Меню Главная Случайная статья Настройки Нефть Материал из https://ru.wikipedia.org Нефть (из тур. neft, от перс. , naft[9]) — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений — также нефть всегда содержит в качестве примеси небольшое количество воды и неорганических веществ, наиболее нежелательны из них соединения серы, галогенов и ванадия. Является ископаемым топливом[10] (каустобиолитом[11]). На протяжении XX века и в XXI веке нефть является одним из важнейших полезных ископаемых. Цвет нефти обычно чисто-чёрный[источник не указан 604 дня]. Иногда варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), изредка встречается нефть, окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет, и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть[12][13]. Имеет специфический запах, также варьирующий от лёгкого приятного до тяжёлого и очень неприятного. Цвет и запах нефти в значительной степени обусловлены присутствием компонентов, содержащих азот, серу и кислород и концентрируются в смазочном масле и нефтяном остатке. Большинство углеводородов нефти (кроме ароматических) в чистом виде лишено запаха и цвета[14]. По химическому составу и происхождению нефть близка к природным горючим газам и озокериту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролиты. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих ископаемых субстанций биогенного происхождения, которые включают также другие ископаемые топлива (торф, бурый и каменный уголь, антрацит, сланцы). Подавляющая часть месторождений нефти связана с осадочными породами[3][15]. Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций. Максимальное число залежей нефти располагается на глубине 1—3 км. На малых глубинах и при естественных выходах на земную поверхность нефть преобразуется в густую мальту, полутвёрдый асфальт и другие образования — например, битуминозные пески и битумы. В мире потребляется приблизительно 100 млн баррелей (15 900 000 000 литров) нефти в сутки[16]. Содержание 1 Термины 2 История 3 Происхождение 4 Геология нефти 5 Свойства 5.1 Физические свойства 5.2 Химический состав 5.3 Нефть как составляющая залежей углеводородов 6 Классификация 6.1 Сорта товарной нефти 7 Нефтедобыча 7.1 Нефтяная промышленность в России 8 Переработка нефти 9 Применение 10 Исследования 11 Запасы 12 Нефть и экономика 12.1 Рынок нефти 12.2 Цены на нефть 13 Заменители нефти 14 См. также 15 Примечания 16 Литература 17 Ссылки Термины Слово petroleum, обозначающее нефть в английском и некоторых других языках, образовано сложением двух слов: др.-греч.  — камень и лат. oleum — масло, то есть буквально «каменное масло». Во времена химика и минералога В. М. Севергина (1765—1826) в России нефть называли «горное масло»[17], затем — «каменное масло»[18]. Русское слово «нефть», вероятнее всего, было заимствовано из тур. neft «нефть», куда оно попало из перс. (naft) «нефть». Существует альтернативная семитская версия[19]. В немецком языке нефть — нем. Erdl, что буквально означает «земляное масло», венг. kolaj — «каменное масло», яп. (сэкию) — «каменное масло», фин. vuoriljy — «горное масло». Под понятием «нефть» объединяются самые различные по составу и свойствам жидкие горючие продукты, добываемые из недр в качестве полезного ископаемого[20] История Нефть известна человечеству с древнейших времён, что иллюстрируется следующими данными: Первое установленное использование нефти по регионам мира Дата Регион мира Как использовалась Доказательство использования XXVI в. до н. э. Цивилизация долины Инда Использовалась в качестве вяжущего материала в строительстве. В развалинах древнеиндийского города Мохенджо-Даро был обнаружен огромный бассейн, построенный 5 тысяч лет назад, дно и стены которого были покрыты слоем асфальта (продуктом окисления нефти)[21]. XXIII в. до н. э. Берега Евфрата Нефть и её образования использовались в качестве вяжущего материала в строительстве. Именно их — асфальт и битум[22] — применяли при строительстве стен Вавилона[23]. Подтверждено раскопками, установившими существование нефтяных промыслов[12]. VI век до н. э. Вавилон Вавилонский царь Навуходоносор II топил нефтью гигантскую печь, и в ней, согласно библейским сказаниям, описанным в Ветхом Завете, попытался сжечь трёх еврейских юношей, что ему не удалось. По свидетельству Геродота, нефть широко использовалась при создании стен и башен Вавилона. Он же описывает древний способ добычи нефти из «известного колодца», расположенного недалеко от Ардерикки — селения у Евфрата, где располагалось имение персидского царя Дария. IV в. до н. э. Древний Египет Использовалась для бальзамирования умерших[24]. III век до н. э. Древняя Греция В качестве зажигательной смеси, топлива. Упоминания об использовании нефти есть у Плутарха и Диоскорида[25]. Использовалась как топливо морского маяка греческой колонии Танаиса (найдены амфоры с остатками нефти). В средние века интерес к нефти основывался на её способности гореть. Сохранились сведения о «горючей воде — густе», привезённой из Ухты в Москву при Борисе Годунове. До XVIII века нефть преимущественно использовалась в натуральном, то есть не переработанном и неочищенном виде. Отдельные сведения о дистилляции нефти начинаются с X века н. э., однако широкого применения продукты дистилляции не находили[26]. В 1733 году российский военный врач Иоганн Лерхе, посетив бакинские нефтепромыслы, записал наблюдения о перегонке нефти: Нефть не скоро начинает гореть, она тёмно-бурого цвета, и когда её перегоняют, то делается светло-жёлтою. 