Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Нефть это органическое соединение


Органическое вещество неморского происхождения

⇐ ПредыдущаяСтр 40 из 52Следующая ⇒

Большое количество органического вещества сносится в моря реками. Как показано в табл. 11-1, содержание органических веществ в общей массе сносимого реками материала может превышать 50% [51].

 

Таблица 11-1

Содержание органического материала в твердых веществах, растворенных в речных водах (%)1

Река Содержание ОВ Река Содержание ОВ
Дунай 3,25 Амазонка 15,03
Джемс 4,14 Мохок 15,34
Моми 4,55 Делавэр 16,00
Нил 10,36 Лох-Hex, Ирландия 16,40
Гудзон 11,42 Шингу 20,63
Рейн 11,93 Тапажос 24,16
Камберленд 12,08 Ла-Плата 49,59
Темза 12,10 Негру 53,83
Дженеси 12,80 Уругвай 59,90

¹С1аrk, Bull. 770, U.S. Geol. Surv., p. 110, 1924.

 

По-видимому, наиболее вероятным потенциальным материнским веществом из всего обилия биохимических органических соединений, которые образуются на суше и сносятся в океан реками, является гумусовый материал, состоящий из гуминовой кислоты (С20Н10О6), галлеина (С20Н12О7) и ульминовой кислоты (С20Н14О6). Эти гумусовые вещества образуются при медленном разложении лигнинов в торфе и нередко встречаются в почве, обогащенной разложившимися остатками растений [52]. Огромное количество гуминовой кислоты постоянно образуется в заболоченных районах, в особенности в тропиках, и сносится в океаны и моря как в растворенном, так и в коллоидальном состоянии. Смешивание пресных и соленых вод приводит к выпадению органического вещества в осадок [53]. При температуре 6°С растворимость гуминовой кислоты в воде составляет 1/8333, а при 100°С ‑ 1/625. Следовательно, даже одно только изменение температуры может оказаться достаточным для интенсивного осаждения части органического вещества, растворенного в морской воде.

Воск и смолы - продукты жизнедеятельности многих наземных растений. Обычно они более устойчивы к разложению, чем другие органические остатки и, видимо, являются исходным веществом для растворимых в бензоле восков, получаемых промышленным путем из лигнитовых углей в Европе и США. Аналогичный воск обнаружен также в некоторых торфяных отложениях. Он представляет собой типичное органическое вещество, но из-за тесной связи с породой его обычно относят к так называемым «минеральным воскам», таким, например, как озокерит и парафиновые углеводородные соединения. В состав этого воска входят эфиры, кислоты, спирты, кетоны, углеводороды и смолы [54]. Средний состав (в %) по пяти анализам растворимых в бензоле восков из США и Европы представлен»ниже [55]:

 

Водород 11,9
Углерод 79,4
Азот 0,1
Сера 0,4
Зола 0,2
Кислород 7,8

 

Исходное вещество УВ образуется, видимо, в самой верхней части почвы, откуда оно вымывается грунтовыми водами и попадает в реки. Мак-Дермотт (личное сообщение) исследовал органический материал, распространенный в самой верхней части почвы и на глубине 5-7 футов (1,5-2 м) в округе Тейлор, Техас, и установил следующий состав воска (%):

Верхняя часть почвы На глубине5-7 футов

Водород 10,6 11,9

Углерод 71,5 75,2

Кислород 10,8 12,4

Азот 0,0 0,5

Зола 7,1 0,0

Молекулярный вес 170,0 475,0

Температура плавления 32-36°С 33-38°С

 

Воска нерастворимы в воде и обычно тесно связаны с частичками почвы. Их содержание в приповерхностных условиях изменяется в очень широких пределах и в среднем составляет около 300 ч. на млн. (0,03%), но в образцах из более глубоких горизонтов ‑ порядка 75 ч. на млн. (0,0075%) при весьма небольших отклонениях от этой средней величины. По мнению Мак-Дермотта, воска образуются частично из углеводородных газов, мигрирующих снизу и концентрирующихся в приповерхностной зоне, частично же в результате фотосинтеза. Кроме того, они могут образоваться и в самом почвенном слое, хорошо прогреваемом солнцем и потому обогащенном микроскопическими растениями. Понижение концентрации восков с глубиной можно объяснить вымывающим действием грунтовых вод.

Если бы все поверхности несогласий в геологическом разрезе пород, находящихся в субаэралыгых условиях, служили местом накопления подобных углеводородов, то существовал бы постоянный источник органических веществ, поставляемых в океаны, пока на Земле светило бы солнце и развивалась бы жизнь микроскопических растений.

