойства нефтепродуктов
2.4.	Арены и углеводороды смешанного строения
2.4.1.	Номенклатура и изомерия
2.4.2	Физические свойства
2.4.3.	Химические свойства и использование
2.4.4.	Углеводороды смешанного строения

 

 

Введение теория

Проблема происхождения  нефти и углеводородного газа давно привлекает внимание исследователей – геологов и геохимиков.

Происхождение нефти  и газа является очень сложной  проблемой, поскольку здесь тесно  переплетаются вопросы химии, физики, геологии, геохимии и биохимии. Образование  углеводородов и других веществ, входящих в состав нефти и газа, и их изменения представляют собой ряд химических, а образование нефтегазовых залежей – ряд физических и физико-химических процессов. Всё это происходит на фоне процессов геологического развития, влияющих на образование и миграцию нефти и газа и при том в аспекте геологического времени.

Нефть и все другие горючие полезные ископаемые, так  же как рассеянное органическое вещество осадочных пород, генетически связаны  с живым веществом нашей планеты, с биосферой прошлых геологических  эпох. Проблема происхождения нефти, нижний возрастной предел её образования тесно связаны с возрастом возникновения жизни на Земле. На протяжении веков учёными было выдвинуто множество теорий происхождения нефти, но более правдоподобными и обоснованными на сегодняшний день являются теории, которые принимают за исходный материал для образования нефти органическое вещество, их ещё можно назвать органогенными. Данный вид теорий и будет рассмотрен в настоящей работе.

Законченная теория генезиса нефти  должна, следовательно, подробно и научно обоснованно объяснить весь путь от исходного вещества до крупных скоплений нефти и газа в многочисленных промышленных месторождениях, приуроченных к различным геологическим условиям.

Наиболее полно и  обоснованно, на мой взгляд, на перечисленные выше вопросы отвечает теория органического происхождения нефти. Поэтому основной целью курсовой работы было детальное рассмотрение вопросов, касающихся органической теории. Поскольку, основываясь на теории органического происхождения нефти и газа, советские геологи-нефтяники открыли крупнейшие нефтегазоносные провинции и зоны нефтегазонакопления в различных частях России (например, месторождения нефти Западной Сибири). Эта теория имеет огромное количество сторонников, как в России, так и за рубежом.

 

1. Общая характеристика нефти и газа

 

Нефть представляет собой  взаимный сопряжённый раствор углеводородов и гетероатомных органических соединений. Надо подчеркнуть, что нефть – это не смесь веществ, а раствор углеводородов и гетероатомных органических соединений. Это означает, что при изучении нефти к ней надо подходить как к раствору.

Нефть – не просто растворённое вещество в растворителе, а взаимный раствор ближайших гомологов и иных соединений друг в друге. Наконец, сопряжённым раствор назван в том смысле, что, растворяясь друг в друге, ближайшие по строению структуры образуют систему, представляющую нефть в целом.

Если нарушается сопряжённое  взаимное растворение ближайших  компонентов, то может частично разрушиться  и система нефти. Например, если разгонкой  убрать из нефти средние фракции, то при соединении головных фракций лёгкого бензина с остаточными тяжёлыми фракциями может и не произойти растворения, а часть смолистых веществ выпадет в осадок – система сопряжённого взаимодействия будет нарушена.

Собственно нефть представляет собой жидкий ископаемый минерал, залегающий в пористых осадочных породах земной коры, в трещинах, расселинах и других пустотах материнских горных пород (гранитов, гнейсов, базальтов и т.п.)

Нефть представляет собой  тёмно-коричневую, иногда почти бесцветную, а иногда даже имеющую чёрный цвет жидкость.

Нефть является горючим  ископаемым наряду с каменным углем, бурым углем и сланцами, которые получили название каустоболитов. В отличие от других горючих ископаемых нефть состоит из готовой смеси различных углеводородов, тогда как для получения углеводородов из твёрдых горючих ископаемых требуется специальная термическая обработка. Поэтому нефть является ценнейшим сырьём как для получения разнообразных моторных топлив и смазочных масел, так и продуктов нефтехимического синтеза.

1. Добыча нефти и газа

 

Наиболее известные  промышленные месторождения нефти  образуют большие скопления в  осадочных породах (пески и карбонаты), обладающих достаточной пористостью и другими условиями для скопления больших количеств нефти.

Обычно подстилающим слоем для нефтеносного горизонта служит плотный слой глины. Месторождение нефти может состоять из нескольких горизонтов, расположенных друг над другом в вертикальном направлении. Эти горизонты разобщены плотными слоями осадочных пород, и нефть различных горизонтов одного и того же месторождения может отличаться по свойствам.

Считается, что нефть  способна к некоторому перемещению  под землёй, называемому миграцией.

Залеганию нефти обычно сопутствуют нефтяные воды и попутные газы, а так как их плотность значительно различается, то залегают эти вещества слоями: жидкая нефть располагается на водном слое, а газы находятся сверху, над нефтью.

На рис. 1 представлена принципиальная схема обычного нефтяного  месторождения. Поиск нефти базируется на знании геологических структур, анализе признаков нефти в земных породах, применении геофизических и геохимических методов разведки, учёте естественных выходов нефти на поверхность и разведочном бурении.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1. Примерная схема расположения скважин на нефтяном месторождении

1 – складка непроницаемой горной  породы; 2 – скопление газа; 3 –  скопление нефти; 4 – пластовая  (подпирающая) вода; 5 – скважина вертикальная; 6 – наклонные скважины.

