VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

"Нефть.Нефть?Нефть!Нефть..."

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Мерзлякова П.А. 1

---

1МБОУ СОШ с. Уральского

Бадртдинова Л.Р. 1

---

1МБОУ СОШ с. Уральского

Работа в формате PDF

5.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение.

Нефть – это самый важный геологический ресурс на нашей планете и самая главная «стратегическая жидкость» наших дней. Нефть дает огромное количество сырья для производства топлива, различных пластмасс, лаков, красок, косметических средств, т. е. того, без чего невозможно представить жизнь современного человека (Приложение 1). Нефть добывают в 80 странах мира, и с каждым годом ее добыча увеличивается (Приложение 2).

Бездумная эксплуатация нефти может привести к ее дефициту, а активная добыча и использование – к загрязнению окружающей среды. Человек пытается выкачать из земли всё, что она может дать, не задумываясь о том, что природные запасы земли не бесконечны. Нефтяные запасы не смогут пополниться, ведь на это уйдут тысячи лет. В конце концов, человечество может статься без нефти. Для того, чтобы это не произошло, нужно знать, как правильно её добывать, использовать и перерабатывать.

На территории нашего сельского поселения находится Злодаревское нефтяное месторождение, где работает львиная доля населения села Уральского. Уже сложились трудовые династии, в частности, мои дедушка и бабушка Дуевы Иван Иванович и Нина Павловна, а также мой папа Мерзляков Александр Андронович (Приложение 3) всю жизнь проработали нефтяниками, да и многие учащиеся нашей школы собираются пойти по стопам родителей.

Именно поэтому данная исследовательская работа очень актуальна для нас и направлена на изучение свойств нефти и ее запасов на Злодаревском нефтяном месторождении. Она охватывает следующие предметные области: математику, химию, географию, экологию.

Таким образом, целью работы является изучение физических свойств нефти Злодаревского нефтяного месторождения и ее запасов.

Задачи:

* Изучить научную информацию о свойствах и структуре нефти.

* Получить информацию по структуре и запасам нефти на территории Злодаревского нефтяного месторождения.

* Опытным путем определить плотность и давление насыщенных паров.

* Предоставить математические расчеты на данную тему.

Объектом исследования являются свойства и структура нефти Уральской нефтяной компании (УНК[1]), предметом – опыты, математические расчеты, научная литература.

В процессе исследования была выдвинута гипотеза: состав нефти с данного месторождения обладает высокими качествами и пригодна для использования во многих областях промышленности, а ее запасов хватит на длительный период времени.

Практическая значимость исследования: данный материал может быть использован на уроках математики, химии, профориентации.

Методы исследования:

- Изучение литературы и интернет – ресурсов;

- Анкетирование школьников;

- Опыты;

- Математические расчеты;

- Обработка и анализ полученных результатов.

Глава первая. «Во всей Вселенной пахнет нефтью»

Загадка происхождения нефти

В связи с происхождением нефти высказывается несколько теорий, каждая из которых имеет право на существование. Каково же происхождение нефти? Почему одни страны богаты этим ресурсом, а другие страдают от его недостатка? Ученые разработали несколько теорий происхождения нефти [2] (Приложение 4):

Биогенная

Неорганическая

Космическая

Биогенное происхождение нефти является одной из самых популярных гипотез образования «черного золота» в недрах нашей планеты. Биогенную теорию происхождения сформулировал И. М. Губкин. Согласно ей, эта жидкость возникла в результате разложения растений и животных на дне различных водоемов. Останки в результате различных химических процессов разлагались. Находящиеся на глубине более 3000 метров они высвобождали углеводороды. Это очень длительный процесс, поэтому запасы нефти практически не возобновляются.

Неорганическая теория происхождения

Д. И. Менделеев считал, что нефть образовалась в результате реакции воды, попадающей в разломы горных пород и встречающейся с карбидами железа. После реакции воды с карбидами, образуемые при такой реакции вещества, поднимались выше и окончательно формировались за счет более низких температур. Этот процесс, по мнению сторонников гипотезы, происходит постоянно. Поэтому, уменьшение запасов «черного золота» не грозит человечеству.

Теория космического происхождения нефти

Главной альтернативой вышеописанных гипотез является космическая теория происхождения нефти. Ее основоположник - В. Д. Соколов считал, что образование этого ресурса стало возможным благодаря попаданию на землю неорганических компонентов из космоса. Теория обрела жизнь после подтверждения наличия углеводородных радикалов на звездах и метеоритах.