Разложившиеся остатки травы и корней в верхней части почвы содержат непредельные УВ и все предельные УВ до С6. Спектрографический анализ свидетельствует о теснейшей связи этих УВ с растительностью. Иными словами, почвенные УВ, если не полностью, то по крайней мере частично, являются производными этой растительности, а не результатом миграции УВ из нижерасположенных залежей (на последнем предположении основаны геохимические методы поисков нефти и газа). Кроме того, это доказывает, что ОВ, сносимое потоками в моря, может содержать огромное количество УВ, которые без дальнейших существенных изменений могут превратиться частично в нефтяные УВ осадочных отложений [56].

Кейт [57] утверждает, что процесс оподзоливания или передвижение органического материала, металлов и глинистых частиц вниз по разрезу почвенного профиля может сопровождаться каталитическими реакциями, способствующими превращению частп ОВ в битуминозные компоненты, включая уголь [?] н нефтяные УВ. Хотя такие процессы и очень сложны, они тем не менее возможны п должны учитываться в качестве вероятных источников нефтяных УВ и асфальтово-смолистых веществ.

Переотложенная нефть. Нефтяные УВ и связанные с нимп асфальтово-смолистые вещества в процессе эрозии нефтяных залежей пли скоплений других нафтидов на суше могут, по-видимому, сноситься реками в океаны и моря и переотлагаться вместе с другим осадочным материалом, образующим в последующем как коллекторы, так и неколлекторы. Возможны два основных источника эродированных нафтидов: 1) нефть, рассеянная в глинах и карбонатных породах-неколлекторах [т.е. первичная дисперсная микронефть], 2) нефть, содержавшаяся в месторождениях, подвергшихся в послепалеозойское время размыву. К этой нефти добавляются углеводороды, которые образовались на поверхности земли, по-видимому, в результате фотосинтеза и впоследствии были эродированы. По всей вероятности, более устойчивые тяжелые УВ и асфальтово-смолистые вещества микронефтей в материнских породах и нефтей из нефтеносных коллекторов значительно легче сохраняются и переоткладываются. Возможно, именно этим объясняется то обстоятельство, что нефти молодых третичных отложений обычно отличаются повышенной плотностью. [Совершенно неправдоподобное предположение. Главный фактор утяжеления нефтей - их гипергенные изменения в залежах]. Олеофильные свойства некоторых глин и нерастворимого [в органических растворителях] ОВ способствовали переносу этих углеводородов [в составе микронефтей] из областей эрозии в океаны. Объем этого источника нафтидов [УВ] огромен, и вполне допустимо предполагать, что по крайней мере часть их сохранилась от разрушения (в данном случае основного процесса) на всем пути от областей эрозии до океана и вошла в состав осадков.

 

Превращение органического вещества в нефть и газ

Помимо углеводородов, в живых организмах имеются также производные углеводородов с гетероэлементами, сходные по составу с асфальтово-смолистыми компонентами нефтей и легко превращающиеся в нефтяные УВ. Это преобразование, по-видимому, происходит частично за счет все новых притоков нефти; оно, по всей вероятности, имело место и раньше, а именно когда процессы диа- и катагенеза осадков уже закончились. Это подтверждается широким распространением рассеянных углеводородов в неколлекторских породах. Содержание этих УВ и их соединений в породах относительно ничтожно, но сам объем пород настолько велик, что общее количество рассеянных в них нефтяных У В [микронефти] значительно превышает возможное количество промышленной нефти на всем земном шаре1.

Превращение первичного ОВ в нефть и газ начинается с момента его отложения в осадках в восстановительных условиях, при этом необходимы следующие источники энергии: 1) деятельность бактерий, 2) температура и давление, 3) каталитические реакции, 4) энергия радиоактивного распада.

 

