Тайны образования нефти и горючих газов - Калинко Михаил Кузьмич - Страница 6

Производство различных синтетических продуктов позволяет не только получать вещества, не имеющие аналогов в природе (пластмассы и Др.), но и экономить огромные количества пищевых продуктов - зерна и картофеля при производстве синтетического спирта, растительных и животных жиров при производстве синтетических моющих средств и т. д.

Вот почему темпы роста добычи нефти и газа исключительно велики (рис. 6). В 1980 году в мире было добыто 3,06 млрд. т нефти и свыше 1,5 трлн. м3 газа.

Интересна динамика добычи нефти в России. В течение первой половины XIX века, вплоть до 1862 года, в стране ежегодно добывалось от 3200 до 6000 т нефти.

Рис. 3. Нефтепродукты

Рис. 4. Основная продукция нефтехимической промышленности

Рис. 5. Использование природных углеводородных газов в народном хозяйстве

Начиная с 1862 года, в течение 20 лет нефтяная промышленность России испытывала ускоряющийся подъем. Наибольшее количество нефти (11,5 млн. т) было добыто в России в 1901 году, затем оно начало снижаться.

В истории развития советской нефтегазодобывающей промышленности по абсолютной величине добычи нефти и газа и географическому размещению основных добывающих баз четко выделяются следующие главные эта пы: 1917-1928 годы - восстановление кавказских промыслов; 1929-1940 годы - рост добычи нефти в основном за счет открытий на Кавказе; 1941-1945 годы - сокращение добычи нефти в кавказских районах и ее развитие в Волго-Уральской провинции; 1946-1950 годы - послевоенное восстановление промыслов на Кавказе и рост добычи нефти в Волго-Уральской провинции; 1951-1970 годы - интенсивное наращивание добычи нефти за счет открытий в Волго-Уральской провинции, а с 1971 года - этап интенсивного наращивания добычи нефти за счет открытий в Западной Сибири.

Рис. 6. Динамика добычи нефти и газа. Добыча: а - нефти в России - СССР, США и в мире; б - газа в СССР

Всего же из недр нашей страны извлечено 8,7 млрд. т нефти и 3,85 трлн. м³ газа. Количество добытого газа больше, так как извлекавшийся вместе с нефтью попутный газ долгое время не использовался и не учитывался.

До революции в России добывали только попутный газ, добыча которого в 1913 году составляла 17 млн. м³. В 1940 году в Советском Союзе было добыто 3,2 млрд. м³ газа. В 1942 году началась эксплуатация Седьиольского газового месторождения (Коми АССР), а в 1947 году на базе Елшанского месторождения был построен магистральный газопровод Саратов - Москва. Особенно быстро стала развиваться добыча газа в пятидесятые годы, когда были открыты газовые месторождения Шебелинское, Северо-Ставропольское, Газлинское и др. В 1979 году в СССР было добыто 407 млрд. м³ газа.

Тайна состава

Слово "тайна" неоднократно встречается в этой книге, так как многое из того, что касается нефти и природных горючих газов, действительно, окружено тайной. В первую очередь это относится к составу нефти и природных горючих газов, который за 150 лет еще не окончательно изучен. Однако многое из того, что известно, тоже стало понятным не сразу, и потребовались усилия многих поколений исследователей, чтобы приблизиться к познанию состава нефтей и природных углеводородных газов.

История раскрытия этой тайны тесно связана с историей развития химии вообще, а затем и органической химии и тоже полна догадок и заблуждений на пути к истине. Так, до начала XVIII века считалось, что нефть содержит горючее начало, которое связывали с наличием серы.

Например, французский химик П. Ж. Макер (1718-1784 годы) считал, что нефть является лишь "одним родом" масел, которые "состоят из флогистона, соединенного с водой посредством кислоты и, кроме того, некоторого количества земли, различного в различных маслах". Однако уже в начале XIX века начали определять элементный состав нефти и природных газов сперва, конечно, не совсем точно, а затем удовлетворительно. Отнюдь не случайно Д. Дальтон апробировал Установленный им закон на примере состава метана и этилена и в 1808 году установил, что болотный газ имеет формулу СН2, а "маслородный" - СН. Пожалуй, именно с этого времени стало очевидным, что и нефть и сопровождавший ее природный газ состоят преимущественно из углеводородов.

