Реферат: Нефть и продукты её переработки

Нефть – жидкое топливо

Что же такое нефть? Теплотехник ответит, что этопрекрасное, высококалорийное топливо. Но химик возразит: нет! Нефть – этосложная смесь жидких углеводородов, в которых растворены газообразные и другиевещества. И чтобы перечислить все продукты, получаемые из нефти, нужно потратитьнесколько листов, так как их уже несколько тысяч.

Еще Д.И. Менделеев заметил, что топить печь нефтью всеравно, что топить ее ассигнациями.

Нефть (от перс. neft) — горючаямаслянистая жидкость со специфическим запахом, распространенная в осадочнойоболочке Земли и являющаяся важнейшим полезным ископаемым.

Нахождение в природе

Залежи нефти находятся в недрах Земли на разнойглубине, где нефть заполняет свободное пространство между некоторыми породами.Если она находится под давлением газов, то поднимается по скважине наповерхность Земли.

Разведка нефти

Цель нефтеразведки – выявление, геолого-экономическаяоценка и подготовка к разработке залежей нефти. Нефтеразведка производится с помощьюгеологических, геофизических, геохимических и буровых работ в рациональномсочетании и последовательности.

На первой стадии поискового этапа в бассейнах с неустановленной нефтегазоносностью либо для изучения слабо исследованныхтектонических зон или нижних структурных этажей в бассейнах с установленнойнефтегазоносностью проводятся региональные работы. Для этого осуществляютсяаэромагнитная, геологическая и гравиметрическая съемки, геохимическиеисследования вод и пород, профильное пересечение территории электро- и сейсморазведкой,бурение опорных и параметрических скважин. В результате устанавливаются районыдля дальнейших поисковых работ.

На второй стадии производится более детальное изучениенефтегазоносных зон путем детальной гравиразведки, структурно-геологической съемки,электро и сейсморазведки, структурного бурения.

Производится сравнение снимков масштабов 1:100.000 – 1:25.000. уточняетсяоценка прогнозов нефтегазоносности, а для структур с доказанной нефтегазоносностью,подсчитываются перспективные запасы.

На третьей стадии производится бурение поисковыхскважин с целью открытий месторождений. Первые поисковые скважины бурятся намаксимальную глубину. Обычно первым разведуется верхний этаж, а затем болееглубокие. В результате дается предварительная оценка запасов.

Разведывательный этап – завершающий вгеологоразведочном процессе. Основная цель – подготовка к разработке. Впроцессе разведки должны быть оконтурены залежи, определены литологическийсостав, мощность, нефтегазонасыщенность. По завершению разведочных работподсчитываются запасы и даются рекомендации о вводе месторождения в разработку.Эффективность поиска зависит от коэффициента открытий месторождений –отношением числа продуктивных площадей к общему числу разбуренных поисковымбурением площадей.

Добыча нефти

Почти вся добываемая в мире нефть, извлекаетсяпосредством буровых скважин, закрепленных стальными трубами высокого давления.Для подъема нефти и сопутствующих ей газа и воды на поверхность скважина имеетгерметичную систему подъемных труб, механизмов и арматуры, рассчитанную наработу с давлениями, соизмеримыми с пластовыми. Добыче нефти при помощи буровыхскважин предшествовали примитивные способы: сбор ее на поверхности водоемов,обработка песчаника или известняка, пропитанного нефтью, посредством колодцев.

Сбор нефти споверхности водоемов – это, очевидно, первый по времени появления способдобычи, который до нашей эры применялся в Мидии, Вавилонии и Сирии. Сбор нефтив России, с поверхности реки Ухты начат Ф.С. Прядуновым в 1745 г.В 1858 на полуострове Челекен нефть собирали в канавах, по которым вода стекалаиз озера. В канаве делали запруду из досок с проходом воды в нижней части:нефть накапливалась на поверхности.

Разработкапесчаника или известняка, пропитанного нефтью, и извлечение из него нефти,впервые описаны итальянским ученым

Ф. Ариосто в15 веке. Недалеко от Модены в Италии такие нефтесодержащие грунты измельчалисьи подогревались в котлах. Затем нефть выжимали в мешках при помощи пресса. В1833 –1845 г.г. нефть добывали из песка на берегу Азовского моря. Песок помещалив ямы с покатым дном и поливали водой. Вымытую из песка нефть собирали споверхности воды пучками травы.

