IX Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Почему нефть называют "чёрным золотом"
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
1. Выбор темы исследования
Мой папа, Фахретдинов Руслан Гайсович работает в нефтяной компании, и я с детства привык к разговорам в своей семье о нефти. Родители очень часто называют нефть «чёрным золотом». Когда папа привёз бутылочку с нефтью, я её сравнил с золотыми украшениями. Никакого сходства я не увидел. С той поры меня мучает вопрос: «Почему нефть называют «чёрным золотом?»
Заинтересовавшись этим фактом, я решил разобраться, что же это такое «чёрное золото», и откуда оно появилось в недрах земли. Это и определило тему моего исследования.
Актуальность моей работы заключается в том, что очень часто – со словами нефть, звучит слово доллары – это такие американские деньги. Нефть подорожает – подорожает и бензин, продукты. Всё это связано с нашей повседневной жизнью, значит актуально.
К тому же работа моего папы связана с нефтью, и благосостояние нашей семьи напрямую зависит от нефти. Поэтому я взял данную тему для исследовательской работы «Почему нефть называют «чёрным золотом?». Я хочу знать о «чёрном золоте» всё.
2. Цель исследования – узнать, почему нефть называют «черным золотом» и изучить опытным путем ее свойства.
3. Задачи исследования:
1. Изучить теоретический материал о истории открытия и происхождения нефти.
2. Узнать о добыче, транспортировке, переработке и применении нефти.
3. Опытным путем изучить основные свойства нефти.
4. Выяснить где и как используют нефть.
5. Взять интервью у сотрудника нефтяной компании.
6. Ответить на вопрос, почему нефть называют «черным золотом».
7. Сделать выводы по теме исследования.
4. Объект исследования, предмет исследования.
Объект исследования: нефть.
Предмет исследования: свойства нефти.
5. Гипотеза исследования
Могу предположить, что нефть называют «черным золотом», потому что она имеет черный цвет и такая же дорогая, как золото.
6. Методы исследования:
- изучение теоретического материала по теме;
- анализ и сравнение полученных сведений;
- метод опроса – анкетирование;
- метод эксперимента;
- интервью;
- использование ресурсов сети Интернет и опубликованных источников по данной теме.
7. Практическая значимость.
Материалы и результаты работы могут быть использованы на уроках в школе, например, на уроках окружающего мира, а также расширят наш кругозор. Исследовательская работа состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы, приложения.
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НЕФТИ
1.1 Из истории появления нефти
Слово «нефть» пришло к нам из латинского языка и означает «каменное масло» – нафта (naft).
Если обратиться к историческим фактам, стоит вернуться на 8 тысяч лет назад. Примерно за 6 тысяч лет до нашей эры шумеры, жившие в междуречье Тигра и Евфрата, встретились с удивительным веществом, выступившем на поверхность земли в виде вязкой массы, похожей на смолу. Это был нефтяной битум, который в условиях недостатка дерева и камня стали эффективно использовать для возведения грандиозных построек. Битум добавляли в смесь из глины, песка и гравия, из которой делали кирпичи. Им же укрепляли кладку, и получившиеся стены оказывались чрезвычайно прочными. Битумом покрывали дороги, укрепляли берега искусственных водоемов. Кроме того, им обмазывали лодки и посуду, обеспечивая таким образом водонепроницаемость. Более редкую жидкую нефть применяли для освещения помещений. Интересно, что нефть считалась целебной – шумеры пытались лечить ею нервы и боль в суставах.
Знали нефть и в Древней Индии. В развалинах древнеиндийского города Мохеннджо - Даро был обнаружен огромный бассейн, построенный (5 тысяч лет назад), дно и стены которого были покрыты слоем асфальта.
На ближнем востоке нефть стала ходовым товаром в начале нашей эры. В 3-4 веках нефть, добываемая на Апшеронском полуострове, вывозилась в Персию, откуда распространялась и по другим странам.
Китайские воины бросали в ряды противников горшки с горящей нефтью за много веков до изобретения знаменитого «греческого» огня.
Именно, в Китае в 4 веке н. э. впервые прорубили нефтяную скважину, используя полые стволы бамбука.
