«Нефть: происхождение, состав, свойства и месторождения в России и Томской области»

МАОУ «Средняя общеобразовательная школа" № 34 г. Томска

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ПРОЕКТ

ТЕМА :

«Нефть: происхождение, состав, свойства и месторождения в России и Томской области»

Выполнила: ученица 9 «А» класса

Беспечная Наталья

ОГЛАВЛЕНИЕ.

1. Выбор и актуальность темы............................................................2

2. Методы исследования………………………………….................................3

3. История возникновения нефти…....................................................4

4. Освоение месторождений нефти в России….....………………………….6

5. Освоение нефтяных месторождений в Томской области …….....10

6. Исследование основных свойств нефти.......................................14

  6.1.Посещение Томского института химии нефти..………………...14

  6.2. Проведение лабораторных опытов..………………………………...18

7. Химический состав нефти...............................................................25

8. Заключение……………………………………………………………………………………27

9. Список использованной литературы.............................................29

Когда я выбирала тему для исследовательской работы, меня заинтересовал вопрос о нефти, ее свойствах, истории добычи, в том числе на территории Томской области.

Во-первых, нефть является одним из самых важных полезных ископаемых  на нашей планете. Это главная «стратегическая жидкость» наших дней. Нефть дает огромное количество сырья для производства топлива, различных пластмасс, лаков, красок, т. е. всего того, без чего невозможно представить жизнь современного общества.

Во-вторых, добыча нефти и ее реализация - один из основных источников доходной части бюджета разных стран, в том числе и России. Нефть добывают в 80 странах мира. Для большинства нефтяная промышленность стала главной, а иногда и единственной отраслью специализации.

В-третьих, на территории Томской области, где я живу, нефтедобыча - также одна из основных отраслей. Поэтому история моего края неразрывно связана с развитием нефтедобычи. Многие города и поселки Томской области создавались на месте исследования и освоения нефтяных скважин.

Методы исследования:

1. Поисково-исследовательский метод. Данный метод предполагает

- поиск и сбор информации об истории возникновения нефти, о ее свойствах, составе, об областях ее применения;

- исследование вопроса о развитии нефтедобычи в России и на территории Томской области;

- посещение Института химии нефти СО РАН.

2.  Лабораторный метод. Данный метод предполагает проведение опытов для выяснения свойств нефти.

Нефтеобразование — стадийный, длительный процесс образования нефти, происходивший на протяжении десятков и сотен миллионов лет.

Существует две концепции возникновения нефти:  органического (биогенного) и неорганического (абиогенного) происхождения нефти. При этом абсолютное большинство научных данных свидетельствует в пользу биогенного происхождения. Так, например, при изучении молекулярного состава углеводородов были обнаружены хемофоссилии - молекулярные структуры биогенной природы. И на сегодняшний день поиск и добыча нефти ведутся в соответствии с предсказаниями именно биогенной теории.

Согласно биогенной теории происхождения нефть сформировалась из остатков древних живых организмов. При скоплении органического вещества (остатков зоопланктона и водорослей) в водно-осадочных отложениях происходило их постепенное преобразование. В условиях древних теплых морей, богатых питательными веществами, органическое вещество поступало на дно быстрее, чем могло разложиться. При погружении осадков на глубину 3-6 км, с повышением температуры свыше 50 °C, органическое вещество  подвергалось термическому  распаду, при котором могли образовываться жидкие углеводороды, в том числе низкомолекулярные (C5-C15). Жидкие нефтяные углеводороды имеют повышенную подвижность, и микронефть может мигрировать из нефтематеринских пород по коллекторам, собираясь в ловушках.

Нефтеобразование весьма длительный процесс, занявший по различным оценкам от 50 до 350 млн лет. Выделяются следующие стадии нефтеобразования:

Осадконакопление — во время которого остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;

биохимическая — процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;

протокатагенез — опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5 — 2 км, при медленном подъёме температуры и давления;

мезокатагенез или главная фаза нефтеобразования (ГФН) — опускание пласта органических остатков на глубину до 3 — 4 км, при подъёме температуры до 150 °C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки;

Альтернативой биогенной теории является теория абиогенного происхождения нефти на сверхбольших глубинах из неорганического углерода и водорода в условиях колоссальных давлений и высоких температур. Но в настоящее время абиогенные гипотезы нефтеобразования не позволяли делать эффективных прогнозов для открытия новых нефтяных месторождений.

