книги из ГПНТБ / Кожевников А.В. Химия нефти учеб. пособие

Мировая добыча нефти приближается к 2,5 млрд, т в год. На уровне 1970 года общая картина нефтедобычи представляется цифрами (в млн. пі в год), приведенными в табл. 4.

Т а б л и ц а 4

Добыча нефти отдельными странами за 1970 год

Т а б л и ц а 5

Структура добычи топлива в СССР

*Топливо, % к итогу

(запланировано)

9

Больше половины (55%) мировой нефти добывают четыре страны:

СССР, США, Венесуэла и Иран.

Удельное значение газа и нефти в топливном балансе нашей страны растет с каждым годом (табл. 5).

спнгп+гп

Рис. 1. Схема использования в нефтехимии углеводоро­ дов различных гомологических рядов

J — метан; 2 — олефины C 2— Ct ; 3 — ацетилен; 4 — дивинил и изопрен; 5 — бензол, толуол и ксилолы; 6 — нафталин; 7 —

легкий парафинистый бензин (окисление в уксусную; кислоту) 5 — «мягкий» парафин (окисление в спирты и кислоты, пиролиз в а-олефнны); 9 — высшие разветвленные олефины, димеры и соднмеры олефинов С2—С5, в первую очередь а-олефины; 10 — цнклогексен; И — циклогексадиен, циклопентадиен, несо­ пряженные диены Си; 12 — несопряженные днены С7; 13 — виннлциклогексен, дивиннлцнклобутан, циклооктаднен — 1,5; 14 — адамантаны Сю —С 1а; 15 — ароматические углеводороды Со—Сю (псевдокумол, дурол); 16 — циклододекатрнен — 1,5, 9

Вместе нефть и природный газ составляют две трети современного топливного баланса нашей страны. Во всем мире доля нефтехимиче­ ского сырья составляет 32,8% общего объема производства химиче­ ской промышленности, в том числе 26,5% органических и 6,3% не­

За восьмую пятилетку (с 1965 по 1970 г.) объем нефтехимического производства у нас в стране увеличился в 1,5 раза по сравнению с уровнем 1965 г.

В последнее десятилетие введено в строй 220 новых заводов и круп­ ных производств на действующих предприятиях нефтехимической

10

Глава

вторая

НЕФТЬ КАК ПРИРОДНЫЙ МИНЕРАЛ. ГЕОГРАФИЯ И ГЕОХИМИЯ НЕФТИ

Нефть представляет собой взаимный сопряженный раствор угле­

ставляющую нефть в целом. Если нарушается сопряженное взаим­ ное растворение ближайших компонентов, то может частично раз­ рушиться и система нефти. Например, если разгонкой убрать из нефти средние фракции, то при соединении головных фракций легкого бен­ зина с остаточными тяжелыми фракциями может и не произойти рас­ творения, а часть смолистых веществ выпадет в осадок — система со­ пряженного взаимного растворения будет нарушена. Собственно нефть представляет собой жидкий ископаемый минерал, залегающий в по­ ристых осадочных породах земной коры, в трещинах, расселинах и других пустотах материнских горных пород (гранитов, гнейсов, ба­ зальтов и т. п.).

Наиболее известные промышленные месторождения нефти обра­ зуют большие скопления в осадочных породах (пески и карбонаты), обладающих достаточной пористостью и другими условиями для скоп­ ления больших количеств нефти. Обычно подстилающим слоем для нефтеносного горизонта служит слой плотной 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. Счи­ тается, что нефть способна к некоторому перемещению под землей, называемому миграцией. Залеганию нефти обычно сопутствуют неф­ тяные воды и попутные газы, а так как их плотность значительно различается, то залегают эти вещества слоями: жидкая нефть рас­ полагается на водном слое, а газы находятся сверху, над нефтью. На рис. 2 представлена принципиальная схема обычного нефтяного месторождения. Поиск нефти базируется на знании геологических структур, анализе признаков нефт^ в земных породах, применении

12

геофизических методов разведки, учете естественных выходов нефти на поверхность и разведочном бурении. Добывают нефть из буровых нефтяных скважин выкачиванием с помощью нефтяных насосов; реже нефть фонтанирует без откачки, под естественным давлением. В це­ лях максимального использования давления, источником которого обычно бывают газы, сдавленные в куполе месторождения, скважину следует размещать не в куполе, а в крыле, как это показано на рис. 2. Если же бурить непосредственно в вершине купола, будет бесполезно выпущен прежде всего газ, и нефть придется откачивать насосами, затрачивая энергию и применяя дорогое оборудование. Нефть в зна­ чительной мере сорбируется окружающими породами, и поэтому счита­ ют, что на поверхность извлекают не более 46% запаса нефти в место­ рождении. В некоторых случаях цифры нефтеотдачи бывают в пределах

63 + 65%.

