История развития методов определения абсолютного возраста Земли и отдельных этапов в истории ее становления

   И.М. Губкин  дал  критический  анализ  проблемы  происхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теория, где  преобладающая  роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теория,  где  преобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец,  теория  смешанного  животно-растительного происхождения нефти.

   Последняя  теория, детально разработанная  И.М. Губкиным,  носит  название

сапропелитовой  от  слова  “сапропель”  –  глинистый   ил   –   и   является

господствующей.   В   природе   широко   распространены   различные    виды сапропелитов.

   Различие  в исходном  органическом  веществе  является  одной  из  причин

существующего  разнообразия  нефтей.  Другими  причинами  являются  различие температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов  и  др.,  а также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть.

   В   СССР  были  проведены  исследования,  в  результате  которых  удалось

установить  роль  микроорганизмов  в  образовании  нефти.   Т.Л.   Гинзбург-

Карагичева, открывшая  присутствие в нефти разнообразнейших  микроорганизмов, привела  в  своих  исследованиях  много  новых,  интересных  сведений.   Она установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для  бактерий,  на  больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.

   Целый  ряд бактерий живёт в нефти  и питается ею,  меняя,  таким   образом,

химический   состав   нефти.   Академик   И.М.   Губкин   в   своей   теории

нефтеобразования  придавал  этому  открытию  большое   значение.   Гинзбург- Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают  различные органические продукты в битуминозные.

   Под действием  ряда бактерий происходит разложение  органических веществ и выделяется водород, необходимый для превращения  органического  материала  в нефть. 

   3. Состав нефти и химические свойства. 

   Нефть  – это горная порода. Она относится  к группе осадочных пород вместе  песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Мы привыкли  считать, что порода – это твердое вещество, из которого состоит земная кора  и более глубокие  недра  Земли.  Оказывается,  есть  и   жидкие   породы,   и   даже газообразные. Одно из важных свойств нефти – способность гореть.

  В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный  и количественный состав. Нефти состоят главным образом  из  углерода  –  79,5- 87,5%  и водорода  – 11,0-14,5%  от  массы нефти.  Кроме них в   нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их  общее  количество обычно  составляет  0,5-8%.  В   незначительных   концентрациях   в   нефтях встречаются элементы:  ванадий,  никель,  железо,  алюминий,  медь,  магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк,  калий.  Их общее содержание не превышает 0,02-0,03% от массы нефти. Указанные  элементы образуют  органические  и  неорганические  соединения,  из  которых  состоят нефти. Кислород и азот находятся в  нефтях  только  в  связанном  состоянии. Сера  может  встречаться  в  свободном  состоянии  или  входить   в   состав сероводорода.

  В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Главную часть нефтей составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и  ароматические.  По углеводородному  составу  все  нефти   подразделяются   на:   1)   метаново-нафтеновые,   2)   нафтеново-метановые,   3)   ароматическо-нафтеновые,   4)нафтеново-ароматические,    5)   ароматическо-метановые,    6)    метаново-ароматические  и  7)   метаново-ароматическо-нафтеновые.   Первым   в   этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше.

   Метановые  УВ (алкановые или алканы) химически   наиболее  устойчивы,  они

относятся к  предельным УВ и имеют формулу CnH2n+2.  Если  количество  атомов углерода в молекуле колеблется от 1 до 4  (СН4-С4Н10),  то  УВ  представляет собой газ, от 5 до 16 (C5H16-C16H34) то это жидкие УВ, а если  оно  выше  16 (С17Н36 и т.д.) – твердые (например, парафин).

   Нафтеновые (циклановые или алициклические) УВ  (CnH2n)  имеют  кольчатое строение, поэтому их иногда  называют  карбоциклическими  соединениями.  Все связи углерода с водородом здесь также насыщены,  поэтому  нафтеновые  нефти обладают устойчивыми свойствами.

   Ароматические  УВ, или арены (СnНn), наиболее бедны   водородом.  Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Они так и называются  – ненасыщенными, или непредельными УВ. Отсюда их неустойчивость  в  химическом отношении.