Нефть использовали в качестве топлива. Самые глубокие скважины достигали 240 м. Китайцы создали целые трубопроводы из бамбуковых трубок, ведущие от места добычи к соляным источникам. Асфальт использовался при строительстве великой китайской стены.
Нефть была известна грекам и римлянам. Древнегреческий врач Гиппократ оставил много рецептов, в состав которых входила эта горючая жидкость. Римляне дали веществу название, перешедшее затем во многие языки – oleum petrae «каменное масло». А наследники греков византийцы создали с помощью нефти супероружие раннего средневековья – «греческий огонь».
Так на протяжении многих веков нефть была не просто ценным продуктом, но и настоящим чудом древнего и средневекового мира.
Около 3 тысяч лет до н. э. Древние египтяне собирали нефть с поверхности воды. Они использовали ее в строительстве, для освещения домов, в качестве топлива и даже добавляли для бальзамирования.
347 год до н.э. в Китае закладывают первую скважину для получения нефти, используя полые стебли бамбука в качестве труб. Буровой инструмент – долото и бамбуковые штанги.
2 января 1703 года – формальный день рождения русской нефти.
В 1745 году в России на реке Ухта строится первое предприятие по переработки нефти.
Прорыв в сфере применения нефти произошел, когда изобрели керосиновую лампу и двигатель внутреннего сгорания.
Изучая историю, я удивился, как нефть из малоизвестного ископаемого превратилась в мощнейший инструмент борьбы за мировое господство. Современная история нефтяной индустрии ведет начало со второй половины 19 века. В это время зарождаются первые нефтяные компании – корпорация Стандарт ойл в США и компании братьев Нобеле в России.
1.2 Большой путь нефти: добыча, транспортировка, нефтепереработка и нефтепродукты
С доисторических времен нефть добывали с поверхности воды или земли путем отжима. В нефтяные лужи бросали тряпки или куски шерсти. Нефть пропитывалась, и после ее выжимали. Позже, нефтедобытчики стали рыть ямы, а затем и колодцы. В настоящее время вся извлекаемая нефть добывается с помощью бурения скважин. (Приложение 1)
Нефть залегает на глубине от нескольких десятком метров до 5-6 км. в таких пористых горных породах, как известняк и песчаник. Их называют коллекторами. Коллектор можно представить, как губку, в порах которой находится нефть. Таким образом, представление, что нефть залегает на глубине в виде нефтяных морей и озер – ошибочно.
В настоящее время для того, чтобы начать добычу нефти необходимо найти ее месторождение. С этой целью производят геолого - разведочные работы. Из недр земли извлекают и исследуют глубинные образцы породы.
Берется керн — образец горной породы, извлеченный из скважины посредством специально предназначенного для этого вида бурения. [3] Папа привез мне образец керна. (Приложение 2). В том месте где, по мнению геологов, должны быть залежи нефти устанавливают буровую вышку и начинают бурение скважины.
На заре нефтяной промышленности нефть перевозили в бочках. Чтобы не спутать нефтяные бочки с другими их красили в голубой цвет. Бочка в переводе с английского языка означает «баррель» (barrel). Давно уже нефть не перевозят в бочках, но в память о тех временах нам досталась единица измерения нефти – баррель. Так 1 баррель равен 149 литрам.
Современная транспортировка нефти осуществляется различными видами транспорта: нефтепровод – наиболее эффективный способ транспортировки нефти. Самый длинный нефтепровод построен в России - 4756 км. Нефтепроводы бывают наземные и подземные, а также - проложенные по морскому дну. Железнодорожная и автомобильная транспортировка- перевозка нефти осуществляется в специальных железных цистернах по железным и автомобильным дорогам. По морю нефть перевозят в гигантских танкерах.Название «танкер» произошло от английского «tenk», что означает хранилище. (Приложение 3)
Нефть, добытую из скважины, называют сырой. Она нигде не используется, ее доставляют на нефтеперерабатывающий завод.