Нефтяная промышленность России является крупнейшим источником финансовых поступлений в бюджет страны. Это и не удивительно, поскольку «чёрное золото» считается одним из самых дорогих отечественных природных ресурсов.

По объёму его добычи наше государство занимает одно из лидирующих позиций на планете. Здесь его доля, согласно аналитическим данным, составляет порядка 13 %.

Большинство исследователей утверждают, что история нефтяной промышленности России берёт своё начало ещё в пятнадцатом веке. Именно тогда в Ухте впервые были обнаружены запасы «чёрного золота». Первое же производство по его добыче основано жителем Архангельска в 1745 году. На протяжении целого века добыча нефти являлась очень убыточным занятием, что объяснялось узкой сферой её применения. Лишь после изобретения керосиновой лампы в 1853 году спрос на это полезное ископаемое вырос многократно.

Начало добычи Нефтяная промышленность России начала активно развиваться с появлением первой разведочной нефтяной скважины, которая была пробурена на Апшерском полуострове в 1847 году, а ещё через семнадцать лет на реке Кудако (Кубань) началась промышленная добыча. В 1879 году в городе Баку начало функционировать «Товарищество производства нефти братьев Нобель», которое специализировалось не только на добыче сырья, но и на его переработке. Предприятие создало свою сеть по перевозке и реализации «чёрного золота», в которую вошли нефтепроводы, вагоны, нефтебазы с подходом железнодорожных путей и танкеры.

Революционные события, которые происходили в стране в начале прошлого века, привели к кризису во всех отраслях экономики. Не стала исключением и добыча углеводородного сырья. Государственный переворот привёл к оттоку зарубежных инвестиций и сокращению объёма добычи нефти сразу в несколько раз.

Лишь после стабилизации в двадцатых годах государственной политической системы развитие добычи и переработки «чёрного золота» начало постепенно возвращаться в прежнее русло. Во времена советской власти оно постоянно развивалось.

С 1960 года в России были освоены огромные месторождения Поволжья, Тимано-Печоры и Западной Сибири.

Карта, на которой отмечены крупнейшие месторождения этого полезного ископаемого, представлена ниже. Западная Сибирь стала главным центром отрасли.

Основные места размещения нефтяных месторождений

Более 3/4 общероссийской добычи нефти дают восточные районы России (месторождения Ханты-Мансийского автономного округа, Тюменской и Томской областей), на втором месте — Уральский район, нефтепромыслы которого концентрируются в Башкирии, Пермской и Оренбургской областях, на третьем месте — Поволжье, а в его пределах — Татарстан и Самарская область. По объемам нефтепереработки выделяются два, почти равнозначных по ее масштабам, района — Поволжье и Урал.

Томская область образует третий по значению центр нефтедобывающей промышленности Западной Сибири, обладающий развитой сырьевой базой и нефтяной инфраструктурой.

Карта местонахождения основных месторождений нефти Томской области

К наиболее крупным месторождениям относятся Советское, Первомайское, Лугинецкое, Таловое, Крапивинское. Средняя выработанность начальных запасов открытых месторождений составляет 30%, а перечисленных крупных месторождений 17-58%.

На указанной выше карте хорошо видно, что основная масса разработанных месторождений сосредоточена в настоящее время на западе Томской области.

Вместе с тем, как я узнала из рассказа ученых Томского института химии нефти СО РАН, известно о больших запасах нефти также на  востоке Томской области, но эти месторождения еще не разработаны. Эти ресурсы нефти в Томской области превышают согласно геологическому прогнозу уже разведанные запасы в 1.8 раза, что создает возможность многолетней сырьевой обеспеченности нефтедобывающих предприятий.

Как же происходило освоение нефтяных месторождений в Томской области?

Для оценки минеральных богатств любой территории необходимо провести довольно разнообразные геологические исследования. Прежде всего следует осветить геологическое строение данной территории маршрутными исследованиями, на основании которых можно выделить наиболее перспективные площади. Далее на этих площадях надо провести геологическую съемку и создать геологическую карту, представляющую собой синтез наших представлений о формировании данного участка земной коры и возможного нахождения тех или других полезных ископаемых. В результате многочисленных маршрутных исследований такая карта для Западной Сибири, в том числе и для Томской области, была составлена. После составления геологической карты стало ясно, что территория области покрыта мощным чехлом молодых рыхлых отложении третичного и четвертичного возраста, где залегают породы, которые могут содержать различные полезные ископаемые, в том числе: нефть, газ, уголь.