Последние исследования показали наличие метана и аммиака в атмосферах близких планет: Юпитера, Нептуна, Урана и Сатурна. Это позволяет сделать вывод, что углеводород может содержаться на любом космическом теле, но почти не образовываться на земле, а значит и запасы нефти невозобновимы.

Свойства нефти

Чтобы разобраться в проблеме нефтяных запасов обратимся к химическому составу нефти. Нефть – это смесь углеводородов, молекулы которых содержат в своем составе примеси кислорода, серы, азота с чистыми углеводородами (т.е. не содержащими примеси других химических элементов). Предельно важными характеристиками для исследования являются: элементарный, фракционный и углеводородный состав нефти.

Физические свойства

Различают следующие основные физические свойства нефти: плотность, вязкость, сжимаемость и другие. Плотность определяется как соотношение массы к объему. Различают легкую и тяжелую нефть, в зависимости от того по какую сторону она находится от плотности 900 кг/м3. Газовые конденсаты, бензин, керосин относятся к легкой, а мазут к тяжелой нефти. Вязкость нефти определяется ее подвижностью, т.е. способностью сопротивляться перемещению частиц относительно друг друга. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Первая из них зависит от времени, кинематическая вязкость характеризует ее изменение в зависимости от температуры.

Электрические свойства.

Рассматривая электрические свойства нефти необходимо отметить, что во многом они зависят от ее состава. Безводная нефть является диэлектриком, парафины могут выступать в качестве изоляторов, а некоторые масла годятся для заливки трансформаторов. Она также способна удерживать и накапливать электрические заряды, возникающие от ее трения об стенки резервуаров. Эту способность можно отнести к вредным и опасным свойствам нефти, создающим угрозу возникновения пожара от малейшей искры.

В зависимости от вышеперечисленных свойств можно говорить о восстребованности нефтепродуктов. Однако, какой бы ни была нефть – легкой или тяжелой, на сегодняшний день это самый важный энергоноситель.

Месторождения в России.

По добыче нефти Россия занимает 2 место в мире, а по запасам 6-ое [4] (Приложение 5,6). Основная база страны – Западная Сибирь (70% добычи нефти). Крупнейшие месторождения – Самотлорское, Ромашкинское, Приобское. В перспективе возможна разработка новых месторождений на шельфе Каспийского, а так же Баренцева, Карского и Охотского морей. Часть нефти перерабатывается, однако большинство нефтеперерабатывающих заводов находится на европейской территории России.

Пермский край

В настоящее время на территории Пермского края открыто более 160 месторождений углеводородного сырья (Приложение 7). Наши месторождения в большинстве не крупные. Их хватит ненадолго, поэтому новые скважины открываются постоянно. Остаточные запасы составляют около 450 млн. тонн нефти. Объемы запасов в крае позволяют нам жить спокойно еще лет 30 - 40.

Преимущественно добыча ведется в центральных и южных районах области. Северные месторождения в районе Соликамска и Березников, не смотря на свою перспективность, разрабатываются слабо. Это связано с тем, что нефть здесь залегает на большой глубине под соляными пластами. Наиболее освоенными месторождениями нефти и газа являются Полазненское, Краснокамское, Куединское, Осинское и Чернушинское.

1.4 Злодаревское нефтяное месторождение Пермского края

Оно относится к Осинскому месторождению и находится в 170 км от Осы (Приложение 8). Злодаревское месторождение было открыто в апреле 1977 года при проведении поисково-разведочных бурений Осинским управлением буровых работ [1]. Месторождение было многопластовым, состоящим из 5 пластов, последовательно расположенных на глубине от 1000 до 1500 метров. Это, по принятым у нефтяников меркам, небольшие глубины. В 7 км от Злодаря проходил магистральный трубопровод системы АК «Транснефть» [5,6]. Главным был вопрос о входе в эту систему. Условия были известны: нефть, «сдаваемая в трубу», должна быть регламентируемого качества. Технически и технологически это условие могло быть соблюдено, и работы начались.

В мае 1993 года из недр Злодаревского месторождения были получены первые тонны промышленной нефти (Приложение 9,10).