Добыча нефти изколодцев производилась в Киссии, древней области между Ассирией и Мидией в5 веке до нашей эры при помощи коромысла, к которому привязывалось кожаноеведро. Подробное описание колодезной добычи нефти в Баку дал немецкийнатуралист Э. Кемпфер. Глубина колодцев достигала 27 м, их стенкиобкладывались камнем или укреплялись деревом.

Добыча нефти посредствомскважин начала широко применяться с 60-х г. 19 века. Вначале наряду соткрытыми фонтанами и сбором нефти в вырытые рядом со скважинами земляныеамбары добыча нефти осуществлялась также с помощью цилиндрических ведер склапаном в днище. Из механизированных способов эксплуатации впервые в 1865 вСША была внедрена глубоконасосная эксплуатация, которую в 1874 гприменили на нефтепромыслах в Грузии, в 1876 в Баку. В 1886 г В.Г. Шуховпредложил компрессорную добычу нефти, которая была испытана в Баку в 1897г.Более совершенный способ подъема нефти из скважины – газлифт – предложилв 1914 г М.М. Тихвинский.

Процесс добычинефти, начиная от притока ее по пласту к забоям скважин и до внешней перекачкитоварной нефти с промысла, можно разделить условно на 3 этапа.

/> Движениенефти по пласту к скважинам благодаря искусственно создаваемой разностидавлений в пласте и на забоях скважин.

/> Движениенефти от забоев скважин до их устьев на поверхности – эксплуатация нефтяныхскважин.

/> Сборнефти и сопровождающих ее газа и воды на поверхности, их разделение, удалениеминеральных солей из нефти, обработка пластовой воды, сбор попутного нефтяногогаза.

Под разработкой нефтяногоместорождения понимается осуществление процесса перемещения жидкостей и газа впластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения жидкостей игаза достигается размещением на месторождении нефтяных, нагнетательных иконтрольных скважин, количеством и порядком ввода их в эксплуатацию, режимомработы скважин и балансом пластовой энергии. Принятая для конкретной залежи системаразработки предопределяет технико-экономические показатели. Перед забуриваниемзалежи проводят проектирование системы разработки. На основании данных разведкии пробной эксплуатации устанавливают условия, при которых будет протекатьэксплуатация: ее геологическое строение, коллекторские свойства пород(пористость, проницаемость, степень неоднородности), физические свойстважидкостей в пласте (вязкость, плотность), насыщенность пород нефти водой игазом, пластовые давления. Базируясь на этих данных, производят экономическуюоценку системы, и выбирают оптимальную.

При глубокомзалегании пластов для повышения нефтеотдачи в ряде случаев успешно применяетсянагнетание в пласт газа с высоким давлением.

Извлечение нефти изскважин производится либо за счет естественного фонтанирования под действиемпластовой энергии, либо путем использования одного из несколькихмеханизированных способов подъема жидкости. Обычно в начальной стадииразработки действует фонтанная добыча, а по мере ослабления фонтанированияскважину переводят на механизированный способ: газлифтный или эрлифтный,глубинонасосный (с помощью штанговых, гидропоршневых и винтовых насосов).

Газлифтный способвносит существенные дополнения в обычную технологическую схему промысла, таккак при нем необходима газлифтная компрессорная станция с газораспределителем игазосборными трубопроводами.

Нефтяным промысломназывается технологический комплекс, состоящий из скважин, трубопроводов, иустановок различного назначения, с помощью которых на месторожденииосуществляют извлечение нефти из недр Земли.

На месторождениях,разрабатываемых с помощью искусственного заводнения, сооружают системуводоснабжения с насосными станциями. Воду берут из естественных водоемов с помощьюводозаборных сооружений.

В процессе добычинефти важное место занимает внутрипромысловый транспорт продукции скважин,осуществляемый по трубопроводам. Применяются 2 системы внутрипромысловоготранспорта: напорные и самотечные. При напорных системах достаточнособственного давления на устье скважин. При самотечных движение происходит засчет превышения отметки устья скважины над пометкой группового сборного пункта.

