Геология и геохимия. Геология и геохимия нефти и газа. Прозорова. Учебное пособие по дисциплине Геология и геохимия нефти и газа

• Название: Учебное пособие по дисциплине Геология и геохимия нефти и газа
• Анкор: Геология и геохимия
• Дата: 10.05.2023
• Размер: 6.77 Mb.
• Имя файла: Геология и геохимия нефти и газа. Прозорова.doc
• Тип: Учебное пособие; #1120901
• страница: 4 из 25

Контроль знаний модуля 1.1.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. 
   Какие вещества называются каустобиолитами?
   
2. 
   Назовите основных представителей каустобиолитов битумного и угольного генетического ряда.
   
3. 
   Назовите общие и отличительные признаки каустобиолитов битумного и угольного генетического ряда.
   
4. 
   Какие процессы литогенеза обуславливают сближение физических и химических свойств каустобиолитов обоих генетических рядов?
   
5. 
   В чем заключается суть процессов выветривания каустобиолитов?
   
6. 
   Что означает термин «нафтиды»?
   
7. 
   Какова разница между понятиями «нафтиды» и «нафтоиды»?
   

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1. 
   Выделите три общих признака каустобиолитов битумного и угольного генетического ряда:
   

а - преобладание в элементном составе углерода

б - эпигенетичное отношение залежей к вмещающей породе

в - присутствие гетероатомных кислород- серо- и азотсодержащих соединений

г - образование в процессе литогенеза в осадках и осадочных породах

д - сингенетичное отношение залежей к вмещающей породе

е – образование из рассеянного органического вещества

2. 
   Выделите два отличительных признака каустобиолитов битумного и угольного генетического рядов:
   

а - превращение в результате изменения геохимических условий, температуры и давления

б - различная степень концентрации исходного ОВ в осадках

в - биогенное происхождение

г - различные генетические типы исходного ОВ

д - горючесть

3. 
   Какой класс природных битумов соответствует каменноугольной стадии углефикации:
   

а – мальты б – антраксолиты в – кериты г – озокериты д - асфальты

3. 
   Какие два процесса обусловливают сближение физических и химических свойств каустобиолитов угольного и нефтяного генетического ряда:
   

а – карбонизация б – дефлюидизация в – метанизация

г – гумификация д – битуминизация

3. 
   Изменение состава и свойств каустобиолитов при гипергенезе идёт по следующим двум направлениям:
   

а – увеличении содержания гетероатомов б – метанизации

в – увеличении плотности и вязкости г - карбонизации

д – битуминизации е – уменьшении плотности и вязкости

3. 
   Нафтиды - это:
   

а - особая генетическая ветвь природных битумов, не связанная по происхождению с нефтью

б - вещества, извлекаемые из горной породы органическими растворителями

в - углеводородные газы, нефти и их естественные производные – природные битумы

г - группа природных битумов, в составе которых преобладают асфальтово-смолистые вещества

3. 
   Нафтоиды - это:
   

а - вещества, извлекаемые из горной породы органическими растворителями

б - углеводородные газы, нефти и их естественные производные – природные битумы

в - особая генетическая ветвь природных битумов, не связанная по происхождению с

нефтью

г - группа природных битумов, в составе которых преобладают асфальтово-смолистые

в ещества

2. 
   СОСТАВ, СВОЙСТВА И КЛАССИФИКАЦИИ НЕФТЕЙ
   

Цель изучения – получить знание о нефти как сложной коллоидной системе, состоящей из углеводородных и неуглеводородных (гетероатомных) компонентов разного фазового состояния, содержащих биологические метки (хемофоссилии) и способной изменять свой состав и свойства вслед за изменением термобарических и геохимических условий.
Задачи – изучить:

• 
  элементный и компонентный состав;
  
• 
  физические свойства;
  
• 
  фракционный состав;
  
• 
  факторы, влияющие на изменение состава и свойств нефтей.
  

Уметь:

• 
  определять физические свойства и товарные качества нефтей по их компонентному составу и содержанию: серы, светлых фракций, содержанию масел, содержанию параина;
  
• 
  определять фракционный состав нефтей по пределам температур кипения;
  
• 
  определять химический тип нефтей по групповому составу.
  

2.1 Элементный и компонентный состав нефтей
Нефть – это сложная коллоидная гидрофобная система, состоящая из углеводородов различного строения и гетероатомных или неуглеводородных соединений (кислородных, сернистых, азотистых и высокомолекулярных металлорганических смолисто-асфальтеновых соединений), которая распространена в породах осадочного чехла и фундамента осадочных бассейнов. Среди углеводородных и неуглеводородных компонентов нефти содержатся так называемые реликтовые структуры или хемофоссилии, которые по своему составу близки к некоторым биологическим веществам или их фрагментам. Обычно нефть имеет черный или темно-коричневый цвет, иногда, при солнечном свете, зеленовато-желтый оттенок и реже она почти бесцветная.

При химическом анализе нефти определяют её элементный, изотопный, компонентный и фракционный состав.

В нефтях обнаружено свыше 70 элементов таблицы Д.И. Менделеева, которые разделяются на главные и основные элементы, а также на микроэлементы.

Главными химическими элементами нефти являются углерод и водород. Содержание углерода составляет 82-87 %, а водорода 12-14 %. В сумме их содержание составляет 96-99 %.