Деятельность бактерий

Доказательством значения жизнедеятельности бактерий для образования нефтяных УВ может служить хорошо известный, происходящий на наших глазах процесс разложения ОВ под действием бактериального брожения, одним из продуктов которого является метан. В природе происходят очень многие биохимические реакции с участием бактерий; часть этих реакций воспроизведена в лабораторных условиях. Одни бактерии для своей жизнедеятельности нуждаются в свободном кислороде (аэробные бактерии), другие используют только связанный кислород и не могут существовать в присутствии свободного кислорода (анаэробные бактерии), третьи живут как в аэробных, так и в анаэробных условиях (факультативные бактерии). Бактерии размножаются очень быстро при самых различных температурах и давлениях, в пресных и минерализованных водах, в почве, ручьях, озерах и болотах. Быстрый распад ОВ в поверхностных условиях - в основном следствие интенсивного размножения аэробных бактерий. И наоборот, одной из главных причин медленного разложения ОВ или даже полного отсутствия этого разложения в восстановительных условиях является незначительное количество бактерий в результате недостатка кислорода. Основные источники кислорода ‑ растворенные в воде воздух и углекислота. Ниже поверхности дна моря содержание свободного кислорода в осадках резко снижается и начинают преобладать анаэробные бактерии как основной восстанавливающий фактор в процессе диагенеза осадков и, возможно, еще длительное время после их захоронения. Обнаружение сульфат-восстанавливающих анаэробных бактерий в скважинах [59] свидетельствует о продолжающемся восстановлении после захоронения осадков. [Микрофлора в пластовых водах в скважинах может не быть уна­следованной или ископаемой, а является вторичной, привнесенной в недра вместе с инфильтрационными водами.]

¹По расчетам советских и американских ученых, микронефти в 30-100 раз больше, чем нефти. - Прим. ред.

 

Бактерии выполняют, видимо, различные функции, но все они в конечном счете приводят к преобразованию продуктов распада ОВ в нафтиды. Доказательством этого служат как данные лабораторных опытов, так и результаты полевого наблюдения.

Исследователи по-разному интерпретируют степень участия бактерий в процессе нефтеобразования: одни полагают, что бактерии могут полностью превращать ОВ в нефть и газ, другие считают, что они способны только частично изменять ОВ, делать его нефтеподобным [создавать пред-УВ]. Бактерии, в частности, способны восстанавливать некоторые виды ОВ, увеличивать содержание в нем азота (вернее, содержание аммония), связы­вать свободную серу, продуцируя сероводород. Современные лабораторные эксперименты показали, что бактерии генерируют из органического вещества только метан; вопрос продуцирования бактериями тяжелых углеводородов находится еще в процессе изучения. [В составе протоплазмы многих бактерий обнаружены метановые, нафтеновые и ароматические УВ.]

Значительный вклад в изучение роли бактерий в образовании нефти и газа внесен Зобеллом и его сотрудниками в Скриппсовском океанографическом институте в Ла-Холья, Калифорния [60]. Они обнаружили большое количество живых бактерий в современных осадках океанического дна. Количество жизнеспособных бактерий измерялось тысячами на 1 г осадка в слое мощностью свыше 20 футов (6 м). Эти бактерии или их энзимы (ферменты), действующие как органические катализаторы, способны вызывать многочисленные химические изменения в органическом веществе.

На распределении различных видов микроорганизмов сказываются географические и геологические условия [61], определяющие тип ОВ, являющегося пищей для микроорганизмов, и влияющие на их активность. Например, в 3-4 футах ниже поверхности дна дельтовые глинистые илы обогащены бактериальной флорой несравнимо больше, чем карбонатные осадки.

Огромное количество бактерий обнаружено также в древних отложениях и в нефтяных залежах на глубинах нескольких тысяч футов. Правда, в этих случаях никогда нет полной уверенности, что бактерии не занесены в скважину глинистым раствором в процессе бурения. Однако бактерии обнаружены и в нефтях из таких скважин, которые эксплуатируются уже много лет, что указывает на рост бактерий, по крайней мере в настоящее время, в самих нефтеносных горизонтах. Зобелл приходит к выводу, что в нефти жизнедеятельность этих бактерий, многие из которых являются факультативными, не прекращается ни в условиях повышенной солености, ни при давлении до 150 000 фунт/кв. дюйм (10 500 атм), ни при температуре до 85°С.

В высоковосстановительной среде бактерии способствуют превращению растительных и животных остатков в нефтеподобные вещества, отщепляя от различных органических соединений кислород, азот, серу и фосфор. Общее направление этих реакций показано в табл. 11-2. Повышенное содержание кислорода в морском сапропеле обусловливает развитие в нем аэробных бактерий; по мере погружения содержание

 

Таблица 11-2 Содержание кислорода в различных материалах (%)

Вещество Элемент
углерод водород кислород азот фосфор
Морской сапропель Современные осадки Древние осадки Нефть 0,5 0,3 0,4 0,8 0,6 0,3 0,1

 

кислорода уменьшается, что приводит к смене аэробных бактерий анаэробными [62].

Бактерии не только принимают непосредственное участие в образовании ОВ и превращении его в нефтяные УВ, но могут также способствовать дальнейшему развитию этих углеводородов иными путями. Некоторые из процессов такого рода описываются ниже.