Но какие породы, какого возраста залегают ниже третичных и четвертичных отложений, долгое время оставалось неизвестным.

С целью познания глубинной геологии края с 1947 г. начали применяться геофизические исследования, было начато опорное глубокое бурение. Первая опорная скважина была пробурена в г. Колпашеве Томской области.

Геофизические исследования в комплексе с опорным глубоким бурением позволили установить, что нефтегазоносные толщи на территории Томской области могут быть связаны с мезозойскими отложениями. Последнее подтвердилось получением в 1953 г. небольшого количества нефти в Колпашевской скважине и фонтана газа в Березовской скважине на северо-западе низменности. Эти два факта возвестили об открытии новой нефтегазоносной области.

По современным представлениям на территории области выделяются 6 нефтегазоносных районов: Нижне-Вартовский, Ново-Васюганский (нефтеносный), Александровский, Средне-Васюганский, Пудинский (нефтегазоносные),  Парабельский (преимущественно газоносный).

Первое промышленное месторождение нефти, Советско-Соснинское было открыто в области в 1962 г. В геологическом отношении оно расположено в Нижневартовском нефтегазоносном районе. Советско-Соснинское месторождение было не только первым, оно оказалось и самым крупным по запасам. День 18, августа 1962 года стал самым радостным днем для бригады (бригадир Николай Пономарев), коллектива Александровских нефтеразведчиков и Новосибирского геологического управления, а для нашей области — Днем рождения томской нефти.

Николай Пономарев, чья бригада пробурила скважину на Соснинском месторождении

В настоящее время на территории Томской области большинство месторождений углеводородного сырья комплексные. Разведанные запасы нефти на начало 2015 года составляли более 700 миллионов тонн, ее накопленная добыча достигла 342,9 миллиона тонн. Геолого-разведочные работы в регионе осуществляют 32 предприятия. Осуществляют добычу углеводородного сырья 15 предприятий.

Уровень добычи нефти в Томской области в 2015 году составил 10,8 миллиона тонн. Доля нефтегазовой отрасли в настоящее время составляет почти четверть в налоговых доходах Томской области и обеспечивает около 30 % валового регионального продукта.

Ежегодно в области открываются по несколько новых месторождений нефти, геофизическими методами подготавливаются новые площади под глубокое бурение. Область таит в своих недрах еще очень большие запасы нефти и газа.

Таким образом, с начала 60-х годов XX в. развитие Томской области во многом определила разработка нефтяных и газовых месторождений. Опорной базой для развития промышленной добычи нефти был выбран поселок Стрежевой. В 1966 г. образовано нефтепромысловое управление "Томскнефть". В последующие десятилетия построены нефтепровод Александровское – Анжеро-Судженск, магистральный газопровод Нижневартовск – Парабель – Кузбасс, мостовые переходы через реки Обь и Томь.

Одновременно с развитием нефтяной промышленности в Томске развивается научная деятельность в области исследования нефти.  В 1970 году был основан Институт химии нефти для развития комплексных исследований в области химии и технологии нефти Западной Сибири.

Основными направлениями научной деятельности института являются физико-химические основы технологий увеличения нефтеотдачи, химия нефти (состав, строение, свойства), химические аспекты рационального природопользования и экологии, в том числе научные проблемы очистки окружающей среды от загрязнений нефтью и нефтепродуктами с применением микробиологических и физико-химических методов.

Для того, чтобы лучше изучить характеристики и свойства нефти,  я побывала в Томском институте химии нефти.

Институт химии нефти

Там, в музее института, я смогла ознакомиться с различными образцами нефти, изучить породы, в которых залегает нефть.

  Образцы пород, в которых залегает нефть. Стенд в музее института химии нефти

Я увидела, что цвет нефти бывает очень разный - от практически прозрачного до черного.

В музее института химии нефти. Возле стенда «Образцы нефти Западной Сибири»). Какая она разная - нефть!

Прозрачная, светлая нефть содержит больше легких фракций. Но настоящее время ее практически не осталось на территории России.

По словам сотрудников института на территории Томской области нефть в основном темно-коричневого цвета. Она довольно вязкая.

Образец нефти с Лугинецкого месторождения Томской области (стенд в музее института химии нефти)

Сотрудники института также обратили внимание, что на территории Томской области нефть сейчас добывают в основном на западе примерно на глубине 3 км. Это глубина мезозойских пластов.

На востоке области, где также сосредоточены большие, но еще малоразработанные запасы нефти, она залегает примерно на глубине 4 км – это уже отложения палеозойского периода.

