Элементарный состав нефтей и горючих газов

Основным элементом, входящим в состав нефтей и природных горючих газов углеводородного состава является углерод (С). Его содержание колеблется в нефтях от 79,5 до 87,5 % и в более широком диапазоне: в газах – от 42 до 78 %. Второй по значению элемент – водород (Н) – содержится в количестве 11 – 14 % в нефтях, в природных углеводородных газах составляет более 14 – 24 % [23].

Эти компоненты – С и Н – в нефтяных и природных горючих газах связаны между собой в углеводородные соединения, различные по химическому составу и свойствам. В составе нефтей нередко большую роль играет кислород (содержание от 0 до 5 %), азот (от 0 до 3 %), сера (до5 %); соответственно нефти бывают окисленными, азотистыми и сернистыми.

Групповой состав нефтей и нефтяных газов

В плане геохимического изучения нефти более важным, по сравнению с элементарным составом, является групповой состав.

Нефть представляет собой смесь веществ различных классов с неизменным преобладанием УВ; при термической разгонке нефтей многие сложные природные соединения разлагаются, и в в нефти они уже являются вторичными продуктами.

В составе нефтей указываются следующие классы соединений, включая вторичные:

1) углеводороды (от С_nН_2n+2 до С_nН_2n-20);

2) полициклические ароматические углеводороды (от С_nН_2n-22 до С_nН_2n-30);

3) сернистые соединения;

4) карбонатные соединения;

5) азотистые соединения;

6) смолистые соединения;

7) минеральные вещества.

По физическому состоянию различают углеводороды: от СН₄ до С₄Н₁₀ – газы; С₅Н₁₂ – С₁₆Н₃₄ – жидкости; С₁₇Н₃₆ – С₃₅Н₇₂ – твердые (парафины) [23].

Нефти

В составе нефтей присутствуют три основные группы УВ: парафиновые, нафтеновые и ароматические. Встречаются также и некоторые производные этих УВ, а также соединения, представляющие сочетание различных типов УВ. Обычно преобладают УВ парафинового (метанового) или нафтенового ряда. В меньших количествах встречаются УВ ароматического ряда [76, 78].

Алканы (метановые, парафиновые УВ) углеводороды общей формулы С_nН_2n+2. Углеродный скелет алканов представляет собой линейные или разветвленные цепи углеродных атомов, соединенных простыми связями. Алканы, имеющие линейную структуру, называются нормальными (н-алканами), а алканы с разветвленной углеродной цепью – изоалканами. Температура кипения и плавления изоалканов ниже, чем н-алканов с тем же числом углеродных атомов. Алканы химически наиболее инертная группа УВ, неспособная к реакциям присоединения. Основные реакции алканов – термическая деструкция, изомеризация, дегидрирование, окисление. Наибольшим содержанием алканов (до 70%) характеризуются легкие нефти из мезозойских и палеозойских отложений, залегающие на глубинах более 2000 м [76].

Цикланы (нафтеновые УВ) характеризуются формулой С_nН_2n. Эти соединения имеют замкнутую УВ цепь и, как и парафиновые УВ, являются насыщенными. По плотности, температуре кипения и показателю преломления цикланы занимают промежуточное положение между алканами и аренами с тем же числом углеродных атомов в молекуле. Эти особенности УВ разных классов используются для определения группового и структурно-группового состава фракций нефти и масел битумоидов. По многим химическим свойствам цикланы подобны алканам. Содержание цикланов в нефтях и битумоидах ОВ колеблется от 25 до 75 %. Цикланы связаны с бассейнами молодой альпийской склачатости и залегают в отложениях палеоген-неогенового возраста (Сахалин, Аляска, Венесуэла, Калифорния, Азербайджан и др.) [76].

Арены (ароматические УВ) – класс углеводородов общей формулы С_n Н_2n-p (р = 6, 12, 14, 18, 20, 24, 28, 30, 36), содержат хотя бы одно бензольное кольцо (так называемое ароматическое ядро). Арены наряду с алканами и цикланами составляют основную массу УВ ископаемого ОВ. Эти соединения обладают повышенной химической активностью по сравнению с метановыми и нафтеновыми УВ. Они имеют высокую растворяющую способность, значительно лучше растворимы в воде и органических растворителях, чем метановые и нафтеновые УВ, и неограниченно растворяются друг в друге. В нефтях и битумоидах РОВ пород моноциклические арены представлены бензолом (С₆Н₆) и его гомологами; бициклические арены – нафталином (С₁₀Н₈) и бифенилом (С₁₂Н₁₀) и их гомологами; три-, тетра- и другие полициклические арены – фенантреном (С₁₄Н₁₀ ), антраценом и другими. По физическим и химическим свойствам арены существенно отличаются от алканов и цикланов [76, 78].

Ввиду невозможности определения всех индивидуальных компонентов нефти широко применяется так называемый групповой состав, показывающий содержание парафиновых, нафтеновых и ароматических УВ. В зависимости от группового состава выделяются метановые, метаново-нафтеновые, нафтеновые, нафтеново-ароматические и ароматические нефти.

Нефти – парадоксальные образования в составе земной коры: обладают плотностью меньшей чем у воды, причем, с глубиной плотность нефти снижается. В среднем она составляет 0,80 – 0,87 г/см³, варьируя в целом от 0,76 до 0,99 г/см³, в редких случаях достигая 1,04 г/см³. Вязкость нефти составляет от 1,41 до 600 м^*Па^*с (величина обратная текучести). Плотность и вязкость нефти являются функциями пластовой температуры и количества растворенных в ней газов.

Наблюдается некоторая связь между плотностью и цветом нефти: все светлые нефти обладают меньшим удельным весом, чем все темные. Нефти желтого цвета обладают плотностью 0,777- 0,798 г/см³, янтарного (более желтого) – 0,792-0,820, вишнево-красного (сураханская нефть) – 0,802 – 0,840, плотность коричневых нефтей варьирует в пределах от 0,798 до 0,967 г/см³; плотность белой нефти – 0,763 г/см³. Темная окраска тяжелых нефтей обусловлена содержанием большого количества смолистых, углистых и асфальтообразных веществ. Нефти, в которых преобладают УВ парафинового ряда, легче нефтей с УВ нафтенового ряда, а эти последние – легче нефтей ароматических [78].

Дериваты нефти – производные нефти, т.е. вещества, которые образуются или могут быть получены из нефти: бензины, дизельное топливо, керосины, мазут, нефтяные масла, нефтепродукты специальног назначения (жидкие парафины, нефтяные битумы, технический углерод, нефтяной кокс, нефтяные растворители, парафины, церезины, вазелины, смазочно-охлаждающие жидкости, пластификаторы) [75].