1.5 Математический аспект

159 литров — объем американского барреля. Эта несистемная единица измерения широко применяется в нефтяной экономике. В одной тонне — около 7,5 барреля, но точное значение зависит от плотности конкретного сорта нефти;

в мире ежедневно добывают около 80 миллионов баррелей, или 12,7 миллиарда литров, нефти;

13 500 метров — протяженность самой длинной нефтяной скважины в мире на месторождении Чайво у берегов Сахалина. Правда, вглубь она уходит менее чем на 2,5 км, зато на 12 км тянется по горизонтали;

1700 млрд баррелей — мировые доказанные запасы нефти, которые можно извлечь с помощью существующих технологий;

34 млрд баррелей — годовое потребление сырой нефти в мире. Ожидается, что к 2020 году оно вырастет на 7–11%;

1700 / 34 = 50 — на столько лет хватит доказанных запасов нефти при современном потреблении. Однако открытие новых месторождений и совершенствование способов извлечения нефти могут увеличить этот срок в два-три раза;

8900 км — протяженность самого длинного в мире нефтепровода «Дружба», построенного Советским Союзом в 1960–1970-х годах для экспорта нефти из Волго-Уральской нефтегазоносной области в соцстраны Восточной Европы;

60% мировой нефтедобычи приходится на долю «слонов» (так называют гигантские источники черного золота), остальные 40% — на долю «мышей» (маленьких месторождений);

0,3 градуса — на столько поднимется температура поверхности Земли из-за выброса 730 гигатонн CO₂, если сжечь все запасы нефти. Это некритичное для планеты повышение. Но если добавить уголь и газ, выбросы достигнут 18 000 гигатонн и температура подскочит на недопустимые 6–10 °C. Поэтому от ископаемого топлива придется отказаться раньше, чем оно кончится;

10 литров воды можно вскипятить, если полностью использовать энергию сгорания одного литра нефти, который стоит сейчас меньше доллара;

53 миллиарда долларов — потери компании BP, связанные с крупнейшей в истории нефтяной аварией на буровой платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе в 2010 году. Из этой суммы 21 миллиард — наложенный на компанию штраф, остальное — убытки и ликвидация последствий. За три месяца в океан вытекло тогда 3 миллиона баррелей нефти.

Глава вторая. Практическая часть

2.1 Анкетирование учащихся 9-11 классов.

Для определения уровня сформированности знаний учащихся 9-11 классов по теме «Нефть», а также с целью выяснения, интересует ли респондентов работа в компании ООО «УНК-Пермь», было проведено анонимное анкетирование, в котором приняли участие 46 человек. (Приложение 11)

Результаты анкетирования. (Приложение 12)

В результате анализа полученных данных выяснилось:

68 % всех опрошенных не знают, какими физическими свойствами обладает нефть;

43% опрошенных смогли назвать от 1 до 3 нефтяных месторождений Пермского края;

21% будущих выпускников собираются поступать в учебные заведения, связанные с нефтяной отраслью;

86 % подростков считают работу в Уральской нефтяной компании перспективной.

Анализируя все данные, можно сделать вывод, что большинство учащихся не знают о свойствах нефти, но считают нефтяную отрасль перспективной. Таким образом, проблема на данном этапе актуальна и ее необходимо рассмотреть.

Что именно мы можем сделать для этого? Мы должны расширить кругозор знаний учащихся через воздействие на информационное пространство с помощью статистических данных, опытов и расчетов.

2.2 Проведение опытов

Нефть разных месторождений и даже разных скважин одного месторождения отличается по физическим и химическим свойствам. Именно свойства определяют направление переработки нефти и влияют на качество полученных нефтепродуктов.

На территории УНК расположена химическая лаборатория, в которой работают высококвалифицированные специалисты на различных опытных установках, с помощью которых можно проводить следующие исследования (Приложения 13-18):

- определение парафина в нефти;

- определение давления насыщенных паров (ДНП);

- определение кинематической вязкости;

- определение массовой доли серы;

- определение концентрации хлористых солей;

- определение массовой доли воды;

- определение плотности нефти.

Для того чтобы определить какими свойствами обладает нефть Злодаревского месторождения, были проведены лабораторные опыты, но согласно технике безопасности, исследования в лаборатории могут проводить лица, старше 18-ти лет. Самыми безопасными из них являются определение плотности нефти и определение давления насыщенных паров, который я провела самостоятельно под руководством опытных наставников.

Эксперимент 1 – «Определение плотности нефти» (Приложения 19-20)

Проведение опыта:

Метод определения основан на действии гидростатического закона Архимеда - глубина погружения тела в жидкость зависит от плотности жидкости.