   Наряду  с углеводородами  в  нефтях  присутствуют  химические  соединения других  классов.  Обычно  все  эти   классы   объединяют   в   одну   группу гетеросоединений (греч. “гетерос”  –  другой).  В  нефтях  также  обнаружено более  380  сложных  гетеросоединений,  в  которых  к  углеводородным  ядрам присоединены такие элементы, как  сера,  азот  и  кислород.  Большинство  из указанных соединений относится к классу сернистых соединений –  меркаптанов. Это очень слабые кислоты с неприятным  запахом.  С  металлами  они  образуют

солеобразные  соединения  –  меркаптиды.  В  нефтях  меркаптаны  представляют собой соединения, в которых к углеводородным радикалам  присоединена  группа SH.

                               Метилмеркаптан.

   Меркаптаны  разъедают трубы и другое металлическое   оборудование  буровых установок и промысловых объектов.

   В нефтях  так же выделяют неуглеводородные  соединения: асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть.

   Асфальто-смолистая  часть нефтей  –  это   темноокрашенное  вещество.  Оно частично   растворяется   в   бензине.   Растворившаяся   часть   называется асфальтеном, нерастворившаяся – смолой. В составе смол  содержится  кислород до 93 % от общего его количества в нефтях.

   Порфирины  – особые  азотистые  соединения  органического  происхождения. Считают, что они образованы из хлорофилла растений и  гемоглобина  животных. При температуре 200-250оС порфирины разрушаются.

   Сера  широко распространена в нефтях  и в углеводородном газе и  содержится либо  в  свободном  состоянии,  либо   в   виде   соединений   (сероводород, меркаптаны).  Количество  ее  колеблется  от  0,1%  до  5%,  но   бывает   и значительно  больше.  Так,  например,  в  газе  Астраханского  месторождения содержание Н2S достигает 24 %.

   Зольная  часть – остаток, получающийся  при сжигании нефти. Это   различные минеральные соединения, чаще всего  железо,  никель,  ванадий,  иногда  соли натрия.

   Кислород  в нефтях встречается в   связанном  состоянии  также   в  составе

нафтеновых кислот (около 6%)  –  CnH2n-1(COOH),  фенолов  (не  более  1%)  – C6H5OH, а также жирных кислот  и их  производных – C6H5O6(P).  Содержание  азота в нефтях не превышает 1%. Основная  его масса содержится  в смолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти,  асфальтенов  – 16%.

   Асфальтены  представляют собой черное твердое  вещество.  По  составу  они сходны со смолами, но характеризуются  иными  соотношениями  элементов.  Они отличаются большим содержанием железа, ванадия,  никеля  и  др.  Если  смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, то  асфальтены  нерастворимы в  метановых  углеводородах,  частично  растворимы в нафтеновых  и   лучше растворяются в ароматических. В “белых”  нефтях  смолы  содержатся  в  малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют. 
 

  3. 1. Физические свойства.

   Нефть  – это вязкая маслянистая   жидкость,  темно-коричневого   или  почти

черного цвета  с  характерным  запахом,  обладающая  слабой  флюоресценцией, более легкая (плотность 0,73-0,97г/см3), чем  вода,  почти  нерастворимая  в ней. Нефть сильно варьирует по плотности  (от  легкой  0,65-0,70  г/см3,  до тяжелой 0,98-1,05 г/см3). Нефть и ее производные обладают  наивысшей среди всех видов топлив теплотой  сгорания.  Теплоемкость  нефти  1,7-2,1  кДж/кг, теплота сгорания нефти  –  41  МДж/кг,  бензина  –  42  МДж/кг.  Температура кипения  зависит  от  строения  входящих  в  состав  нефти  углеводородов  и колеблется от 50 до 550°С.

   Различные   компоненты  нефти  переходят   в  газообразное  состояние   при

различной температуре. Легкие  нефти  кипят  при  50–100°С,  тяжелые  –  при температуре более 100°С.