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 удалённость от цивилизации затруднила работу завода, который не смог обеспечить прибыльность и четверть века спустя был заброшен[27]. 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[28]. В 1857 Василий Кокорев в Сураханах близ Баку построил нефтеперегонный завод начальной мощностью 100 тыс. пудов керосина в год[29]. С этого момента начинается бурное развитие керосинового промысла, потянувшее за собой нефтедобычу. К концу XIX века в России производили уже около 100 млн пудов керосина в год. Преимущественное использование переработанной нефти началось только во 2-й половине XIX 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 1846 году на Биби-Эйбатском месторождении вблизи Баку[30]. Одним из родоначальников нефтяной промышленности был Ян Юзеф Игнаций Лукасевич, живший в Австрийской империи. Работы по получению керосина путем дистилляции сырой нефти привели его к изобретению в 1853 году безопасной керосиновой лампы[31]. В США группа инвесторов во главе с Эдвином Дрейком построила первую в мире промышленную эксплуатационную скважину недалеко от города Тайтесвилл[англ.] в штате Пенсильвания, которая 27 августа 1859 года дала первую нефть. Этот день принято считать днем начала нефтяной эры. Очень скоро было пробурено множество подобных скважин. В 1865 году добыча нефти недалеко от Питхоул Сити[англ.] в Пенсильвании составляла около 2/3 от всего мирового объёма добычи того времени[32][33]. Первая эксплуатационная скважина в России была пробурена на реке Кудако на Кубани в 1864 году[34][32]. Изобретение лампы накаливания способствовало снижению спроса на нефть (стали выходить из моды керосиновые лампы), но зато изобретение бензинового автомобильного двигателя способствовало росту нефтедобычи. На рубеже XIX—XX веков мировым лидером нефтедобычи, опередив США, стала Российская империя, но уже в 1904 году объём российской нефтедобычи составлял лишь две трети от американского[31]. С 1918 по 1938 год мировое потребление нефтепродуктов увеличилось почти в шесть раз. Этому способствовало и открытие новых месторождений в США, СССР и Венесуэле. В 1938 год в мире было добыто 280 млн тонн нефти. Мировым лидером были США — 164,1 млн тонн (58,6 % мировой добычи). На втором месте находился СССР — 30,2 млн тонн (10,8 % мировой добычи). На третьем месте была Венесуэла — 27,5 млн тонн (9,8 % мировой добычи), где добычу нефти контролировали американская компания Standard Oil of New Jersey и британо-голландская Royal Dutch/Shell[31]. Нефть была найдена в Ираке — в 1929 году, в Бахрейне — в 1931 году, в Саудовской Аравии и Кувейте — в 1938 году, в Катаре — в 1940 году, но разработка всех этих месторождений началась уже после 1945 года. C 1945 года до 1973 года на мировом рынке нефти доминировали семь транснациональных компаний, получивших прозвище «семь сестёр». Перед нефтяным кризисом 1973 года под их контролем находилось 85 % мировых запасов нефти. В 1960 году нефтедобывающими странами была создана Организация стран — экспортёров нефти (ОПЕК)[31]. 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[36]. В XX веке определённую популярность 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[37]. Абиогенные гипотезы не позволяли делать эффективных прогнозов для открытия новых месторождений[38]. 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[39][40]. 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. Со 2-й половины XIX в. геологи полагали, что нефтяные залежи приурочиваются почти исключительно к антиклинальным складкам, но 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 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. Свойства Физические свойства Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Цвет обусловлен содержанием веществ: в зелёной обычно много серы; в коричневой и чёрной — асфальтенов, смол; жёлтая, оранжевая и прозрачная содержат легкие фракции попутных нефтяных газов и газоконденсата, которые выкипают при температуре ниже 100 градусов по Цельсию. Нефть и некоторые её фракции обладают оптическим эффектом флуоресценции: меняют цвет при появлении ультрафиолетового излучения, например солнечного света. Явление связывают с присутствием многоядерных ароматических углеводородов в составе нефти. Редчайшая «синяя» нефть встречается на некоторых месторождениях неподалёку от Баку Средняя молекулярная масса 220—400 г/моль (редко 450—470). Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/см; 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[41]. 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 нефти) 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 мм/с для различной нефти, добываемой 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). Удельная теплоёмкость 1,7—2,1 кДж/(кгК); удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2,0—2,5; электрическая проводимость [удельная] от 21010 до 0,31018 Ом1см1. Нефть — легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от 35 до +121°C[3][42] (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях нерастворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологии для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание. Химический состав С точки зрения коллоидной химии нефть представляет собой многокомпонентную коллоидную систему, то есть жидкость, в которой взвешены мицеллы — полутвёрдые сгустки высокомолекулярных смол, асфальтенов и карбенов[43], не растворимых в жидких углеводородах при обычных температурах — а также зачастую углистые (состоящие из карбенов и карбоидов) и минеральные частицы и вода[44]. В состав нефти входит около тысячи веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (более 500 веществ, обычно составляющих 80—90 % массы нефти) и органические соединения, включающие в себя другие элементы (4—5 %), в основном серу (около 250 веществ), азот (более 30 веществ) и кислород (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (главным образом ванадиевые и никелевые), 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 механические примеси[12]. 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(105 — 102 %), Ni(104103 %), Cl (от следов до 2102 %) 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. Таблица 1. Элементный состав нефти различных месторождений (в %) Месторождение Плотность, г/см С Н S N O Зола Ухтинское (РФ) 0,897 85,30 12,46 0,88 0,14 - 0,01 Грозненское (РФ) 0,850 85,95 13,00 0,14 0,07 0,74 0,10 Сураханское (Азербайджан) 0,793 85,34 14,14 0,03 - 0,49 - Калифорнийское (США) 0,912 84,00 12,70 0,40 1,70 1,20 - По способности растворяться в органических жидкостях, в том числе в: сероуглероде; хлороформе; спиртобензольной смеси. нефть, как и: другие петролиты вещества, извлекаемые этими растворителями из торфа, вещества, извлекаемые этими растворителями из ископаемых углей учёными Нефть как составляющая залежей углеводородов 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). Классификация Класс углеводородов, по которому нефти даётся наименование, должны присутствовать в количестве более 50 %. Если присутствуют углеводороды также и других классов и один из классов составляет не менее 25 %, выделяют смешанные типы нефти: метано-нафтеновые, нафтено-метановые, ароматическо-нафтеновые, нафтено-ароматические, ароматическо-метановые и метано-ароматические; в них первого компонента содержится более 25 %, второго — более 50 %. Таблица 2. Содержание основных классов углеводородов в различной нефти (во фракциях, выкипающих до 300°С в % на всю нефть) Месторождение Плотность, г/см Парафины Нафтены Ароматические Пермское (РФ) 0,941 8,1 6,7 15,3 Грозненское (РФ) 0,844 22,2 10,5 5,5 Сураханское (Азербайджан) 0,848 13,2 21,3 5,2 Калифорнийское (США) 0,897 9,8 14,9 5,1 Техасское (США) 0,845 26,4 9,7 6,4 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 нефть Siberian Light, в Азербайджане Azeri 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[45]. Нефтедобыча По способам подъёма современные методы добычи нефти делятся на[46]: фонтан (выход жидкости осуществляется за счёт пластового давления); газлифт; установка электроцентробежного насоса (УЭЦН); ЭВН установка электровинтового насоса (УЭВН); ШГН (штанговые насосы), часто с приводом от наземного станка-качалки; другие. Первый центробежный насос для добычи нефти был разработан в 1916 российским изобретателем Армаисом Арутюновым. В 1923 году Арутюнов эмигрировал в США, и в 1928 году основал фирму Bart Manufacturing Company, которая в 1930 была переименована в «REDA Pump» (аббревиатура от Russian Electrical Dynamo of Arutunoff), которая многие годы была лидером рынка погружных насосов для нефтедобычи. В СССР большой вклад в развитие электрических погружных насосов для добычи нефти внесло Особое конструкторское бюро по конструированию, исследованию и внедрению глубинных бесштанговых насосов (ОКБ БН) созданном в 1950 г. Основателем ОКБ БН был Богданов Александр Антонович.