Состав нефти и ее классификация

 Энциклопедия технологий

Нефть — это горючее жидкое полезное ископаемое, которое представляет собой сложную смесь различных веществ. Различная комбинация этих веществ обусловливает самые разнообразные свойства нефти, которые обнаруживаются даже невооруженным глазом — нефть бывает почти бесцветная, желтая, зеленоватая, коричневая или даже почти черная. При этом ее вязкость также будет варьироваться в весьма широких пределах. 

Основную часть нефти составляют углеводороды, то есть соединения углерода и водорода, которые делятся на три класса: парафины, нафтены и ароматические углеводороды. Кроме этого в нефти присутствует сера и более редкие примеси, в том числе негорючие, формирующие так называемую зольную составляющую. 

Разнообразие химического состава создает и широкую палитру физических свойств. В отличие от воды у нее нет строго определенной температуры кипения — можно говорить лишь о начале процесса кипения самой легкой фракции. Нет постоянной вязкости — она обычно уменьшается с нагреванием. И при нормальной температуре трудно найти нефть с одинаковой плотностью — она варьируется в достаточно широких пределах и даже может быть тяжелее воды. 

Уже в XIX веке возникла необходимость хотя бы какой-то базовой классификации нефти по комплексу ее свойств. Изначально были весьма экзотические классификации, например на «сладкую» или «кислую» нефть. С развитием нефтехимии и аналитических исследований, классификации стали развиваться и теперь их достаточно много. 

Химическая классификация базируется на соотношении парафинно-нафтено-ароматических углеводородов. Для нужд нефтеперегонки имеет большое значение классификация по содержанию серы в нефти, а также ее плотность. Бывают нефти с малым (до 0,5–0,6%), средним (до 1,8%) и высоким (более 1,8–3,5%) содержанием серы. Нефти с содержанием серы более 3,5% относятся к особо высокосернистым. В свою очередь они могут быть легкими, средними или тяжелыми, с выделением также «особо легких» и битуминозных (то есть «особо тяжелых»).

Нефти также делят на три типа по объему легких фракций, кипящих при нагреве до 350 градусов Цельсия, из которых получают разнообразные бензины, керосин, дизельное топливо, легкий газойль. Есть классификация по содержанию парафина или так называемых базовых масел. Есть и другие специальные классификации. 

Можно сказать, что нефть — это чрезвычайно разнообразный по своим свойствам продукт. Свойства конкретного образца нефти могут указать не только на регион, где она была добыта, но и на месторождение, а в ряде случаев даже на скважину. Однако для практических целей приходится огрублять ее оценку. Для этого существуют так называемые маркерные, или эталонные, сорта нефти, свойства которых приняты за определенную точку отсчета. 

Оборудование нефтеперегонных заводов, трубопроводных коллекторов обычно настраивается под определенный сорт нефти, чтобы добиться наибольшей эффективности ее переработки. Наиболее известными сортами являются Brent, WTI (Light Sweet), Urals, Siberian Light, Dubai Crude. (Подробнее см. «Эталонные сорта нефти»).

Разведка месторождений (залежей) углеводородов, способ поиска запасов углеводородов — гравиметрическая, электрическая, сейсмическая

Газ также может быть частично растворен в нефти или заполнять повышенную часть нефтяной залежи, образуя так называемую газовую шапку. Поэтому часто газ добывается вместе с нефтью, а нефть — с газом.

Поиском новых месторождений занимаются геологи и геофизики. В их распоряжении находятся технические и химические средства, которые помогают довольно точно определить места скопления углеводородов. Но единственный способ узнать наверняка — пробурить скважину.

85% газовых и газоконденсатных залежей находятся в природных резервуарах из песчаных, песчано-алевритовых и алевритовых пород, часто прослоенных глиной. Остальные 15% заключены в карбонатных породах.

Карты геофизиков

Поисковые работы на нефть и газ начинаются с геологической съемки, по результатам которой составляются геологические карты, показывающее строение участков верхней части земной коры.

В ходе полевых работ геологи изучают пласты горных пород, выходящие на поверхность Земли, их состав, происхождение, возраст и формы залегания. На топографическую карту наносятся границы распространения этих пород, намечаются участки возможных месторождений полезных ископаемых. На этих участках ведутся последующие детальные поисковые и разведочные работы, затем дается первичная оценка полезных ископаемых. Для исследования недр применяются гравитационный, магнитный и сейсмический методы.

Гравитационная разведка

Магнитная разведка

Сейсмическая разведка

Гравитационная разведка

Гравиразведка основана на зависимости силы тяжести от плотности горных пород: породы, насыщенные нефтью или газом, имеют меньшую плотность, чем те же породы, содержащие воду. Задача геофизиков — найти места с аномально низкой силой тяжести.