Высвобождение водорода. Брожение органического вещества в условиях отсутствия свободного кислорода, как показал Зобелл [63], может привести к высвобождению заметных количеств водорода. Этот процесс воспроизведен и в лабораторных условиях. Брожение, вызываемое анаэробными бактериями, к образованию свободного водорода не приводит. Можно назвать три возможных причины отсутствия свободного водорода. Во-первых, водород может связываться углекислым газом, давая метан:

СО2+4Н2- → СН4+2Н2О.

Во-вторых, некоторые бактерии в присутствии водорода способствуют восстановлению сульфатов с образованием сероводорода:

SО4+5h3-→ h3S+4h3О.

И наконец, бактерии усиливают процесс гидрогенизации непредельных (ненасыщенных) органических соединений.

Во всех этих реакциях анаэробные бактерии, широко распространенные в морских осадках, играют роль органических катализаторов. Таким образом, в морских отложениях продукты восстановительных реакций (метан, сероводород, предельные углеводороды) доляшы встречаться несравненно чаще, чем свободный водород. В этом смысле очень показательно, что ненасыщенные соединения в нефтях и газах не обнаружены.

Высвобождение нефти из осадочных пород. Известно несколько способов высвобождения бактериями нефти, связанной в нефтенасыщенных породах: 1) растворение карбонатов при воздействии Н2СО3 и органических кислот, генерируемых бактериями; нефть высвобождается при образовании в известняках и доломитах пор и каверн растворения; 2) углекислый газ, один из продуктов жизнедеятельности бактерий, насыщает нефть и, снижая ее вязкость, способствует ее движению; 3) углекислый газ, продуцируемый бактериями in situ, способствует увеличению внутреннего давления газа, что в свою очередь приводит к вытеснению нефти из отдельных «карманов» через поры в породе; 4) некоторые бактерии сильнее прикрепляются к твердым поверхностям, чем нефть, и поэтому «оттесняют» ее от стенок пор. Это так называемые тигмотаксные [стремящиеся к соприкосновению] бактерии. Существуют бактерии, которые продуцируют детергентные (моющие), или поверхностно-активные, вещества, высвобождающие нефть с твердых поверхностей главным образом вследствие изменения межфазного натяжения.

Бактериальное высвобождение нефти из растений. Некоторые растения синтезируют заметные количества углеводородов [био-УВ, или фито-УВ]. Селективное (выборочное) разложение этого растительного материала бактериями может привести к высвобождению таких био-УВ и аккумуляции их в осадках.

Бактериальное окисление. Большая часть нефтяных УВ в определенных условиях легко окисляется бактериями. В морских осадках обнаружены многочисленные микроорганизмы, потребляющие углеводороды. Их всегда очень много также в почве вокруг нефтехранилищ, нефтяных скважин и естественных выходов нефти и газа. Нефть в приповерхностной зоне почв может быть полностью разложена этими бактериями в течение нескольких месяцев, в то время как под водой она может сохраняться без изменений в течение многих лет. Длинноцепочные алифатические (парафиновые) соединения окисляются значительно быстрее, чем соответствующие ароматические и нафтеновые соединения.

 

Теплота и давление

Давление совместно с теплотой или даже одно давление оказывает существенное влияние на превращение ОВ в нефть и газ. [Основным фактором образования УВ из ОВ пород является температура.] Этот процесс может происходить как при участии катализаторов, так и без них (см. стр. 484-485). В свое время Рич показал, что «нефть возгоняется из карбонатных пород в результате высокотемпературного крекинга и затем мигрирует латерально в более холодные зоны под воздействием газов, генерирующихся в процессе возгонки нефти» [64]. Экспериментальные исследования Сейера позволили ему сделать вывод о том, что «трансформация воскообразных веществ может быть приравнена к крекингу, который протекает при низкой температуре и высоком давлении и основными продуктами которого являются циклические углеводороды» [65].

Твердое ОВ, как, например, обнаруживаемое в горючих сланцах и «материнских породах», представлено пиробитумами. Для разложения его на жидкие и газообразные вещества необходима температура порядка 662-752°F (350-400°С)¹. В связи с этим становится весьма спорным распространенное мнение о том, что присутствие в нефтях порфиринов служит доказательством того, что температура в них никогда не превышала 392°F (200°С) [66]. Но роль температуры может сыграть время. В этом случае следует согласиться со значением порфиринов как «геологического термометра» и принять, что максимально высокой в нефтегазоносных пластах была температура 200°С. В залежах замерены температуры до 113°С, а наиболее высокая температура, равная 325°F (163°С), определена в непродуктивной разведочной скважине в округе Саблетт, Вайоминг, в песчаниках Фронтиер (мел) на глубине 20 521 фут (6250 м). Пластовые температуры большинства нефтяных залежей в настоящее время не превышают 200°F (93°С), а во многих из них температура никогда не превышала эту величину и раньше.