Многочисленные измерения позволили составить представление о геотермическом градиенте земной коры.т. е. числе метровгл убины, при прохождении которых температура окружаю­ щих пород повышается на 1° С. В среднем этот градиент исчисЛшется ве­

личиной в 30 At, однако известны значительные

может находиться (с учетом температуры поверхностного слоя, равной •—10° С) при 35° С, а на глубине 5000 At — при температуре 250—260° С. В настоящее время достигаются бурением значительные глубины, даже превышающие 5000 At. Давление газов в нефтяном пласте обычно принимается от нескольких атмосфер до 120, но в отдельных случаях, по причине тектонических перемещений горных пород или вследствие больших глубин, давление может быть значительно большим. Напри­ мер, на глубине 5000 At гидростатическое давление может быть поряд­ ка 500 атм. Давление, под которым, находится нефть, приводит к усиленному растворений в ней газов, выделяющихся из нефти при подъеме ее на поверхность и снятии давления. Эти газы называются по­ путными, их состав также'зависит от давления. Поскольку давление в нефтяном слое постепенно уменьшается в течение эксплуатации, то меняется и состав газов в соответствии со свойствами его упругости; сначала газ обогащен 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.

Существует представление о так называемом газовом факторе, т. е. о количестве нормальных кубических метров газа, приходящихся на 1 т добытой нефти. Газовый фактор различен для разных месторож­

13

дений и колеблется во время эксплуатации даже для одной и той же скважины.

Если говорить о цене нефти, то обычно выводится ее средняя ве­ личина, складывающаяся из многих условий производства и потребле­ ния. Нефть несмолистая, несернистая, нетяжелая дает в сумме больше ценных продуктов, чем тяжелая, сернистая и смолистая. Стоимость переработки первого вида нефти дешевле, чем второго. Сама добыча нефти имеет различную стоимость в зависимости от условий залегания нефти: в обжитых районах с налаженными транспортными артериями или при отсутствии последних, близко к поверхности или на большой глубине. Не везде и не всегда совершенно различная стоимость поис- • ковых работ и поискового бурения насчитывается на конечную стои­ мость нефти и нефтепродуктов.

Таким образом, каждая конкретная нефть имеет свою стоимость. Общая же цена нефти для всего государства принимается средней.

Нефть нельзя рассматривать изолированно от ее ближайшего окру­ жения. Первый круг составляют природные и попутные газы, озокериты и природные битумы. Нефть в широком генетическом плане должна рассматриваться совместно с перечисленными ископаемыми веществами. Нет сомнения в том, что не существует отдельных само­ стоятельных и несхожих материнских веществ и услсгйий происхожде­ ния перечисленных веществ. Эти вещества, несомненно, первично об­ разовались из единого материнского вещества, и лишь последующая история метаморфизма углеводородов в природе создала многообра­ зие вторичных гетероатомных органических соединений и- выделила

Второй круг связей нефти определяет ее место среди семьи каустобиолитов, т. е. многочисленных горючих ископаемых — алмазов, гра­ фитов, шунгитов, антрацитов, каменных и бурых углей, торфов, сапропелей и горючих сланцев. Все перечисленные представители горю­ чих ископаемых, в отличие от нефти, являются твердыми горючими

14

ископаемыми. Одни из них в меньшей мере, другие — в большей от­ личаются от нефти содержанием минеральной части. Органическая часть всех твердых горючих ископаемых содержит те же, что и у нефти, атомы-органогены, т. е. углерод, водород, серу, кислород и азот. Структура органической части каустобиолитов очень сложна и еще не может быть достаточно исследована, но элементарный состав и ряд

Выше уже упоминалось, что по элементарному составу в нефти прева­ лируют углеводородные составляющие; степень приближения к угле­ водородам нефти можно определить сравнением отношения углерода к водороду для органической части различных каустобиолитов. При­ близительно можно считать, что для нефти весовое отношение С : Н=^6. Для некоторых марок каменных углей (донецких) отношение С : Н показано в табл. 6.