Основные элементы представлены кислородом, серой и азотом. Их общее содержание составляет от 0,5 до 2 %, но может достигать 8 % и более, главным образом, за счет серы.

Микроэлементы содержатся в количестве от одной десятой до одной десятимиллионной доли процента. В сумме они составляют менее 1 %. Главное место среди микроэлементов занимают металлы - это: ванадий (V), никель (Ni), железо (Fe), цинк (Zn) и другие металлы. Содержатся также и неметаллы - галогены: хлор (Cl) бром (Br) йод (I) и другие элементы-неметаллы: фосфор (P) кремний (Si), мышьяк (Аs). Наибольшим содержанием выделяется: фосфор, до 0,1 %, ванадий (V) - 0,03-0,004 %, никель (Ni) - 0,03-0,05 %, железо (Fe) - 0,012-0,0003 % и цинк (Zn) - 0,0036-0,0004 %. При этом ванадий и никель концентрируются в золе некоторых нефтей в количествах, соизмеримых с их содержанием в промышленных рудах.

В изотопном составе соединений нефтей преобладают легкие изотопы элементов.

В общем, в нефтях определено около 1300 индивидуальных химических соединений, которые разделяются на две группы: углеводородную, состоящую примерно из 900 индивидуальных УВ и неуглеводородную, состоящую примерно из 370 гетероорганических соединений. В обобщённом виде состав нефтей представлен в таблице 2.

Основными компонентами нефти являются углеводороды, которые представлены алкановыми, нафтеновыми, ароматическими и гибридными соединениями. В последнее время в некоторых нефтях обнаружены этиленовые УВ или алкены.

Алкановые УВ, они же метановые, парафиновые, алифатические УВ или алканы (Al)соответствуют общей формуле C_nH_2n+2, где n – количество атомов углерода, которое может изменяться от одного до нескольких десятков. Их содержание в нефтях составляет от 10 до 70 %.

Химическое строение простейших алканов – метана, этана и пропана – показывают их структурные формулы, из которых видно, что в алканах имеются два типа химических связей: С–С и С–Н. Образование ковалентных связей в алканах за счет общих электронных пар атомов углерода и водорода можно показать с помощью электронных формул:



Пространственное строение зависит от направленности атомных орбиталей (АО). В углеводородах главную роль играет пространственная ориентация атомных орбиталей углерода, поскольку сферическая 1s-АО атома водорода лишена определенной направленности.

Насыщенный атом углерода в алканах связан с четырьмя другими атомами. Каждая из четырех sp³-гибридных АО углерода образует -связи С-Н или С-С.



Четыре -связи углерода направлены в пространстве под углом 109^о28', что соответствует наименьшему отталкиванию электронов. Поэтому молекула простейшего представителя алканов – метана СН₄ – имеет форму тетраэдра, в центре которого находится атом углерода, а в вершинах – атомы водорода:



Валентный угол Н-С-Н равен 109^о28'. Пространственное строение метана можно показать с помощью объемных (масштабных) и шаростержневых моделей.

Для записи удобно использовать пространственную (стереохимическую) формулу.



В молекуле следующего гомолога – этана С₂Н₆ – два тетраэдрических sp³-атома углерода образуют более сложную пространственную конструкцию:



Для молекул алканов, содержащих свыше 2-х атомов углерода, характерны изогнутые формы. Это можно показать на примере н-бутана или н-пентана:



Алканы кроме н-алканов содержат и изо-алканы. При этом среди изо-алканов выделяются изопреноидные алканы, метильные группы СН₃, которых имеют регулярное чередование, что видно на примере пристана: (С₁₉Н₄₀):
СН₃-СН-СН₂-СН₂-СН₂-СН-СН₂-СН₂-СН₂-СН-СН₂-СН₂-СН₂-СН-СН_3.

| | | |

СН₃ СН₃ СН₃ СН₃.
Если атом углерода в молекуле связан с четырьмя различными атомами или атомными группами, то возможно существование двух соединений с одинаковой структурной формулой, но отличающихся пространственным строением. Молекулы таких соединений относятся друг к другу как предмет и его зеркальное изображение и являются оптическими изомерами или оптическими антиподами:



Молекулы оптических изомеров несовместимы в пространстве (как левая и правая руки), в них отсутствует плоскость симметрии. Таким образом, оптическими изомерами называются пространственные изомеры, молекулы которых относятся между собой как предмет и несовместимое с ним зеркальное изображение. Оптические изомеры имеют одинаковые физические и химические свойства, но различаются отношением к поляризованному свету. Такие изомеры обладают оптической активностью (один из них вращает плоскость поляризованного света влево, а другой - на такой же угол вправо). Различия в химических свойствах наблюдаются только в реакциях с оптически активными реагентами. Оптическая изомерия проявляется в органических веществах различных классов и играет очень важную роль в химии природных соединений.

Алканы, содержащие от одного до четырех атомов углерода (С₁-С₄), при нормальных условиях являются газами, от пяти до 15 (С₅-С₁₅) – жидкостями, больше 16 (С₁₆) - твердыми веществами. При этом твердые алканы от С₁₆-С₃₂ называются парафинами, а от С₃₂ и выше церезинами.