Трейбс и другие [67, 68] показали, что реакции, протекающие за геологически длительный период времени, требуют значительно более низких температур, чем те же реакции в обычных лабораторных условиях. Манер и Зиммерли обнаружили, что переход керогена в горючем сланце в битум, растворимый в четыреххлористом углероде, зависит не только от температуры, но и от времени. Другими словами, реакция идет при любой температуре, но при низкой температуре требуется более длительное время. Однако даже при крайне медленном течении реакции за геологическое время может образоваться значительное количество ее конечного продукта. Если бы время не играло такой роли в процессе низкотемпературной трансформации органического вещества, то даже ничтожная часть современного количества ОВ могла бы дать огромную массу нефтяных УВ. Как и во многих геологических проблемах, в этом случае время - фактор, практически не поддающийся учету.

Хотя при разложении керогена нефтяные УВ и не образуются, многочисленные жидкие углеводороды и нефтеподобные производные углеводородов [асфальтово-смолистые вещества], входящие вместе с твердым ОВ

¹Разложение начинается при более низких температурах (около 170°С), но протекает очень медленно (при экспериментах образование заметного количества битумоида при 180°С потребовало нескольких месяцев). В природе этот процесс за миллионы лет может осуществляться при еще более низких температурах (но, по-видимому, не менее 65-70°С). - Прим. ред.

 

в состав керогена, могут быть в конечном счете преобразованы в нефть и газ, а температура и давление могут в значительной степени способствовать этому процессу. Кероген же остается в породе в виде ненефтяного остатка.

 

Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

Погребенное органическое вещество - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Погребенное органическое вещество

Cтраница 1

Основное направление превращения погребенного органического вещества сапропелевого типа состоит в потере кислорода в виде углекислоты и воды. Само собой разумеется, это не единственное направление реакции, а только преобладающее, потому что одновременно может происходить образование метана, сероводорода и аммиака, что не увеличивает, а снижает запасы водорода и с этой точки зрения является процессом, невыгодным в смысле образования углеводородных смесей. Выделение метана в начальных стадиях превращения вещества сапропелевого типа происходит бактериальным путем и не сопровождается образованием гомологов метана. Эти процессы происходят также и в последующие стадии превращения образовавшейся нефти. Биологическое нроисхождедие метана связано, вероятно, с потерей карбоксильной группы и обязано сопряженным окислительно - восстановительным биохимическим процессам, идущим в точном соответствии с законами термодинамики. Экспериментально показано, что меченый углеродный атом, введенный в карбоксильную группу, выделяется в виде углекислоты или метана, и поэтому, очевидно, бактерии не могут создать более сложные гомологи, нежели метан. Процесс декарбоксилирования может протекать и при низких температурах без участия организмов, но при наличии алюмосиликатных катализаторов, что проверено и опытным путем. При этом возникают новые вещества нейтральной природы как содержащие кислород ( кетоны), так и содержащие только метановые, нафтеновые и ароматические углеводороды. Часть воды образуется при этом за счет ангидридизации кислот, а также при дальнейших превращениях нейтральных кислородных соединений. Термокаталитическое превращение кислот может служить, следовательно, источником углеводородных смесей, характерных для цефти. Жировой материал после гибели организмов прежде всего подвергается ферментативному гидролизу с образованием глицерина и жирных кислот, вероятно, также и окси-кислот, если начальные стадии изменения протекали в доступной кислороду водной среде, что более или менее вероятно при медленном накоплении донных осадков. В дальнейшем оксикислоты теряют воду и превращаются в непредельные кислоты, вступающие в разнообразные реакции по двойным связям и декарбоксилирования. Во всяком случае невозможно предполагать, что декар-боксилирование может сразу дать углеводороды, соответствующие цени углеродных атомов исходной жирной кислоты.  [1]

Главным источником углеводородов признается погребенное органическое вещество, испытывающее различные последовательные превращения, состоящие в потере гетерогенных атомов.  [2]

Если принять первое объяснение, то неизбежен вывод, что все погребенное органическое вещество превращалось в углеводороды, так как в некоторых случаях пространство, первоначально занятое органическими остатками, теперь почти целиком заполнено нефтью. Даже пустоты, образовавшиеся в результате растворения кальцита, кремнезема или растворимых в воде эвапоритов, содержат жидкие углеводороды. Таким образом, первая гипотеза маловероятна по биологическим и геохимическим причинам.  [3]

