Нафта - це комплекс складних вуглеводнів природного походження в рідкому агрегатному стані. Поширена думка, що нафта має чорний колір, проте всі її фізичні характеристики безпосередньо залежать від складу. Навіть в межах однієї зони може добуватися як дуже густа, практично чорна нафту, так і водяниста рідина з ледь помітним фіолетовим відливом.
Неоднорідним складом пояснюється висока варіативність в цінах на нафту . Найбільше на міжнародному ринку цінується нафту марки Brent, а також еталонні суміші виду Dubai Crude. Нафта цих марок має оптимальний склад і щільність при мінімальному вмісті сторонніх домішок. Марки Urals, Siberian Light, видобуток яких ведеться в Росії, цінуються трохи нижче через менший вміст корисних вуглеводнів і необхідності проводити додаткове очищення.
На поточний момент нафта вважається головним корисних копалин, за обсягом видобутку вона поступається тільки природному газу . Нафта використовується практично у всіх галузях промисловості:
- паливна енергетика;
- хімічна промисловість;
- медицина;
- харчова промисловість;
- будівництво.
Треба відзначити, що в чистому вигляді нафту використовується вкрай рідко - основними споживачами сирої нафти є виробники палива. Решта сфери застосування нафти вимагають її поетапної очищення, в результаті якого нафта розділяється на фракції, придатні до використання в різних цілях.
відкриття нафти
Нафта використовувалася людьми задовго до того, як знайшла славу «чорного золота». Жителі стародавнього Вавилона добували природні бітуми зі знаменитого асфальтового озера і використовували їх в якості будівельного клею. Це озеро досі діє і використовується жителями довколишніх сіл, хоча обсяги видобутку, звичайно, значно знизилися.
Відкриті джерела нафти служили джерелом природного асфальту, бітуму та рідкої нафти для жителів Індії та Стародавнього Єгипту. Там вони використовувалися для опалювання приміщень, при будівництві пірамід, а також в медичних цілях.
Сучасна історія нафти почалася лише в середині 19 століття, в 1853 році. Тоді польському хіміку Ігнатію Лукасевичу вперше вдалося провести безпечну і ефективну дистиляцію нафти на різні фракції. Через три роки був відкритий перший в світі завод по перегонці нафти - там проводився синтез чистого гасу, який йшов на потреби промисловості всієї Європи.
Перша достовірно зафіксована свердловина глибиною трохи більше 20 метрів була пробурена в Пенсільванії, США. Приплив нафти був настільки великий, що показники прибутковості цієї свердловини перевищили всі можливі прогнози. Новини про відкриття такого обширного родовища нафти розлетілася по всьому світу, послуживши поштовхом для зростання нафтовидобувної і нафтопереробної галузей промисловості.
Зростаючий попит на високоефективне паливо ще більше збільшив потребу в розширенні нафтовидобутку . Повсюдно велася розробка нових способів буріння, проводилися розвідувальні заходи з пошуку нафти низького рівня залягання. У Росії перша свердловина була відкрита 3 лютого 1866 року, на Кудакінском промислі в Кубанської області. Ця дата вважається моментом зародження російської нафтопромисловості.
Хімічний склад і фізичні властивості нафти
Хімію нафти можна винести в окрему галузь науки - настільки складний і різноманітний її складу. Дослідниками було виділено понад тисячу окремих з'єднань, що складають єдиний хімічний комплекс нафти. Розподіл речовин по їх процентним вмістом приблизно наступне:
- важкі рідкі вуглеводні - від 70 до 90% по масі;
- прості органічні сполуки - від 5% до 10% по масі;
- розчинені гази;
- мінеральні солі;
- органічні кислоти.
Рідкі вуглеводні представлені в основному нафтенами, парафинами, різними ароматичними і змішаними з'єднаннями.
Прості органічні сполуки - це сірчисті, азотисті і кисневі сполуки, а також незначна кількість складних металлорганических молекул. Самий типовий представник цього хімічного ряду - сірководень. Його вміст за масою відносно не велике, проте навіть мікроскопічні кількості сірководню змушують проводити складну очищення сирої нафти.