   Различие  температур кипения углеводородов  используется  для  разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до  180-200°С  выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200-250°С – лигроиновой, при  250-315°С – керосиново-газойлевой и при  315-350°С  –  масляной.  Остаток  представлен гудроном. В состав бензиновой и  лигроиновой  фракций  входят  углеводороды, содержащие  6-10   атомов   углерода.   Керосиновая   фракция   состоит   из углеводородов с C11-C13, газойлевая – C14-C17.

   Важным  является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В  1  м3 нефти может раствориться до 400 м3 горючих  газов.  Большое  значение  имеет выяснение условий растворения нефти  и  природных  газов  в  воде.  Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной  при  20°С,  отнесенной  к  плотности воды, измеренной при 4°С, называется относительной.  Нефти  с  относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью  от  0,85  до 0,90 – средними, а с относительной плотностью  свыше 0,90  – тяжелыми.  В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические  углеводороды.  Цвет  нефти

зависит от ее плотности: светлые  нефти  обладают  меньшей  плотностью,  чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность.  При добыче  нефти  важно   знать   ее   вязкость.   Различают   динамическую   и кинематическую  вязкость.  Динамической  вязкостью   называется   внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению  общего  потока.  У  легких нефтей  вязкость  меньше,  чем  у   тяжелых.   При   добыче   и   дальнейшей транспортировке  тяжелые   нефти   подогревают.   Кинематической   вязкостью называется  отношение  динамической  вязкости  к  плотности  среды.  Большое значение имеет знание поверхностного натяжения  нефти.  При  соприкосновении

нефти и  воды  между  ними  возникает  поверхность  типа  упругой  мембраны. Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия  воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить  нефть из мелких  трещин  в  более  крупные.  Для  увеличения  нефтеотдачи  пластов используются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ).  Нефти  имеют неодинаковые  оптические  свойства.  Под  действием  ультрафиолетовых  лучей нефть способна светиться. При этом легкие  нефти  светятся  голубым  светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это  используется  при  поиске  нефти.  Нефть

является диэлектриком  и  имеет  высокое  удельное  сопротивление.  На  этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом  буровой скважиной, нефтеносных пластов. 

4. Использование продуктов переработки нефти. 

   В настоящее  время из нефти получают тысячи  продуктов. Основными группами являются жидкое топливо, газообразное  топливо,  твердое  топливо  (нефтяной кокс),  смазочные  и  специальные  масла,  парафины  и   церезины,   битумы, ароматические соединения, сажа, ацетилен,  этилен,  нефтяные  кислоты  и  их соли, высшие спирты.

   Наибольшее  применение продукты переработки  нефти  находят  в  топливно- энергетической отрасли. Например, мазут обладает почти в полтора раза  более высокой теплотой сгорания по сравнению с лучшими углями.  Он  занимает  мало места при сгорании и не дает твердых остатков при  горении.  Замена  твердых видов топлива  мазутом  на  ТЭС,  заводах  и  на  железнодорожном  и  водном транспорте дает огромную экономию средств,  способствует  быстрому  развитию основных отраслей промышленности и транспорта.

   Бензин  применяется  в  качестве  горючего  для  двигателей  внутреннего

сгорания. В зависимости  от назначения  он  подразделяется  на  два  основных сорта: авиационный и автомобильный. Бензин  используется  также  в  качестве растворителя масел, каучука, для очистки тканей от  жирных  пятен  и  т. п. Керосин применяется как горючее для реактивных и  тракторных  двигателей,  а также для бытовых нужд.  Он  используется  также  для  освещения.  Соляровое масло применяется в качестве  горючего  для  дизелей.  Смазочные  масла  для смазки различных  механизмов.  После  перегонки  мазута  остаётся  нелетучая тёмная масса –  гудрон,  идущая  на  асфальтирование  улиц.  Лигроин  служит топливом для дизельных двигателей, а  также  растворителем  в  лакокрасочной промышленности. Большие количества  его  перерабатывают  в  бензин.  Парафин