Генезис нефти и газа нужно рассматривать и изучать в связи с коллоидными преобразованиями погребенных органических веществ, сохраняющих мицелярное строение, от торфа до антрацита. Необходимо детально расшифровать в химическом аспекте констатированные в Большом Донбассе и других районах закономерности пространственного размещения месторождений угля, газа и нефти.  [4]

Сложные гетероциклические соединения, многообразные формы веществ со смешанными функциями являются первичной формой превращения погребенного органического вещества. Часть смолистых веществ нефти является примером подобного рода соединений. Они, с одной стороны, превращаются в более простые углеводородные, сперва также очень сложные соединения, с другой - переходят в результате диспропорционирования водорода в еще более сложные полициклические соединения, являющиеся, так сказать, отходами нефтеобразовательного процесса. С химической точки зрения одинаково невозможно представить себе ни прямое превращение погребенного органического вещества в углеводороды, ни образование при этом метановых углеводородов. Последние знаменуют собой не начальные, а конечные стадии превращения, предшествующие окончательной гибели нефти и превращению ее в метан и графит.  [5]

Если исходить из совершенно неправдоподобного допущения, что углеводороды нефти сразу, непосредственно возникают из погребенного органического вещества, минуя всевозможные промежуточные стадии, превращение нефти ограничивается переходом одних углеводородов в другие. Такое допущение находится в настолько полном противоречии с основными химическими законами, что о нем невозможно говорить даже в предположительной форме.  [6]

Таким образом, наличие внутри конкреций жидкой нефти и твердых битумов можно объяснить или непосредственным образованием углеводородов на месте микроорганизмами, жившими за счет погребенного органического вещества, или проникновением нефти в норовое пространство конкреций из окружающих слоев.  [7]

Четкая специфика условий преобразования органического вещества в различных сферах миграции углерода определяет и специфику органических форм на разных этапах естественной истории нефти. Изучение различных форм органического вещества в осадочных отложениях показывает, что нефтеобразование допустимо рассматривать только как сугубо селективный процесс, захватывающий очень небольшую, вполне определенную по своей природе часть погребенного органического вещества, в то время как основная масса последнего практически не имеет значения.  [8]

Четкая специфика условий преобразования органического вещества в различных сферах миграции углерода определяет и специфику органических форм на разных этапах естественной истории нефти. Изучение различных форм органического вещества в осадочных отложениях показывает, что нефтеобразование допустимо рассматривать только как сугубо селективный процесс, захватывающий очень небольшую, вполне определенную по своей природе часть погребенного органического вещества, в то время как основная масса последнего практически не имеет значения.  [9]

Восстановительная среда нефтяных месторождений придает этим превращениям особый характер: в недрах нот кислорода и следовательно нет условий для образования таких простых соединений, которые всегда образуются на поверхности; превращения замирают на стадии углеводородов. Одновременно гетерогенные элементы, ранее входившие в состав органического вещества в виде группы ОН, NHs, СООН и других, переходят в малоактивные формы: азот внедряется в циклическую группировку, кислород и сера приобретают инертный характер мостиковых связей, образуя прочные соединения; переживающие превращения нефти на значительном отрезке ее истории. Поэтому превращения погребенного органического вещества в восстановительной обстановке могут протекать и протекают только в направлении от сложных молекул к более простым. Углеводородный же материал до такой степени переработан, что уже не сохранил унаследованных признаков исходного вещества. Это положение, собственно говоря, не дает возможности проводить какие-либо аналогии и связи в свойствах нефти и различных органических исходных материалов. Поэтому весь вопрос об исходном органическом веществе нефти должен решаться не столько природой этого вещества, сколько его потенциальными запасами и геохимическими условиями его судьбы в осадочных породах.  [10]

Что же касается присутствия нефти в изверженных породах, то нефть, газ и вода при высоком давлении составляют один флюид. Нефть и газ могут проникать всюду, куда проникает вода, и достигать по разломам значительных глубин. Известны также случаи возгонки погребенных органических веществ при горячем контакте с изверженными породами. Однако нефтеподобные продукты в данном случае образуют незпачрмель-ные скопления.  [11]

Что же касается присутствия нефти в изверженных породах, то нефть, газ и вода при высоком давлении составляют один флюид. Нефть и газ могут проникать всюду, куда проникает вода, п достигать по разломам значительных глубин. Известны также случаи возгонки погребенных органических веществ при горячем контакте с изверженными породами. Однако нефтеподобные продукты в данном случае образуют незначительные скопления.  [12]