Оказывается, что чуть ли не все товары, которыми мы пользуемся в повседневной жизни сделаны из нефти. Таких продуктов насчитывается около 600 видов. С помощью родителей мне удалось собрать образцы нефти и наиболее известных нефтепродуктов. (Приложение 4)
К сожалению, любая деятельность человека приводит к загрязнению окружающей среды. Сама по себе нефть не загрязняет природу. Большой урон наносит природе добыча нефти, ее транспортировка, переработка, а также использование нефтепродуктов. Так при установке буровых вышек и скважин, при строительстве нефтепроводов очень часто вырубают целые участки леса. Почва, расположенная в месте разработки скважины, перестает быть плодородной.
Особенно опасны аварии и разливы нефти на море. Экологи подсчитали, что одна капля нефти загрязняет 25 литров воды! А если представить аварию целого нефтяного танкера, перевозившего несколько тонн нефти? Нефть, попадая в воду, образует на поверхности тонкую пленку, которая не пропускает кислород. Разливы нефти сопровождаются массовой гибелью рыб, морских птиц и животных. Выпачканные в нефти птицы теряют способность летать.
Немалый вред окружающей среде наносят и нефтепродукты. Топливо загрязняет воздух, образуя над городом ядовитый смог. Пластик, полиэтиленовые пакеты, автомобильные покрышки могут пролежать в земле тысячи лет. Поэтому, несмотря на огромную пользу, которую нефть приносит человечеству, она наносит и непоправимый вред природе.
ГЛАВА II. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ НЕФТИ
2. 1 Опытно – экспериментальная работа по исследованию свойств нефти
Далее я приступил к самой интересной части проекта. Для более детального и настоящего исследования, папа привез мне бутылочку с нефтью, чтобы я самостоятельно провел эксперименты с нефтью и узнал о некоторых её свойствах.
В первую очередь я повторил технику безопасности:
1. Вещества нельзя брать руками и проверять их на вкус
2. При выяснении запаха вещества, нельзя подносить сосуд близко к лицу. Нужно ладонью сделать движение от отверстия сосуда к носу
3. Соблюдать осторожность при работе со стеклянными предметами
Далее я приступил к изучению свойств нефти.
Опыт №1 «Запаха нефти».
Что нужно сделать, чтобы узнать о запахе любого вещества? Необходимо вещество понюхать. Вспомним технику безопасности. Когда я открыл бутылочку с нефтью, то сразу почуял резкий и неприятный запах, похож на запах бензина. Вывод: запах нефти резкий. (Приложение 5)
Опыт №2 «Агрегатное состояния нефти».
Я взял стаканчик с нефтью и слегка наклонил его. Нефть растеклась по стенкам стаканчика. Вывод: агрегатное состояние нефти – жидкое. (Приложение 5)
Опыт №3 «Цвет нефти».
Для того, чтобы определить цвет нефти мне понадобилась белая салфетка, пипетка и нефть. Набрав в пипетку нефть, я капнул на салфетку. Нефть растеклась, и я увидел пятно тёмно-коричневого цвета.
Вывод: цвет нефти варьирует от светло-коричневого до тёмно-коричневого, но чаще всего, это жидкость тёмного цвета. (Приложение 5)
Опыт №4 «Прозрачность нефти».
Для этого эксперимента мне понадобились: два стаканчика: с нефтью и с водой. Разлив в стаканчики перечисленные вещества, я вставил в них палочку. В результате я увидел, что в стаканчике с водой палочка видна, а в стаканчике с нефтью палочку не видно. Вывод: нефть не прозрачна. (Приложение 5)
Опыт №5 «Смешиваемость и растворимость нефти в воде».
В стаканчик с водой я добавил молоко. Жидкости легко смешались.
В стаканчик с водой я налил нефть, разболтал. Нефть никак не хотела смешиваться, и всё время всплывала наверх. Вывод: нефть не смешивается и не растворяется. (Приложение 5)
Опыт № 6«Маслянистость нефти».