Магнитная разведка

Магниторазведка основана на различной магнитной проницаемости горных пород. Аэромагнитная съемка позволяет выявить антиклинали — природные геологические ловушки для мигрирующих углеводородов на глубине до 7 км.

Сейсмическая разведка

Сейсморазведка определяет структуру залегания пород с помощью искусственно создаваемых упругих колебаний (сейсмических волн) при прохождении сквозь земную толщу. С точки зрения физики это те же звуковые волны, что и на поверхности, возникшие в результате возмущения среды и отразившиеся от какой-либо поверхности. Отраженные в виде эха сейсмические волны улавливаются сейсмоприемниками. Сейсморазведку применяют не только для поиска структур, которые могут содержать углеводороды, но и для выбора оптимального места бурения разведочных скважин. Часто для повышения надежности прогнозирования сейсмический метод сочетают с бурением.

2D, 3D, а теперь и 4D

Обычная двухмерная (2D) сейсморазведка постепенно заменяется более современной — трехмерной (3D), то есть ученые получают не плоское, а объемное изображение среза земной коры, где могут находиться полезные ископаемые. Началось и применение четырехмерной (4D) сейсморазведки — повторяющиеся во времени наблюдения трехмерной (3D) съемки позволяют лучше контролировать состояние разработки месторождения в реальном времени.

Геохимическая разведка

Существуют также геохимические методы поиска залежей углеводородов, основанные на изучении химического состава подземных вод и содержания в них растворенных газов и органических веществ — по мере приближения к залежи концентрация этих компонентов в водах возрастает.

Достоверно — бурение

Однако единственный способ достоверно выяснить, содержится ли в ловушке промышленное количество газа или нефти, — пробурить скважину. В среднем только каждый третий разбуренный объект оказывается месторождением.

Разведка — прирост запасов

Для увеличения запасов углеводородов Энергетической стратегией России на период до 2020 года предусмотрено развитие геологоразведочной деятельности с целью открытия новых месторождений.

Определение, компании, типы и использование

Что такое углеводород?

Термин углеводород относится к органическому химическому соединению, состоящему исключительно из атомов водорода и углерода. Углеводороды встречаются в природе и составляют основу сырой нефти, природного газа, угля и других важных источников энергии. Они легко воспламеняются и при сгорании выделяют углекислый газ, воду и тепло. Таким образом, углеводороды очень эффективны в качестве источника топлива.

Ключевые выводы

• Углеводороды представляют собой химические соединения, которые используются в качестве основы для подавляющего большинства мировых энергопроизводств.
• Для добычи углеводородов из недр земли было разработано множество сложных технологий и приемов.
• Некоторые из крупнейших компаний мира являются углеводородными компаниями, прежде всего нефтегазовыми компаниями.
• Использование углеводородов в качестве источника энергии оказало значительное негативное воздействие на мировой климат, что привело к изменению климата.
• Из-за серьезных экологических издержек, связанных с использованием углеводородов в качестве основного источника энергии, значительно участились попытки перейти от них к альтернативным источникам энергии, таким как солнечная, ядерная, ветровая и геотермальная энергия.

Понимание углеводородов

Углеводороды встречаются в природе. Они происходят из окаменелостей растений и животных, которые формировались под воздействием температуры и веса на протяжении тысячелетий. В основном они находятся глубоко под землей, в пористых горных породах, таких как песчаник, известняк и сланец.

Пористые горные породы часто встречаются в больших водоемах, поэтому глубоко под океанами находится огромное количество углеводородов. Компании по разведке нефти и природного газа используют передовые инженерные методы для выявления этих потенциальных резервуаров и извлечения их ресурсов на поверхность для использования человеком. Примеры таких технологий включают морские нефтяные платформы, наклонно-направленное бурение и методы повышения нефтеотдачи (EOR).

Углеводороды очень важны для современной экономики. На их долю приходится более 80% мирового потребления энергии. Эта цифра может на самом деле значительно занижать роль углеводородов в экономике, поскольку они используются в широком диапазоне применений, помимо использования в качестве источника энергии. Например, переработанная нефть используется для производства многих производных материалов, играющих важную роль в мировой экономике, таких как пластмассы, растворители и смазочные материалы.

Для добычи углеводородов используются разные методы, в зависимости от типа и местонахождения запасов. Например, гидроразрыв пласта (более известный как гидроразрыв пласта) используется для извлечения природного газа из сланцевой породы с использованием жидкости для гидроразрыва под давлением для создания трещин, через которые газ может выходить на поверхность. Добыча полезных ископаемых используется для доступа к нефтеносным пескам, которые представляют собой нетрадиционные залежи сырой нефти, сильно перемешанные с песком и песчаником.

Углеводородные компании

Поскольку углеводороды являются крупнейшим источником энергии в мире, некоторые из крупнейших компаний в мире являются углеводородными компаниями. К ним, прежде всего, относятся нефтегазовые компании, которые добывают углеводороды и превращают их в источники энергии, которые в мире используются для питания почти всего.