Исходное вещество нефти осаждается часто вместе с глинистыми частицами, не образуя таких осадков, в которых органическое вещество являлось бы преобладающим, исключение составляют некоторые сланцы. Таким образом, уже с самого начала создается обстановка, благоприятная для каталитических превращений. Однако подобные осадочные образования всегда находятся в условиях, близких к температурам, характерным для земной поверхности. Углеводородное перерождение погребенного органического вещества возможно лишь тогда, когда смесь органического вещества и глинистых веществ попадает, в силу погружения, в области более высоких температур, в так называемую область катагенеза. Из этого следует, что нефть не образуется непрерывно из постоянно накопляющихся органических остатков - необходима смена геологической обстановки. Таким образом, образование углеводородов следует отнести на какие-то другие этапы, вообще говоря, отдаленные от этапов осадконакоп-ления. Далее судьба органических веществ, в частности углеводородов, диктуется уже не химическими факторами. Промышленные нефтяные месторождения концентрируются не в глинах, а в более пористых породах, активность которых в отношении превращения едва ли является высокой. Однако в природе все осадочные породы, в том числе пески и карбонатные породы, часто содержать примесь и глинистых веществ, которые могли играть роль в превращении нефти, попавшей в пористые породы этого типа. Поэтому превращение нефти может протекать и во вторичных коллекторах, если к этому имеются соответствующие условия. В настоящее время все подобные вопросы далеки от разрешения главным образом потому, что нам неизвестны способы миграции нефти и самое явление миграции не очевидно в некоторых случаях.  [13]

Газоснабжение предприятий цементной промышленности осуществляется в основном природными и в некоторых случаях попутными газами. Природные и попутные газы относятся к естественным газам. Единого мнения о происхождении естественных газов не существует. Однако большинство исследователей предполагает, что естественные газы образовались из погребенных органических веществ. Природные газы в свободном состоянии находятся в недрах земли на глубине в несколько тысяч метров. Попутные газы выделяются попутно в процессе добычи нефти при снижении ее давления в скважине. Попутные и природные газы, поступающие на заводы, предварительно очищаются от конденсата ( жидкие фракции топлива) и обезвоживаются.  [14]

Сложные гетероциклические соединения, многообразные формы веществ со смешанными функциями являются первичной формой превращения погребенного органического вещества. Часть смолистых веществ нефти является примером подобного рода соединений. Они, с одной стороны, превращаются в более простые углеводородные, сперва также очень сложные соединения, с другой - переходят в результате диспропорционирования водорода в еще более сложные полициклические соединения, являющиеся, так сказать, отходами нефтеобразовательного процесса. С химической точки зрения одинаково невозможно представить себе ни прямое превращение погребенного органического вещества в углеводороды, ни образование при этом метановых углеводородов. Последние знаменуют собой не начальные, а конечные стадии превращения, предшествующие окончательной гибели нефти и превращению ее в метан и графит.  [15]

Страницы:      1

www.ngpedia.ru

Органическая химия

Органическая химия — это наука об углеродных соединениях, произведенных живыми организмами. Сейчас известно более двух миллионов органических соединений, которые делятся на несколько групп — алканы, алкены, спирты и др. Многие из этих соединений входят в состав нефти, которая представляет собой останки древних организмов, и играют важную роль в производстве пластмасс, красителей, косметики и лекарств.

Органические соединения

В составе органических соединений атомы углерода связаны с атомами других элементов, в т.ч. водорода и кислорода. Атомы соединены друг с другом сильными ковалентными связями. Соединения, содержащие только атомы углерода и во­дорода, называются угле­водородами. Метан (СН4) — основная составляющая природного газа представляет собой простой углеводород. Органические соединения разделяются по семействам, называемым гомологическими рядами. Алканы и алкены относятся к разным гомологическим рядам. Каждый ряд состоит из тысяч соединений, место которых в ряду определяется числом атомов углерода в их молекулах. Модели молекул первых трех соединений из ряда алканов. У метана один атом углерода, у этана два и у пропана три. Названия соединений, содержащих один атом углерода, начинаются с «мет». «Эт» означает два атома углерода, а «проп» — три. Соединения одного гомологического ряда имеют сходные химические свойства, но их физические свойства разнятся. Соединения с малым числом атомов углерода — это газы, с большим — жидкости, а с еще большим — твердые вещества.