Цилиндр для ареометра (прибор для измерения плотности жидкостей и твёрдых тел), устанавливаем на ровную, горизонтальную поверхность в месте, где нет сквозняков и температура окружающего воздуха не изменяется более чем на 2 °C. Пробу нефти переносим в чистый, сухой цилиндр, предварительно перемешав ее в закрытом контейнере.

Термометр погружаем в цилиндр, заполненный подготовленной пробой испытуемого продукта, и перемешиваем палочкой для выравнивания температуры и плотности по всему объему цилиндра. Записываем показания термометра. Ареометр берем за верхний конец стержня, свободный от шкалы, и погружаем его в испытуемый образец, до тех пор, пока до предполагаемой отметки ареометрической шкалы не останется 2 - 3 деления, затем отпускаем стержень легким вращательным движением. При этом ареометр не должен касаться стенок цилиндра и часть стержня, расположенная выше уровня погружения ареометра, остается сухой и чистой. Опыт проводим три раза при различных температурах.

Результаты опыта:

Выводы:

С уменьшением температуры, плотность увеличивается;

Согласно таблице (Приложение 21), нефть Злодаревского месторождения относится к тяжелому типу;

А значит она дает на выходе большое количество «темных» нефтепродуктов (мазут), а выгоднее производить «светлые» (бензин), вследствие чего она достаточно дешевая.

Эксперимент 2 – «Определение ДНП» (Приложения 22-23 )

Проведение опыта:

ДНП – важная характеристика нефти. Она характеризует испаряемость, безопасность транспортировки, хранение и применение данного продукта [8]. Для проведения опыта собираем установку «Бомба Рейда» (Приложение 24). Собираем установку «Бомба Рейда», которая состоит из следующих узлов:

топливная камера;

воздушная камера;

резьбовое соединение с манометром.

Присоединяем манометр через резьбовое соединение к воздушной камере (для герметизации используем уплотнительное кольцо). Топливную камеру заполняем испытуемым образцом до верхнего края. Переворачиваем, чтобы нефть стекла в воздушную камеру и энергично встряхиваем, чтобы создать давление. Погружаем «Бомбу Рейда» в водяную баню при температуре 37,8°С так, чтобы обе камеры находились в воде, а манометр выше уровня воды. Через 5 минут замеряем давление. Снова встряхиваем и повторяем опыт.

Результаты опыта:

Выводы:

По результатам опыта получили, что давление не превышает 66,7 кПа (нефть, ДНП которой превышает 66,7 кПа считается взрывоопасной).

Нефть с данного месторождения относится к первой группе. Это удалось выяснить, основываясь на результатах опытов проведенных специалистами по определению массовой доли воды, механических примесей и органических хлоридов,концентрации хлористых солей.

А значит она высокого качества.

Таким образом, нефть Злодаревского месторождения (Приложение 25):

- относится к третьему классу (высокосернистая);

- тяжелого типа;

- первой группы;

- первого вида.

Отсюда следует, что добыча нефти на Злодаревском месторождении достаточно выгодна и продукт востребован на внутреннем рынке.

2.3 Расчет запасов нефти

Среди возможных методов подсчета запасов нефти объемный метод является основным - универсальным - применим в контурах залежи нефти любой категории разведанности, при любом ее режиме работы. Он основан на определении объема пор продуктивного пласта, определяемого путем изучения размеров нефтеносного пласта и пористости слагающих его пород. Учитывается как общее количество нефти, заполняющей пористые пространства нефтеносных пластов, так и то, которое может быть извлечено при эксплуатации.

Начальные балансовые (общие, геологические) запасы нефти в залежах определяются по формуле [7, 9]:

Q_o = F · Н · k_по · k_н · k_у · ρ,

где Q₀ - начальные балансовые (геологические) запасы нефти, тыс.т;

F - площадь нефтеносности, м²;

Н - эффективная мощность нефтенасыщенной части пласта, м;

k_п - коэффициент открытой пористости (пустотности), доли единицы (%);

k_н - коэффициент нефтенасыщенности пласта, доли единицы (%);

k_у - коэффициент, учитывающий усадку нефти (%);

ρ - плотность нефти в поверхностных условиях, г/см³.

Извлекаемые запасы нефти подсчитываются по следующей формуле:

Q _извл⁼ Q₀ · К_извл ,

где Q_извл - извлекаемые запасы нефти, тыс.т;

К_извл - коэффициент извлечения нефти или коэффициент нефтеотдачи.