Из 10 крупнейших компаний мира шесть принадлежат государству. Saudi Aramco — крупнейшая в мире нефтегазовая компания, а Exxon Mobil (XOM), базирующаяся в США, — крупнейшая в мире публичная компания. Другие имена в этом пространстве включают:

• Шеврон (CVX)
• Роял Датч Шелл (ШЕЛ)
• ПетроЧайна (PTR)
• Национальная иранская нефтяная компания
• Газпром (ГЗПМ)
• Бритиш Петролеум (ВР)

Успех этих компаний и их способность эффективно и дешево поставлять источники энергии сильно влияют на мировые финансовые рынки и экономику.

Колебания цен на нефть оказывают большое влияние на стоимость бензина для автомобилей, авиакеросина для авиакомпаний и газа для отопления домов. Эти затраты влияют на то, как потребители тратят свои деньги; решения, которые отражаются на всей мировой экономике.

Воздействие углеводородов

Окружающая среда

Использование углеводородов в качестве основного источника энергии сопряжено с серьезными экологическими издержками. Источники ископаемого топлива, такие как сырая нефть, природный газ и уголь, содержат водород и углерод. Когда они сжигаются, они выделяют в воздух парниковые газы, в основном двуокись углерода. Выпуск их в воздух способствует изменению климата.

Но не только потребление способствует ухудшению состояния окружающей среды. Процесс добычи нефти и газа также наносит значительный ущерб поверхностной окружающей среде и окружающим грунтовым водам места добычи, выделяя загрязняющие вещества. Существует также серьезная угроза неожиданных разливов, что также оказывает негативное влияние на морскую и водную флору и фауну.

Экономический

Использование углеводородов оказывает не только воздействие на окружающую среду, но и имеет экономические последствия. Сторонники говорят, что этот сектор является основным двигателем экономики из-за того, насколько он важен с точки зрения количества рабочих мест, которые он создает. И не будем забывать, насколько полезны углеводороды для общества. В конце концов, потребителям нужны источники энергии, чтобы заправлять свои автомобили, обогревать дома и освещать комнаты.

Но есть явный минус. Многие экономисты утверждают, что производство углеводородной энергии сопряжено со значительными отрицательными внешними эффектами, которые недостаточно представлены в рыночной цене на нефть и газ. На самом деле, учитывая растущую стоимость явлений, связанных с изменением климата, многие утверждают, что эти внешние эффекты значительно перевешивают любую экономию средств, связанную с углеводородами.

Альтернативы углеводородам

Чтобы устранить негативное воздействие углеводородной энергии, все больше внимания уделяется использованию возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, ветровая и геотермальная энергия. Наряду с инновациями в аккумуляторных технологиях и инфраструктуре интеллектуальных сетей эти новые альтернативы энергетике могут сыграть значительно большую роль в глобальном производстве энергии в ближайшие годы и десятилетия.

Солнечная

Солнечная энергия исходит от солнца. Этот процесс преобразует солнечную энергию в тепловую или электрическую энергию, которая используется для питания домов, нагрева воды для коммерческого и промышленного использования и обеспечения электроэнергией. Солнечная энергия считается самым распространенным и самым чистым источником энергии в мире.

Солнечная энергия получила широкое распространение в домах и офисных зданиях. Он функционирует за счет солнечных панелей, которые размещаются на этих конструкциях и преобразуют солнечную энергию в электричество и другие виды использования. Компании, занимающиеся солнечными панелями, более распространены и являются новой частью энергетической отрасли.

В первую пятерку стран-производителей солнечной энергии входят Китай, США, Япония, Германия и Индия.

Ветер

Энергия ветра использует ветер для создания энергии или электричества. Ветряные турбины создаются для преобразования энергии ветра в механическую энергию, которая затем используется для различных промышленных задач, а также для выработки электроэнергии с помощью генератора. Ветрогенераторы можно найти как на суше, так и на воде.

Геотермальная

Геотермальная энергия использует тепло, которое существует под поверхностью земли. Источники тепла заключены внутри горных пород и жидкостей под поверхностью, а также далеко внизу, ближе к земному ядру. Геотермальная энергия создается путем рытья колодцев на поверхности земли для доступа к пару и горячей воде, которые используются для питания генераторов, вырабатывающих электричество.

Что такое углеводород и его использование?

Углеводород представляет собой органическое соединение, состоящее из водорода и углерода, содержащееся в сырой нефти, природном газе и угле. Углеводороды легко воспламеняются и являются основным источником энергии в мире. Его использование состоит из бензина, реактивного топлива, пропана, керосина и дизельного топлива, и это лишь некоторые из них.

Какие бывают виды углеводородов?