Однако, хотя авторы и указывали на непостоянство и сложность состава нефти, они даже отдаленно не могли представить действительную степень этой сложности; это касается и состава природных горючих газов.

Но рассмотрим все по порядку. Родоначальник современной химии А. Л. Лавуазье (1743-1794 годы), который, по выражению Ф. Энгельса, "впервые поставил на ноги всю химию",[3] уже в то время понял, что органические вещества состоят из углерода и водорода и имеют гораздо более сложное строение, чем неорганические соединения, а Я. Берцелиус (1779-1848 годы) считал, что реакции между органическими соединениями не подчиняются установленным химическим законам, так как эти соединения обладают "жизненной силой".

Господству этого представления пришел конец благодаря опытам Ф. Вёлера, который в 1828 году синтезировал мочевину. Это, собственно, и положило начало органической химии.

В 1817 году французский химик X. Соссюр установил, что итальянская нефть содержит углеводороды (см. ниже), а английские химики в 1833 году пришли к выводу о том, что атомарное отношение углерода и водорода в нефтях подчиняется формуле С_nН_2n+2.

Большое значение для понимания состава нефти имело установленное в 1843 году Ф. Жераром для органических соединений гомологических рядов.

Для познания состава нефти много дали исследования Д, И. Менделеева, который в своем курсе "Органическая химия" указывал на наличие многих рядов углеводородов.

Если в первой половине прошлого столетия состав нефти изучался в основном в познавательных целях и в учебных курсах углеводороды рассматривались просто как группа соединений (например "углеродистые во-дороды" в упомянутом курсе Д. И. Менделеева), то с 50-60-х годов XIX столетия углеводороды нефтей (в России кавказских, в США пенсильванских) начала изучать как промышленное сырье.

В 1934 году В. Трайбс открыл в нефти металлоорганические азотистые соединения - порфирины, являющиеся производными хлорофилла и гемоглобина. Но наиболее значительная часть современной информации о составе нефти была получена в последние десятилетия.

Остановимся сначала на общей характеристике нефти и природных углеводородных газов. Начнем с нефти. По физическим свойствам ее можно назвать парадоксом земной коры: в мощной толще горных пород, пропитанных водой и содержащих ее в самых различных состояниях, вдруг появляется вещество, по всем своим свойствам противоположное воде, "не любящее" ее - гидрофобное, плотность которого всегда меньше плотности воды и в отличие от нее не повышается с глубиной, а, как правило, понижается. Если вода стремится занять в породах в первую очередь самые мелкие поры и трещины, то нефть, наоборот, - самые крупные.

Нефть представляет собой жидкость, чаще всего коричневую, с зеленоватым или другими оттенками, иногда почти черную и очень редко бесцветную. Нефть всегда легче воды, ее плотность изменяется в широких пределах от 0,76 до 0,99 г/см³, чаще всего составляя 0,80-0,87 г/см³. Очень редко, но в значительных количествах встречается нефть с такой же, как у воды, плотностью - 1,0 г/см³ и даже более тяжелая, чем вода - 1,03-1,04 г/см³ (месторождение Окснард в Калифорнии). В соответствии с плотностью, как правило, меняется и вязкость нефти от 1,41 до 660 мПа⋅с: легкие нефти обычно маловязкие, средние по плотности нефти - вязкие и очень вязкие и, наконец, существуют полутвердые нефти (например, в песчаниках Ярегского месторождения на Ухте). Плотность и вязкость нефти зависят от многих факторов, в первую очередь от температуры и количества растворенных в нефти газов. Поверхностное натяжение у нефти (17-28 дин/см²) почти в 3 раза меньше, чем у воды (75 дин/см²), вследствие чего вода всегда вытесняет нефть из мелких пор в крупные.