Лекция № 1

Предмет «Химия нефти и газа»
Химия нефти - это отдельный раздел нефтехимии, посвященный конкретно изучению физико-химического состава нефтей и свойств их компонентов, а также основных существующих и перспективных процессов переработки нефти
В настоящее время «Химия нефти и газа» как наука решает следующие задачи:
1. Исследование химического состава нефтей, нефтепродуктов, газоконденсатов и газов с помощью современных физико-химических методов анализа
2. Исследование физико-химических свойств углеводородов и других компонентов нефти и их влияния на свойства нефтепродуктов, установление связи между строением молекул и надмолекулярных структур компонентов нефти и свойствами нефтепродуктов.
3. Исследование химизма и механизма термических и каталитических превращений компонентов нефти, в том числе взаимных превращений углеводородов как высокотемпературных (в процессах переработки нефти), так и низкотемпературных, что важно как с аналитической, так и с геохимической (превращение нефтей в природе) точек зрения.
4. Исследование проблемы происхождения нефти

Общая характеристика нефти и газа
Нефть и нефтяной газ - это смесь углеводородов (соединений углерода с водородом). Известно множество соединений углерода с водородом, различающихся характером сцепления атомов углерода и водорода и их числом в молекуле.
В зависимости от этого одни углеводороды при нормальных условиях (760 мм.рт.ст. и t=20 С) находятся
в газообразном состоянии (природный и нефтяной газы),
в жидком (нефть) и имеются углеводороды,
в твердом состоянии (парафины, содержащиеся почти во всех нефтях).
В среднем в нефти содержится
82-87% углерода (С),
11-14% водорода (Н) и
0.4 -1.0% примесей - соединений, содержащих кислород, азот, серу, асфальтовые и смолистые вещества.

Основные регионы добычи нефти и газа
Крупнейшие (гигантские) нефтяные месторождения — это нефтяные месторождения с запасами более 1 млрд тонн или 6,3 млрд баррелей нефти. К ним относятся Прадхо-Бей (США), Агаджари (Иран), Хасси-Мессауд (Алжир), Шайба (Саудовская Аравия), Самотлорское (Россия), Ноксал (Мексика), Тахэ (Китай), Западная Курна (Ирак) и др.

Доказанные запасы нефти, газа и угля в мире, по странам

Глубинная зональность залежей
углеводородов

Происхождение нефти
В развитии взглядов на происхождение нефти выделяют 4 этапа:
- Донаучный
- Период научных догадок
- Период формирования научных гипотез
- Современный

В познании природы нефти выделяются 3 периода:
1. Первый период (донаучный) продолжался до средних веков. Так, в 1546 г. Георгий Агрикола писал, что нефть имеет неорганическое происхождение.
2. Второй период - научных догадок - начинается после опубликования труда М. В. Ломоносова "О слоях земных" (1763), где была высказана идея о дистилляционном происхождении нефти из органического вещества.
3. Третий период отмечен с возникновением и развитием нефтяной промышленности. В этот период возникают разнообразные гипотезы: неорганического, органического и космического происхождения нефти.

Современный период
Космогенная
Магматическая
Неорганическая или карбидная (Д.И.Менделеев)
Органическая (М.В.Ломоносов, И.М.Губкин):
Осадочно-миграционная
Биологические метки (порфирины,
изопреноиды)

Процесс нефтегазообразования
(органическая теория):
1), Осадконакопление - выпадение остатков живых организмов на дно бассейна;
2). Биохимическая - уплотнение и уменьшение доступа кислорода;
3). Мезокатагенез - глубина погружения пластов 3.0-4.0 км и температура достигает 150 °C. На этой стадии образуется микронефть. Пласты, где генерируется нефть называют "нефтематеринскими пластами".

Магматическая гипотеза рассматривает формирование месторождений с восходящим движением магмы и выделением из нее углеводородов и дальнейшим образованием скоплений нефти и газа.

Карбидная (неорганическая)теория
Основана на лабораторных опытах образования нефти вследствие взаимодействия карбида железа и воды по реакции
2FeC + 3H2O Fe2CO3 + C2H6.
По этой реакции воды, проникавшие по трещинам в глубинные части Земли реагировали с расплавленными карбидами металлов и формировали углеводороды.

Неорганическая теория
Наиболее общей считается модель Н.А. Кудрявцева: нефть и газ образуются из реакционных смесей Н2, СО, СН4, в результате реакции типа
СО+3Н2=СН4+Н2О.
Эти реакции происходят в высокотемпературных очагах литосферы. Поднимаясь по глубинным разломам эти смеси образуют нефть.

Добыча нефти и газа
Существует множество различных способов добычи нефти, при которых используется разное оборудование.
Одним из методов добычи является естественный, при котором нефть под различными природными воздействиями продвигается к скважинам, через которые осуществляется ее добыча.
Для добычи нефти осуществляется строительство скважин по шахтной технологии.
Извлекается нефть различными методами, среди которых можно выделить основные:
газлифт,
фонтан,
добыча с помощью установки насосного оборудования.
По типу давления в нефтяном пласте и технологии извлечения существуют методы добычи нефти:
- первичный;
- вторичный;
- третичный;

Элементный состав нефтей
Содержание
углерода в нефтях изменяется в пределах 82-87 % масс.,
водорода – 11-15% масс.
Концентрации других элементов в пределах :
S - 0.01-4.3 % масс.,
N - 0.02-1.7 % масс.,
О - 0.01-0.27% масс.
В нефтях имеются металлы. Основные
из них V, Ni, Fe, Zn, Cu, Mg, Al .

Элементный состав нефти

Химический состав нефти

Природный и попутный
нефтяной газ

Химическая классификация нефтей
(ГрозНИИ)

По содержанию серы
нефти делятся на 3 класса:
- малосернистые (до 0.5%),
- сернистые (0.5-2.0%) и
- высокосернистые (от 2.1%).