8.1  Нефть, ее происхождение и состав

Нефтью называется жидкое ископаемое топливо, распрост­раненное в осадочной оболочке литосферы Земли. Свое назва­ние нефть получила от персидского слова «нафта» — вытекаю­щая, просачивающаяся.

В настоящее время общепринята теория органического (био­генного) происхождения нефти, согласно которой она образо­валась в результате воздействия бактериального и геологичес­ких факторов на останки низших животных и растительных организмов, обитавших в толще воды (планктон) и на дне водо­емов (бентос). В верхних слоях осадочных пород этот захоро­ненный органический материал подвергался воздействию кис­лорода и бактерий и разлагался с образованием газов (оксид углерода, азот, аммиак, метан и др.) и растворимых в воде жид­ких продуктов.

В дальнейшем, по мере погружения на глубину 1,5—3 км в толщу осадочных пород, органические вещества нерастворимо­го остатка разложения подвергались в течение миллионов лет уже в восстановительной атмосфере действию высоких (120— 2000С) температур и давлений (10—30 МПа) и каталитическо­му воздействию окружающих пород (алюмосиликаты глин). На этой стадии в результате термических и термохимических про­цессов липиды органического вещества остатка (жиры, масла, воска) превращались в смесь углеводородов, составляющих нефть.

Большинство нефтей представляют маслянистые жидкости от тимно-коричневого до темно-бурого цвета, который зависит от содержания в них окрашенных смолистых веществ. Плотность нефтей составляет 0,82—0,90 т/м3, температура затвер­девания лежит в пределах от - 20°С до +20°С. Вязкость нефтей значительно выше вязкости воды. Элементный состав нефтей колеблется в очень незначительных пределах: углерод 84—87% , водород 12—14% , сера 0,1 — 5% , кислород и азот (в сум­ме) до 1,0%.

В нефти различают углеводородную часть, неуглеводород­ную часть и минеральные примеси. Углеводородная часть не­фти представляет собой раствор газообразных и твердых угле­водородов в смеси жидких углеводородов различной природы и сложности. В низкомолекулярной части нефти, перегоняю­щейся до 350°С, содержатся вещества с молекулярной массой не более 250—300, а именно: алканы, моно-, би- и трициклические нафтены, моно- и бициклические ароматические угле­водороды, углеводороды смешанного строения. В состав вы­сокомолекулярной части нефти, перегоняющейся выше 350°С, входят вещества с молекулярной массой от 300 до 1000 — высокомолекулярные алканы, моно- и полицикли­ческие нафтены с боковыми цепями, ароматические угле­водороды с боковыми цепями, конденсированные много­ядерные соединения и полициклические углеводороды сме­шанного строения.

В зависимости от того, углеводороды какого класса преобла­дают в составе нефти, они подразделяются на парафиновые, парафино-нафтеновые, нафтеновые, парафино-нафтено-ароматические, нафтено-ароматические, ароматические. Наиболее распространены нефти так называемого смешанного основания, в которых нельзя выделить определенный класс углеводородов. В соответствии с технологической классификацией нефти под­разделяются на группы по выходу фракций, выкипающих до 350° С, по потенциальному содержанию масел, по содержанию парафина и др.

В неуглеводородную часть нефти входят разнообразные кис­лородные (фенолы, нафтеновые кислоты, гетероциклы), азоти­стые (производные пиридина и хинолина, амины) и сернистые (тиофен, тиоспирты и тиоэфиры) соединения. По содержанию серы нефти делятся на:

малосернистые (с содержанием до 0,5%),

сернистые (с содержанием от 0,5 до 2,0% ) и

высокосернистые (с содержанием выше 2,0%).Основная масса всех этих соединений концентрируется в

высокомолекулярной части нефти.

Минеральные примеси в нефти составляют различные соли, перешедшие в нее из пластовых вод, механические примеси песка и глины и эмульгированная вода. В нефтях в весьма ма­лых количествах содержатся такие элементы, как ванадий, ни­кель, железо, титан, германий и др.

В природе нефть находится в виде нефтяных залежей, так называемых ловушек, образовавшихся в результате движения нефти и газа по пористым пластам породы под воздействием гравитационного и тектонического факторов. При достаточно большом объеме этих залежей они называются нефтяными ме­сторождениями. В большинстве случаев нефтяные залежи рас­положены на глубине от 900 до 2300 м.

Мировые разведанные запасы нефти оцениваются в 90 - 95 млрд т, прогнозируемые ресурсы составляют 250 - 270 млрд т. Распределение нефтяных месторождений по пла­нете неравномерно. Наиболее крупные из них сосредоточены в Саудовской Аравии, Кувейте, Ираке, Венесуэле, Алжире, Ира­не, Ливии и США, Российской Федерации.

В зависимости от условий залегания и давления в нефтеносном пласте методы извлечения нефти из пробуренных скважин делятся на фонтанный, компрессорный и глубинно-насосный. При высоком давлении нефть поступает из недр земли под соб­ственным давлением и через запорную аппаратуру направля­ется в сборные емкости (фонтанный метод). При малом давле­нии нефть извлекают методом газлифта путем накачивания в кольцевое пространство между трубами природного газа под давлением до 5 МПа. В скважине газ смешивается с нефтью, уменьшает ее вязкость и «транспортирует» ее на поверхность (компрессионный метод). При глубоком залегании нефти и низ­ком давлении в пластах нефть извлекают с помощью поршне­вого насоса, опущенного в скважину, и приводимого в движе­ние балансирным станком-качалкой, который обеспечивает возвратно-поступательное движение плунжера насоса.

При современном уровне техники и технологии добычи из нефтяных пластов извлекается лишь около 50% содержащей­ся в них нефти. Увеличение нефтеотдачи пластов до 80—90% может быть достигнуто тепловым воздействием на пласты (за­качивание в скважину горячей воды, прогрев пласта сжигани­ем нефти), введением в скважину ПАВ, гидравлическим раз­рывом пласта и другими интенсифицирующими извлечение нефти из недр методами.