Подсчитаем геологические и извлекаемые запасы отдельно по каждому пласту Злодаревского месторождения, используя данные таблицы [1]:

Каширский пласт

Верейский пласт

Башкирский пласт

Бобриковско-радаевский пласт

Турнейский пласт

Тульский пласт

Начальные балансовые (геологические) запасы нефти:

Извлекаемые запасы нефти:

Вывод: с помощью математических расчетов вывели геологические и извлекаемые запасы нефти, которых, по оценкам экспертов, хватит на 15 лет. Однако совершенствование способов извлечения нефти могут увеличить этот срок в два-три раза (Для сравнения, в 2001 году запасы были рассчитаны на 20 лет).

Заключение

В результате исследования было выяснено, что нефть Злодаревского месторождения хоть и не может претендовать на мировой рынок, поскольку относится к третьему классу (высокосернистая) тяжелого типа, но достаточно востребована на внутреннем рынке для производства топлива. Запасов «черного золота» хватит, в среднем, на 15 лет, однако при совершенствовании технологий добычи нефти сроки увеличатся в несколько раз, что доказано расчетами во 2 главе данной работы.

Таким образом, те выпускники, что собираются связать свое будущее с нефтедобычей, без труда смогут найти работу по душе и продолжат свои трудовые династии, а значит, необходимо больше уделять внимания вопросам профориентации.

Исходя из всего вышесказанного, можно сделать вывод что гипотеза, поставленная перед началом работы, подтвердилась.

Список использованной литературы

Технологический проект разработки Злодаревского нефтяного месторождения Пермского края. Москва, 2017 г.

OilGazInfo.ru

Википедия свободная энциклопедия Интернет.

Запасы и добыча нефти по странам мира в 2018 году | | Trafixclub.pwtrafixclub.pw

Информационный иллюстрированный журнал «Человек», №8, 2001 г.

Газета «Местное время», июнь, 2001г.

Бакиров А.А. Геологическое прогнозирование нефтегазоносности недр.-М.:Недра, 1999

ГОСТ 1756 Нефтепродукты. Определение давления насыщенных паров. Автоматический метод, аппарат AutoREIDwww.epac-service.ru

Практические задачи по теме нефть и газ. Роснефть 2030 (бизнес-кейс)marketing.wikireading.ru

Приложения

Приложение 1 «Продукты, получаемые при переработке нефти»

Приложение 2 «Добыча нефти по странам мира»

Приложение 3 «На фото Мерзляков Александр Андронович»

Приложение 4 «Гипотезы происхождения нефти»

Приложение 5 «Нефтяные месторождения Российской Федерации»

Приложение 6 «Рейтинг стран по запасам нефти»

Приложение 7 «Карта полезных ископаемых Чайковского района»

Приложение 8 «Месторождения нефти»

П риложение 9 «Уральская нефтяная компания»

Приложение 10 «УНК- Пермь, третий куст, скважина №175»

Приложение 11 «Анкетирование»

Анкетирование

Знаете ли вы какими физическими свойствами обладает нефть?

Да

Нет

Частично

Сколько месторождения нефти на территории Пермского края вы можете назвать?

Не знаю ни одного

1-3 (перечислить)

_____________________________

Более 3 (перечислить)

___________________________________________________

Интересуют ли вас учебные заведения, связанные с работой в нефтяной отрасли?

Да

Нет

частично

Считаете ли вы работу в Уральской нефтяной компании перспективной?

Да

Нет

Частично

Приложение 12 «Результаты анкетирования»

Приложение 13 «Установка для определения массовой доли воды»

П риложение 14 «Определение концентрации хлористых солей»

Приложение 15 «Установка для определения массовой доли серы»

П риложение 16 «Газохроматографический комплекс»

П риложение 17 «Установка для определения массовой доли органических хлоридов»

П риложение 18 «Установка для определения кинематической вязкости»

Приложение 19 «Проведение опыта по определению плотности»

П риложение 20 «Проведение опыта по опеределению плотности»

Приложение 21 «Классификация нефти по типам»

Приложение 22 «Бомба Рейда»

Приложение 23 «Проведение опыта по определению давления насыщенных паров»

Приложение 24 «Проведение опыта по определению давления насыщенных паров»

Приложение 25 «Классификация нефти по группам»

Приложение 26 «Классификация и условные обозначения нефти»