Меня также поразил стенд, где представлены возможности использования нефти.

Мы привыкли использовать ее в-первую очередь в качестве источника энергии. Но,  на самом деле, нефть – это удивительное и ценнейшее природное богатство и из него можно производить большое количество предметов потребления.

  Применение нефти (Стенд в музее института)

Нефть играет значительную роль в современном мире. Добыча нефти и ее переработка влияют практически на все стороны нашей цивилизации и на качество жизни каждого из нас. Нефть оказывает влияние на наш транспорт, пищу, одежду, жилища, места проживания.

Нефть используется не только как топливо, но и для создания:

Полимеров и резины (пластмасса, полимерные плёнки, синтетические ткани, резина), строительных материалов (битум, асфальт), масел и смазок (смазочное масло, электроизоляционное масло, гидравлическое масло, пластичная смазка), прочих продуктов (чистящие средства, растворители).

Когда я была в институте, ученые дали мне небольшое количество нефти (За что им огромное спасибо) и я получила возможность провести ряд опытов.

В химической лаборатории института химии нефти

6.2. Проведение лабораторных исследований

Каковы же основные свойства нефти?

Для этого  был проведен ряд лабораторных исследований. В ходе исследования были изучены такие свойства нефти, как цвет, запах, агрегатное состояние, вязкость, плотность по сравнению с водой, растворимость в воде, маслянистость, горючесть.

1) Цвет.

Пробирку наполнили небольшим количеством вещества. Посмотрим на свет. Вещество темно-коричневого, почти черного цвета. Непрозрачное. Это, насколько я теперь знаю, свидетельствует о преобладании в составе нефти более тяжелых фракций.

2) Запах.

Аккуратно подносим пробирку с веществом к лицу. Выясняется, что нефть имеет резкий запах. Такой запах нефти придает наличие серы.

3) Агрегатное состояние.

При наклоне пробирки с нефтью, вещество обладает текучестью. Принимает форму сосуда. Объем при этом сохраняется. Таким образом, агрегатное состояние – жидкое.

4) Вязкость.

Вязкость — свойство любой жидкости, в том числе и нефти, оказывать сопротивление перемещению ее частиц относительно друг друга, т. е. характеризует подвижность жидкости.

Поместим нефть в холодильник и доведем ее до температуры - 5 градусов. Затем я попробовала перелить нефть в другой сосуд и заметила, что вещество стало более вязким, чем при комнатной температуре. Таким образом, при понижении температуры нефти, ее вязкость увеличивается.

5) Плотность. Для определения этого свойства исследуемого вещества, я в емкость с водой аккуратно налила небольшое количество нефти. Вся нефть осталась на поверхности воды. Из курса физики мы знаем, что жидкости с меньшей плотностью легче и поднимаются наверх. Таким образом, делаем вывод, что плотность нефти меньше плотности воды.

6) Вышеназванный опыт также показывает, что нефть не растворяется в воде. Вещество остается на поверхности воды, а если аккуратно вылить воду, на стенках емкости мы увидим нефть.

7) Маслянистость.

Поставим пробирку в штатив. Чтобы узнать следующее свойство нефти, проделаем опыт. Поставим перед собой лоток. Возьмем стеклянную палочку и аккуратно, не спеша опустим в пробирку с нефтью. Приподнимем палочку, дадим стечь нефти, а потом прикоснемся к листу бумаги, который находится у нас в лотке. Смотрим, какой след остался на бумаге. И это не случайно. Нефть - маслянистое вещество.

На ощупь) жидкость также схожа с маслом. Если на лист бумаги накапать жидкость, мы также увидим пятна, похожие на масляные.

8) Горючесть.

Для проверки этого свойства нефти попробуем поджечь небольшое количество исследуемого вещества.

Обнаруживаем, что нефть хорошо горит, поэтому она - горючее вещество. При этом, горящую нефть невозможно потушить водой. Учитывая, что процесс горения требует доступа кислорода, чтобы погасить горящую нефть, необходимо обеспечить перекрытие доступа воздуха. Для этого я накрыла горящую нефть металлической чашей.

Изучив научную литературу, я нашла подтверждение своим опытам, а также дополнительно выяснила много новой  интересной и важной информации. Так, нефть бывает от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса нефти 220—400 г/моль. Плотность обычно 0,82—0,95 г/смі; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой.

Я узнала также, что температура кристаллизации бывает очень разная - от −60 до + 30 °C и зависит в основном от содержания парафина в нефти (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже).