 

Нефть залегает в зависимости  от месторождения на глубине от 500 до 5000 м и более при температурах 35-260 ⁰С и давлении до 500 атм.

В газовых месторождениях значения температуры и давления также высоки.

Давление в пластах  зависит от глубины их залегания  и от температуры.

Для извлечения нефти  из недр, а также при поиске и разведке бурят скважины как в вертикальном, так и в наклонном направлении.

Эксплуатация скважины может осуществляться тремя способами: фонтанным, компрессорным и глубинно-насосным.

В начальный период нефть  и газ в залежи находятся под  высоким давлением пластовых вод, газа и упругости сжатых пород, и добычу её ведут фонтанным способом через запорную арматуру и трубы. Нефть поступает в трапы и ёмкости из недр земли под собственным давлением.

При падении давления в пласте нефть добывают компрессорным  способом. В скважину с обсадной колонной труб опускают колонну нагнетательных труб, внутри которых находится колонна труб меньшего диаметра, служащих подъёмными трубами. В нагнетательные трубы подают сжатый газ - воздух или природный газ, под давлением которого нефть оттесняется к нижнему концу подъёмных труб. Искусственно созданная газонефтяная смесь имеет меньшую плотность, чем пластовая нефть, и поэтому поднимается по внутренней колонне труб к устью скважины на поверхность земли.

При эксплуатации глубоких скважин и при большом падении давления в пласте применяют глубинно-насосный способ добычи нефти, при котором в скважину опускают поршневой или центробежный насос, и нефть постепенно выкачивают на поверхность.

С помощью указанных  способов добычи можно извлечь не более 40 % нефти. Остальную нефть извлекают вторичными методами. При этом в скважину нагнетают газы (метан, этан и т.д.), и нефть под давлением выходит наверх. Иногда производят законтурное обводнение - в скважину закачивают воду, которая вытесняет нефть. При добыче вязких нефтей в скважину закачивают перегретый до 200 ⁰С водяной пар или растворители. Весьма эффективна закачка в пласт кислоты, поверхностно-активных веществ и ряда других реагентов.

Проблема максимального  извлечения нефти из пласта является одной из важнейших проблем эксплуатации нефтяных и газовых месторождений.

Давление, под которым  находится нефть в пласте, приводит к усиленному растворению в ней газов, выделяющихся из нефти при подъёме её на поверхность и снятии давления. Эти газы называют попутными, их состав также зависит от давления.

Поскольку давление в  нефтяном слое постепенно уменьшается  в процессе эксплуатации, то меняется и состав газов в соответствии со свойствами его упругости; сначала газ обогащён метаном, затем этаном, потом пропаном и т. д.

В момент наименьшего  давления выделяются наиболее «жирные» газы, содержащие заметные количества жидких (при обычных условиях) углеводородов, так называемый газовый бензин.

1.2. Происхождение нефти  и газа

 

Вопрос о происхождении (генезисе) нефти и газа имеет большое теоретическое и практическое значение. Решение этого вопроса позволяет облегчить поиск и разведку нефтяных и газовых месторождений, оценить их запасы, правильно организовать добычу и переработку.

В настоящее время  достаточно хорошо известно, как и в каких геологических условиях скапливаются нефти и природный газ. Вопрос же о происхождении их до сих пор окончательно не решен.

Многочисленные теории о  происхождении нефти и газа делятся на две основные категории - органического (биогенного) и неорганического (абиогенного) происхождения.

Одна из неорганических теорий происхождения нефти была предложена в 1877 г. Д.И. Менделеевым. Он выдвинул так называемую карбидную гипотезу. По его мнению, вода проникла в глубь земли по трещинам в осадочных и кристаллических породах до магмы, где реагировала с карбидами тяжелых металлов, образуя углеводороды:

СаС₂ + 2Н₂О → Са(ОН)₂ + С₂Н₂

AlC₃ + 12H₂O → 4Al(OH)₃ + 3CH₄

Под действием высоких  температур на больших глубинах углеводороды и вода испарялись, поднимались к наружным частям земли и конденсировались в хорошо проницаемых осадочных породах. Опыты, проведённые химиками, подтвердили такую возможность образования углеводородов.

В 1982 г. русский учёный Соколов В.Д. предложил так называемую “космическую” гипотезу, согласно которой углеводороды нефти образованы из углерода и водорода в эпоху формирования Земли и других планет. По мере охлаждения Земля углеводороды поглощались ею и конденсировались в земной коре. Одним из доводов этой гипотезы является обнаружение значительных количеств метана в атмосфере планет.

Глубинные массивные  кристаллические периодитовые породы, как и метиориты, содержат элементарный углерод и карбиды тяжёлых  металлов. Эти же породы содержат воду, водород, окись углерода и углекислоту. В этой связи в наше время выдвинут целый ряд других гипотез о неорганическом происхождении нефти и газа в недрах Земли в результате химических реакций непосредственно из углерода и водорода в условиях высоких температур, давлений и каталитического действия оксидов металлов (Fe, Ni и др.) (Н.А. Кудрявцев, В.Б. Порфильев и др.).