Каменные угли сами по себе представляют семью каустобиолитов с довольно различнымэлементарным составом органической части. Отношение С : Н не бывает ниже 14,7 для жирных длиннопламенных

15

Для сибирских сапропелей отношение С : Н находится в пределах

6,5 — 8,7 (табл. 8).

Втабл. 9 представ,лены данные содержания углерода и водорода

ворганической части горючих сланцев.

Т а б л и ц а 9

* На органическую массу.

Отношение С : Н в керогене горючих сланцев находится в преде­ лах от 6,3 до 9,7.

Суммируя изложенное, получим пределы отношения углерода к во­ дороду:

"Из-;-зтих данных видно, что органическая масса нефтей, горючих сланцевj u сапропелей наиболее обогащена водородом, в отличие от органичесісби массы торфов и каменных углей, в которых по мере пре­ вращения этих веществ в природе наступает все большее обогащение углеродом (карбонизация), особенно ярко выражено у антраци­ тов. Наконец, известны (в Карелии) шунгиты, еще более карбонизованные, чем антрациты. Эти ископаемые многозольны и практически не используются, но их органическая часть почти не содержит водо­

16

рода, а состоит из углерода. Представителями ископаемого чистого углерода являются, как известно, графиты и алмазы.

Положение горючих' ископаемых по содержанию в них углерода и водорода представлено на рис. 3, на котором прослеживаются две ветви каустобиолитов. Очевидно, что каждая ветвь характеризуется

а суммой геохимических факторов, способ­ ствующих развитию превращений до пре­ дельных форм по обогащению водородом или обеднению им. В результате создается

и нефти.

Геологическим возрастом нефти назы­ вают возраст вмещающих нефть горных пород. Общую продолжительность образо­ вания осадочных горных пород принято

показано в табл. 10.

Считают, что нефть по геологическим эрам может быть распределена (исходят из

Рис. 3. Элементарный состав каустобиолитов и. исходных органических веществ

1 — дерево; 2 — торф; 3 — бурые угли; 4 — каменные угли; 5 — антрациты; 6 — сапропели; 7 — сланцы; 8 — сапролелнты; 9 — асфальты; 10 — нефти-; 11 — асфаль­ титы

количества добытой и разведанной нефти) следующим образом (по дан­ ным разных авторов *):

География нефти в последние годы становится более широкой в ре­ зультате достижений разведочного бурения. Было, например, давно

* По литературным данным не у всех авторов нефть суммируется до 100% Однако некоторое представление, хотя бы о порядке величин, эти цифры дают.

ЭКЗЙЙШЛЯ.® І

известно наличие естественных выходов нефти между Волгой и Ура­ лом. Однако первое бурение под руководством проф. И. М. Губкина было неудачным, и промышленная нефть не была обнаружена. Потре­ бовалась не только настойчивость Губкина, но время и техника, по­ зволившие вскрыть девонские нефтеносные слои. Так было открыто Второе Баку. В последние годы открыто много нефтяных месторожде­ ний в местах,- где по прежним представлениям не должно было быть нефти. Давно известно, что в общем нефтяные месторождения приуро­ чены к горным хребтам, точнее, расположены параллельно горным образованиям в так называемых геосинклинальных областях. Нахож­ дение нефти на так называемых' платформах в кристаллических из­ верженных породах исключалось. Дно океанов считалось особенной областью — стабильной и не содержащей структур для нефтяных кол­ лекторов, а следовательно, не содержащей нефти.

Достижения науки за последние десятилетия в значительной мере изменили представление о местах залегания нефти и помогли сделать многочисленные находки нефти в кристаллических изверженных по­ родах. Эти факты противоречат представлениям о захоронении орга­ нических останков в осадочных породах и их эволюции в углеводо­ роды нефти. Оказалось, что дно морей довольно часто представляет собой нефтеносную площадь. Наша отечественная нефтедобывающая промышленность стала пионером бурения и добычи нефти из под мор­ ского дна (нефтяные камни в Каспийском море). Теперь уже 25 госу­ дарств осуществляют бурение морского дна на нефть. Геологи считают, что наиболее перспективными.для разработки нефти являются районы Азовского и Черного морей, береговая, полоса Прибалтики, дно Ти-

18