Углеводороды бывают двух типов: алифатические и ароматические. Тремя типами алифатических углеводородов являются алканы, алкены и алкины. Ароматические углеводороды включают бензол. В целом примерами углеводородов являются метан, этан, пропан и бутан.

Что такое углеводородное топливо?

Углеводородное топливо — это топливо, полученное из углеводорода, которое включает бензин и топливо для реактивных двигателей, оба из которых широко используются в современном мире, от двигателей автомобилей до самолетов и газонокосилок.

Как определить углеводород?

Углеводороды идентифицируются путем изучения их молекулярной структуры. Углеводороды состоят только из углерода и водорода во многих различных форматах, но это их отличительная черта.

Опасны ли углеводороды для человека?

Да, углеводороды опасны для человека. Было показано, что газы, выделяемые из углеводородов, повреждают дыхательные системы и наносят вред окружающей среде из-за изменения климата и парникового эффекта. Разливы нефти наносят ущерб экосистемам. Хотя углеводороды являются естественным явлением, их превращение в источники энергии вредно для человека.

Итог

Углеводороды — это встречающиеся в природе химические соединения, состоящие из водорода и углерода, содержащиеся в сырой нефти, природном газе и угле. Люди манипулировали ими, чтобы использовать их в качестве источника энергии, например, бензина и топлива для реактивных двигателей. Использование углеводородов, особенно их сжигание, например, в виде угля, оказало разрушительное воздействие на окружающую среду. В результате было разработано множество альтернативных источников энергии, более безопасных и чистых, таких как солнечная энергия и ветер.

Объяснение жидких углеводородов — Управление энергетической информации США (EIA)

Что такое жидкие углеводороды?

Природный газ и сырая нефть представляют собой смеси различных углеводородов. Углеводороды представляют собой молекулы углерода и водорода в различных сочетаниях. Углеводородные газообразные жидкости (HGL) представляют собой углеводороды, встречающиеся в виде газов при атмосферном давлении и в виде жидкостей при более высоких давлениях. HGL также можно сжижать путем охлаждения. Конкретные давления и температуры, при которых газы сжижаются, зависят от типа HGL. HGL можно описать как легкий или тяжелый в зависимости от количества атомов углерода и водорода в молекуле HGL.

• Алканы или парафины
  • Этан—C ₂ H ₆
  • Пропан — C ₃ H ₈
  • Бутаны: нормальный бутан и изобутан — C ₄ H ₁₀
  • Природный бензин или пентаны плюс – C ₅ H ₁₂ и тяжелее
• Алкены или олефины
  • Этилен—C ₂ H ₄ 4
  • Пропилен — C ₃ H ₆
  • Бутилен нормальный и изобутилен — C ₄ H ₈

Нажмите, чтобы увеличить

Нажмите, чтобы увеличить

знаете ли вы

?

Пропан и бутан были открыты в 1912 году доктором Уолтером Снеллингом, американским ученым. Он идентифицировал эти газы в бензине и обнаружил, что охлаждение и давление превращают эти газы в жидкость. Он также узнал, что сжиженные газы можно хранить и транспортировать в контейнерах под давлением.

Жидкие углеводороды получают из природного газа и сырой нефти

HGL встречаются в сыром природном газе и сырой нефти. HGL извлекаются из природного газа на заводах по переработке природного газа и при переработке сырой нефти в нефтепродукты. Жидкости для установок по производству природного газа, на долю которых приходится большая часть производства HGL в Соединенных Штатах, попадают исключительно в категорию алканов. Производство нефтеперерабатывающих заводов составляет оставшуюся часть производства алканов в США, а также все данные о производстве олефинов, которые публикуются Управлением энергетической информации США (EIA). Большие объемы олефинов производятся на нефтехимических заводах из ГГЛ и более тяжелого сырья. EIA не собирает и не сообщает данные о нефтехимическом производстве.

Жидкие углеводородные газы имеют множество применений

• Сырье на нефтехимических заводах для производства химикатов, пластмасс и синтетического каучука
• Топливо для отопления, приготовления пищи и сушки
• Топливо для транспорта
• Присадки для производства автомобильных бензинов
• Разбавитель (разбавитель или разбавитель) для транспортировки тяжелой сырой нефти

В 2021 году на общее использование HGL приходилось около 17% от общего потребления нефти в США.

Нажмите, чтобы увеличить

знаете ли вы

?

HGL изначально считались неприятными, но теперь они являются дорогостоящим продуктом. Незадолго до Первой мировой войны возникла проблема с газопроводом. Участок трубопровода на месторождении природного газа проходил под холодным потоком, и низкая температура вызывала образование жидкостей, которые иногда блокировали поток природного газа в трубопроводе. Этот опыт побудил инженеров обрабатывать природный газ до того, как он попадет в газопроводы.