При разработкенефтяных месторождений, приуроченных к континентальным шельфам, создаютсяморские нефтепромыслы.

Физические свойства нефти

Главнейшим свойствомнефти, принесшим им мировую славу исключительных энергоносителей, является ихспособность выделять при сгорании значительное количество теплоты. Нефть и еепроизводные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания.Теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Важным показателем длянефти является температура кипения, которая зависит от строения входящих всостав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.

Нефть, как и любаяжидкость, при определенной температуре закипает и переходит в газообразноесостояние. Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние приразличной температуре. Так, температура кипения метана –161,5°С, этана –88°С,бутана 0,5°С, пентана 36,1°С. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – притемпературе более 100°С.

Различие температуркипения углеводородов используется для разделения нефти на температурныефракции. При нагревании нефти до 180–200°С выкипают углеводороды бензиновойфракции, при 200–250°С – лигроиновой, при 250–315°С – керосиново-газойлевой ипри 315–350°С – масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой илигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6–10 атомов углерода. Керосиноваяфракция состоит из углеводородов с />,газойлевая – /> и т.д.

Важным является свойствонефти растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти можетраствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеетвыяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяныеуглеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются поплотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды,измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до 0,90 – средними,а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми. В тяжелых нефтях содержатсяв основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности:светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефтисмол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать еевязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостьюназывается внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока.У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировкетяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамическойвязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностногонатяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникаетповерхность типа упругой мембраны. Капиллярные явления используются при добыченефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтомувода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличениянефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества(ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптические свойства. Под действиемультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятсяголубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поискенефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. Наэтом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытомбуровой скважиной, нефтеносных пластов.

Химические элементы и соединения в нефти

Нефтисостоят главным образом из углерода – 79,5 – 87,5 % и водорода – 11,0 – 14,5 %от массы нефти. Кроме них в нефти присутствуют еще три элемента – сера,кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5 – 8 %. Внезначительных концентрациях в нефти встречаются элементы: ванадий, никель,железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт,молибден, бор, мышьяк, калий и др. Их общее содержание не превышает 0,02 – 0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганическиесоединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефти тольков связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входитьв состав сероводорода.

Продукты, получаемые из нефти, ихприменение

Из нефти выделяют разнообразные продукты, имеющиебольшое практическое значение. Вначале от нее отделяют растворенныеуглеводороды (преимущественно метан). После отгонки летучих углеводородов нефтьнагревают. Первыми переходят в газообразное состояние и отгоняются углеводородыс небольшим числом атомов углерода в молекуле, имеющие относительно низкуютемпературу кипения. С повышением температуры смеси перегоняются углеводороды сболее высокой температурой кипения. Таким образом можно собрать отдельные смеси(фракции) нефти. Чаще всего при такой перегонке получают три основные фракции,которые затем подвергаются дальнейшему разделению. Основные фракции нефтиследующие:

1. Фракция, собираемая от 400до 2000С, — газолиноваяфракция бензинов – содержит углеводороды от С5Н12 доС11Н24. При дальнейшей перегонке выделенной фракцииполучают: газолин (от 400 до 700С), бензин (от700до 1200С) – авиационный, автомобильный и т.д.

2. Лигроиновая фракция, собираемая в пределах от 1500до2500 С, содержит углеводороды от С8Н18 до С14Н30.Лигроин применяется как горючее для тракторов.

3. Керосиновая фракция включает углеводороды от С12Н26до С18Н38 с температурой кипения от 1800до 3000С. керосин после очистки используется в качестве горючего длятракторов, реактивных самолетов и ракет.

4. Газойль (выше 2750С) – дизельное топливо.

5. Мазут – остаток от перегонки. Содержит углеводороды с большимчислом атомов углерода (до многих десятков) в молекуле. Мазут также разделяютна фракции:

a) Соляровыемасла – дизельное топливо,

b) Смазочныемасла (авиатракторные, авиационные, индустриальные и др.),

c) Вазелин(основа для косметических средств и лекарств).

И др.

Из некоторых сортов нефти получают парафин(для производства спичек, свечей и др.). После отгонки остается гудрон.Его широко применяют в дорожном строительстве.