Серед інших речовин, які входять до складу нафти, можна виділити розчинені гази - метан, етан і невеликі кількості важких ізомерів. Специфічний запах нафти надають меркаптани, індол, тіофен і деякі інші продукти органічного білкового розпаду.
Основні фізичні властивості нафти і її економічна цінність визначається саме рідкими вуглеводнями. Нафта - вкрай горюча рідина, яка запалюється навіть при низьких (до 400С) температурах. Розчинені горючі гази і сірководень ще більш підвищують небезпеку роботи з цих корисних копалин, ніж і обумовлюється відносно висока вартість нафти навіть в умовах міжнародної кризи.
Вкрай неоднорідний склад ускладнює загальний аналіз нафти - зазвичай проводиться зразкову дослідження, де за результати приймаються усереднені показники. Сучасні стандарти передбачають наступні фізико-хімічні характеристики нафти:
- середня щільність;
- в'язкість;
- Температура спалаху;
- питома енергетична теплоємність.
Як було зазначено раніше, щільність і теплоємність - основні економічні показники нафти. Вони залежать від змісту і розподілу по масі важких вуглеводнів, відповідно до яких нафту прийнято розділяти на три типи:
- важка - щільність понад 1,05 г / см3, складні важкі вуглеводні;
- середня - щільність в межах 0,87 г / см3, прості важкі вуглеводні;
- легка - щільність нижче 0,83 г / см3, легкі вуглеводні;
В окрему категорію винесені тверді фракції нафти: природні бітуми і асфальти.
Треба враховувати, що вищенаведені показники характерні для нормальних атмосферних умов. Зазвичай нафта залягає на глибинах від кілометра і глибше, де високий тиск значно підвищує її щільність. Саме тому класифікація нафти можлива тільки після взяття зразка безпосередньо на передбачуваному місці видобутку.
Геологія і теорія походження нафти
Аж до кінця 19 століття серед геологів переважала думка про низький залягання нафти. Передбачалося, що нафтові поклади рівномірно розподіляються в пористих гірських породах на глибині від 10 до 100 метрів. На початку 20 століття були відкриті перші глибокі родовища нафти, а ще через пару років було встановлено, що нафта практично не залежить від типу породи. Були відкриті перші сланцеві поклади нафти, а також родовища купольного типу. Сьогодні відомо, що основними акумуляторами природної нафти, з яких її видобуток економічно обгрунтована, служать:
- вапняки;
- піщані породи;
- пористі освіти будь-яких типів;
- глинисті порожнини.
При цьому найбагатші родовища залягають на глибинах від 3 до 4 кілометрів, і укладені в природні резервуари.
Якщо геологія нафти і її видобутку вивчена досить добре, то питання про її первісному походженні все ще відкритий. Вчені висувають різні теорії освіти природної нафти. З них найбільшою доказовою базою володіє бріогенная теорія органічного походження.
Згідно з положеннями бріогенной теорії, процес утворення нафти почався відразу після так званої кисневої катастрофи. Тоді загинули мільярди мільярдів древніх мікроскопічних істот. Їх останки осідали на дно світового океану, утворюючи шари біологічного матеріалу. Згодом, ці біологічні (бріогенние) шари занурювалися все глибше, покриваючись зверху грунтом або піском.
Зростаючий тиск при відсутності вільного кисню послужило каталізатором для утворення сотень типів вуглеводнів. Легкі з'єднання - метан, етан та їх ізомери, просочувалися крізь пористі породи, утворюючи родовища природного газу. Більш важкі молекули поступово зливалися в єдиний молекулярний комплекс, утворюючи однорідну рідину - нафту.
Фізичні характеристики нафти дозволяють їй не змішуватися з водою і навколишнього грунтом. Проникнення нафти в більш глибокі шари земних надр зазвичай обмежується непроникними пластами - саме так і утворюються родовища нафти.
Прихильники бріогенной теорії вважають, що освіта нафти має безперервний процес, проте доказів цього поки не знайдено. Тому нафту вважається непоправним ресурсом, що обумовлює необхідність пошуку альтернативних джерел енергії.