Происхождение углеводородов. Состав и свойства газа, конденсата и нефти.

Газ - одно из агрегатных состояний вещества, в котором его частицы движутся хаотически, равномерно заполняя весь возможный объем.

В XVII в. нидерландский химик Я.Б. Ван Гельмонт ввел термин “газ” (от греческого хаос) для обозначения воздухоподобных веществ.

Природные горючие газы состоят в основном из углеводородов метанового ряда. Они содержат метан, этан, пропан, бутан, пентан, гексан, а также их изомеры. Кроме углеводородов в составе природных газов могут присутствовать азот, углекислый газ, сероводород, водород и инертные (редкие) газы

Существует две теории происхождения нефти и газа: теория минерального происхождения и теория органического происхождения.

Согласно высказанной в конце XIX века Д.И. Менделеевым минеральной теории происхождения нефти в результате воздействия морской воды на углеродистое железо, в условиях высокой температуры и давления, образовались газообразные углеводороды. Однако, эта теория не получила широкого распространения, так как в составе нефти встречаются вещества несомненно органического происхождения и не доказано присутствие в недрах Земли углеродистого железа. Более признанной является теория органического происхождения нефти и газа, в разработку которой огромный вклад внесли советские ученые и прежде всего академик И.М. Губкин.

Наибольшей популярностью пользуется теория смешанного происхождения нефти и газа, согласно которой в образовании нефти и газов принимали участие животные и растительные остатки. Эти остатки под влиянием сложных химических и биохимических процессов превращались в глинистый ил, к которому могли примешиваться и остатки высокоорганизованных растений. Глинистый ил и гумусовые вещества, погруженные в соленоидные бассейны, подвергались дальнейшим изменениям и постепенно превращались в смолообразные вещества.

Веществом, послужившим основой для образования природного газа и нефти, явился органический осадок застойных водяных бассейнов, содержавший останки погибших животных организмов и водорослей.

При образовании из осадка нефти и газа процесс, вначале, носил бескислородный характер, а окислительные процессы протекали лишь за счет кислорода, содержащегося в этих органических веществах. В осадках под действием бактерий происходило разложение веществ с образованием метана. Эту первую стадию образования нефти и газа называют биохимической.

Вторая стадия началась после погружения органического осадка, когда на протекающий процесс его преобразования оказывают влияние повышенные температура и давление. В этот период, по мнению ученых, происходило образование нефти.

Рис. 1.1. Схема газонефтяного месторождения:

1 - непроницаемые пласты; 2 - пористые пласты; Н - скважина для добычи нефти; Г - скважина для добычи газа; В - скважина для водоносного пласта.

Третья стадия преобразования органического осадка соответствует периоду, когда осадок в результате дальнейшего опускания земной коры попадал в условия более высоких температур и давлений. На этой стадии протекало интенсивное термическое разложение жидких углеводородов с образованием природного газа. В зависимости от степени термического разложения, образовавшийся газ состоял из метана или из метана и некоторого количества тяжелых углеводородов (этана, пропана). Под действием различных физических и геологических факторов эти углеводороды перемещались в земной коре, образуя залежи нефти и газа. Газ и нефть в толще Земли заполняют пустоты пористых пород. Эти породы, как правило, залегают между плотными известняками или сланцевыми глинами, т.е. газонепроницаемыми породами на глубинах от нескольких сотен метров до нескольких километров.

Из курса школьной химии известно, что к органическим веществам относят углеродсодержащие вещества, как те, которые образуются в живых организмах, так и те, которые синтезируют. К синтетическим веществам относят различные полимеры, из которых получают пластмассы, красители, волокно, медицинские препараты и т.д.

Насчитывается около 6,5 млн. органических веществ, и их число продолжает расти. Это объясняется тем, что атомы углерода способны соединяться между собой и образовывать различные цепи практически любого размера. Неорганических же веществ известно всего около 500 000.

Органические вещества подразделяются на:

1. Углеводороды.

Ø Предельные углеводороды (алканы или парафины).

Общая формула С_nH_2n+2. (см. Таб.1).

Ø Циклопарафины (циклоалканы или нафтены).

Общая формула С_nH_2n. Циклопентан, циклопропан, циклобутан и др.

Ø Непредельные углеводороды (алкены, алкадиены, алкины).

Общая формула С_nH_2n, С_nH_2n-2.Этилен, пропилен, дивинил, ацетилен и др.

Ø Ароматические углеводороды (арены).

2. Бензол, метилбензол или толуол, этилбензол, винилбензол и др.

3. Спирты и фенолы.

4. Альдегиды и карбоновые кислоты.

5. Сложные эфиры. Жиры.

6. Углеводы.

В общих формулах буква n – целое число, показывающее, сколько атомов углерода содержится в молекуле данного углеводорода. Так. Например, в молекуле углеводорода декана содержится 10 атомов углерода. Его молекулярная формула С₁₀H₂₂.

Примеры представителей предельных углеводородов приведены в таблице 1.1

Метан – газ без цвета и запаха, почти в 2 раза легче воздуха, мало растворим в воде. Этан, пропан, бутан при нормальных условиях – газы. От пентана до декана – жидкости, а следующие гомологи – твердые вещества. Пропан и бутан под давлением могут находиться в жидком состоянии и при обыкновенной температуре.

Таблица 1.1