Как выяснилось, вязкость также изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 ммІ/с для различных немфтей, добываемых в России), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость).

Удельная теплоёмкость нефти-  1,7—2,1 кДж/(кг∙К);

Удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг, что является ее огромным преимуществом среди других горючих веществ.

Химический состав нефти

Ознакомившись в лабораторных условиях с основными свойствами нефти, я решила узнать о ее химическом составе.

Что же представляет собой нефть с точки зрения химического состава?

Нефть  — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений.

Нефть представляет собой смесь около тысячи индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (более 500, что составляет обычно 80—90 %) сернистые, азотистые и кислородные соединения (до 250 веществ, около 4—5 %), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые). Остальные компоненты — растворённые углеводородные газы, вода, минеральные соли и пр. (их доля мала).

Вот, например, как выглядит элементный состав нефти Крапивинского месторождения Томской области (по данным исследования лаборатории гетероорганических соединений нефти Института химии нефти СО РАН):

Плотность – 867 кг/м3

С (углерод) – 83,27 %

Н (водород) – 11,02 %

N (азот)  - 0,35 %

S  (сера)  - 1,0 %

Крапивинское нефтяное месторождение является одним из наиболее крупных месторождений Томской области, запасы которого оцениваются в 36,5 млн тонн. Согласно общим характеристикам нефть Крапивинского месторождения является типичным представителем нефти на территории Томской области.

Следует отметить, что исследование состава нефти, накопление информации об ее химической природе и физико-химических свойствах (которыми в том числе занимаются ученые Томского института химии нефти) является крайне важным для решения проблем, связанных с добычей, транспортировкой и переработкой нефти. Кроме того, это имеет большое значение для изучения вопросов рационального использования этого ценного, но, к сожалению, ограниченного полезного ископаемого, а также играет огромную роль для  решения экологических проблем.

Заключение

Слово «нефть» привычно для каждого из нас. Оно настолько прочно вошло в жизнь каждого, что мы порой не задумываемся об этом удивительном веществе.

Когда я начинала свой исследовательский проект, мне было интересно узнать что же такое нефть, из чего она состоит, каковы ее свойства, каково происхождение.

По мере того, как я все больше узнавала о нефти, я удивлялась, сколько еще неизведанного и интересного таит в себе это чудо природы.

Я узнала, что образование нефти – это очень сложный процесс, который шел на протяжении многих миллионов лет. Моря и океаны, температура, органические и другие вещества, различные природные явления участвовали в этом процессе.

Я выяснила, что состав нефти очень разнообразен, в нее входит огромное количество разных веществ, которые оказывают влияние на ее свойства.

Поэтому из-за различия состава, глубины залегания, места нахождения, времени формирования  свойства нефти также очень отличаются.

Мне было интересно узнать, как развивалась нефтяная промышленность в России и в Томской области. И хотя нефть была известна людям очень давно, ее активное освоение и добыча началась только в прошлом веке. Вместе с тем, это развитие шло довольно быстрыми темпами и иногда с освоением нефти связаны образование и история целых городов, например, города Стрежевого в Томской области.

Я с удовольствием побывала в Томском институте химии нефти, познакомилась с увлеченными и интересными людьми – сотрудниками института, которые дали мне возможность побывать в музее института, химической лаборатории, ознакомиться с образцами нефти, особенностями нефти, добываемой в Западной Сибири, в Томской области.

И, наконец, получив образец нефти, я имела возможность в лабораторных условиях самостоятельно исследовать свойства нефти.

Кроме того, я сделала презентацию своего исследовательского проекта и надеюсь, что она поможет мне и моим одноклассникам в изучении школьного материала.

Таким образом, проводя свое исследование, я узнала много новой и интересной информации. Это очень расширило мой кругозор, увеличило мои знания в области химии, физики, истории. Я хотела бы и дальше продолжить изучение свойств этого удивительного вещества, вопросов его использования, нефтедобычи. Важным и интересным является также вопрос об охране окружающей среды в процессе нефтедобычи и нефтепереработки. Кроме того, учитывая, что запасы нефти ограничены и этот природный ресурс является невозобновляемым, мы должны подумать о ее рациональном и разумном использовании, о наших будущих поколениях.

Проведенная исследовательская работа еще больше повысила мой интерес к изучению нефти и других углеводородов. Поэтому в дальнейшем я хотела бы продолжить свои исследования.

Список использованной литературы