Ковалентные связи

Число органических соединений столь велико из-за того, что атомы могут образовывать длинные цепочки или кольца. Атомы удерживаются вместе благодаря мощным ковалентным связям, т.е. электроны их внешних оболочек находятся «в общем пользовании». Углерод формирует простые, двойные и даже тройные ковалентные связи. В про­стой связи каждая пара атомов делит одну пару электронов, в двойной связи участвуют две пары электронов, в тройной — три. На схемах строения молекул связи представлены в виде черточек, соединяющих атомы. Органические соединения с простыми связями «насыщены», т.к. они не имеют свободных электронов для связей с другими атомами. Соединения с двойной связью «ненасыщенны», — двойная связь может раскрыться и связать новые атомы. При реакции насыщенного органического соединения с другим соединением связи разрываются и некоторые атомы со­единения замещаются другими. Такая реакция называется реакцией замещения. Например, фреон (СF2Сl2) образуется в результате замещения в метане атомов водо­рода атомами фтора (F) и хлора (Сl). Раньше фреон использовался как вытеснитель в аэрозолях, но поскольку выяснилось, что фреон разрушает озоновый слой, так как он является хлорфторуглеродом, то сейчас используются другие вытеснители.

Ненасыщенные соединения активнее насыщенных. Они могут образовывать связи с другими атомами, не отрывая атомов от собственных молекул. В этом случае реакция называется реакцией присоединения. При реакции этилена с бромом двойные связи этилена раскрываются, и атомы брома присоединяются к молекуле. При реакции этилена с бромом образуется дибромэтилен, который добавляют в бензин. Изучение реакций различных органических соединений дало химикам возможность синтезировать (производить) их в лабораторных условиях. Химики умеют делать витамины, создавая молекулы точно такие же, как молекулы витаминов, существующих в природе. Химия также помогла создать новые органические вещества, используемые при производстве пластмасс, пестицидов, красителей, растворителей, красок, лаков и лекарств.

Алканы

Алканы – это гомологический ряд углеводородов, где атомы углерода соединены простой ковалентной связью. В природных условиях алканы встречаются в составе нефти и природного газа. Многие из них используются как топливо. Метан, основная составляющая природного газа, служит топливом для газовых плит и отопления. Если молекулы алканов небольшие, как, например, у метана, алканы являются газами; алканы с молекулами по-больше – жидкости (керосин, бензин). Если в молекуле больше 16 атомов углерода, алкан твердый. Керосин – авиационное топливо. Он представляет собой смесь алканов с 9-15 атомами углерода в молекуле. Алканы легко сгорают, поэтому их используют как топливо. Бензин – это смесь алканов; сжатые до состояния жидкости пропан и бутан автотуристы перевозят в баллонах и используют для приготовления пиши. Дихлордифторметан может служить охладителем в холодильниках, вытеснителем в аэрозолях, а также для создания пустот в пористом полистироле (см. статью «Пластмассы и природные полимеры»).

Алкены

Алкены — это гомологический ряд углеводородов, в которых имеется двойная связь между атомами углерода. Названия соединений этого ряда оканчивается на «ен». Первый из алкенов — этен (С2Н4), или этилен. «Метен» не существует, так как для двойной связи у алкена должно быть как минимум два атома углерода. Алкены активнее алканов, потому что благодаря своим двойным связям являют­ся ненасыщенными соединениями. Каждый атом углерода может раскрыть одну из двух связей и присоединить новый атом, не нарушая структуру молекулы. Алкены ис­пользуются для производства пластмасс, например полиэтилена, посредством реакции присоединения, в ходе которой много молекул алкена объединяются в длинную цепочку. В природе алкены встречаются ред­ко; их получают, разбивая на фрагменты большие молекулы алканов, входящих в со­став нефти. Пластмассы получают путем реакции присоединения. В них участвуют молекулы таких соединении, как этен. Гоночные автомобили делают из прочного материала кевлара – пластмасса, укрепленной искусственными волокнами. Кевлар гораздо легче металла.                                             

Гидрирование

Гидрирование — это химическая реакция, в ходе которой атомы водорода присоединяющиеся к молекулам ненасыщенных соединений, например алкенов, по двойным ковалентным связям. Продукты реакции являются насыщенными соединениями, поскольку в них имеются только простые связи. Гидрирование — это реакция присоединения. Этилен и водород  вступают в реакцию и образуют этан. Водород присоединяется по двойной связи. Этан — это алкан, насыщенное соединение.

Растительные масла, такие, как подсолнечное, арахисовое, кокосовое, — это жидкости, содержащие алкены. Значит, масла — ненасыщенные соединения. Для образования твердых жиров, напри­мер маргарина, алкены ма­сел должны превратиться в алканы путем гидрирования. Для этого через масло пропускают водород; никелевый ка­тализатор ускоряет реакцию. Образовавшееся вещество можно намазывать на хлеб, т.к. при комнат­ной температуре оно остается твердым.

www.polnaja-jenciklopedija.ru