Чтобы узнать данное свойство нефти, я проделал опыт.Поставил перед собой блюдце. Взял стеклянную палочку и аккуратно, не спеша опустил в стаканчик с нефтью. Затем, приподнял палочку, дал стечь нефти, а потом прикоснулся к листу бумаги, который находился у меня на блюдце. Смотрю, какой след остался на бумаге. И это не случайно. Вывод: нефть - маслянистое вещество. (Приложение 5)
Опыт №7 «Плотность нефти».
У жидкостей плотность определяется относительно воды: легче или тяжелее воды. В стаканчик с водой я добавил нефть. В результате эксперимента нефть всплыла наверх, а вода осталась в низу. Вывод: нефть легче воды. (Приложение 5)
Опыт № 8 «Горючесть нефти».
Я капнул нефть на железную крышку. С помощью мамы поджёг нефть. Нефть горит. Вывод: нефть горюча.
В результате эксперимента я выяснил, что нефть легковоспламеняющаяся жидкость. При горении нефти чувствуется неприятный запах. (Приложение 5)
Опыт № 9 «Вязкость нефти».
Одной из наиболее характерных особенностей жидкостей является способность изменять свою форму, под действием внешних сил. При комнатной температуре нефть легко переливается из оного сосуда в другой. Я поместил нефть в морозильную камеру и довел до температуры -10 %. Переливая нефть в другой сосуд, заметил, что она течет гораздо медленнее, чем при температуре +24%. Вывод: при понижении температуры нефти ее вязкость увеличивается. (Приложение 5)
Мне стало интересно, что знают мои одноклассники про нефть. Для этого я провел опрос (анкетирование) среди 27 учащихся 2 класса.
По результатам опроса я выяснил, что ребята знают недостаточно о нефти, так, например, из 27 опрошенных, знают, что нефть – это полезное ископаемое 11ребят (38%);
-о том, что в Оренбургской области добывают нефть - известно 18 одноклассникам (66%);
-знают, что нефть добывают путем бурения скважин- 19 ребят (77%);
-выражение, нефть – «черное золото» - слышали 23 человека (88%);
-за огромную пользу для человечества нефть прозвали «черным золотом» - знают 15 ребят (58%).
Результаты опроса представлены в виде гистограммы. (Приложение 6)
2.2 Использование нефти
В процессе проведения опытов, я выявил основное, самое главное свойство нефти - горючесть. Именно, благодаря этому свойству одну из главных групп нефтепродуктов, получаемых при переработке нефти, составляют топлива - около 63%. Они применяются в различных областях нашей жизни. Например, бензин авиационный и автомобильный - как мы уже знаем - применяется в качестве топлива для автомашин и самолетов, а также как растворитель масла, каучука и т.п. Одна из разновидностей бензина - лигроин (тяжелый бензин) - используется в качестве горючего для тракторов. В дизельных двигателях, установленных на тяжелых грузовых автомобилях и небольших судах используется дизельное топливо. Керосин - разновидность дизельного топлива, и применяют его как горючее для реактивных двигателей, а также для бытовых нужд. [2]
Мазут - так называемое котельное топливо - используют в наземных и судовых паровых установках, и промышленных печах различного назначения.
Еще одно уникальное свойство нефти, выявленное мной в процессе опыта- маслянистость. Благодаря этому свойству основная масса мазута подвергается дальнейшей перегонке, в результате которой получаются соляровые и различные смазочные масла. Они применяются практически во всех областях техники. В зависимости от назначения масла выполняют различные функции: уменьшают коэффициент трения между трущимися поверхностями, снижают интенсивность изнашивания, защищают металлы от коррозии, охлаждают трущиеся детали, удаляют с трущихся поверхностей загрязнения.
Остаток после перегонки мазута называется гудроном, из него изготавливают битум и асфальт, применяемый в дорожном строительстве, а также вазелин. Различные сорта вазелина применяются, соответственно, в разных областях. К примеру, вазелин медицинский используется в качестве основы для приготовления мазей, а также как составная часть кремов, паст, гримов и помад; оказывает противовоспалительное действие и защищает кожу от различных раздражителей. Он также применяется для предохранения от коррозии хирургических инструментов. Ацетилен применяют при изготовлении медикаментов, пластмасса, оргстекла, спирта, искусственной кожи (обуви, одежды, сумок), синтетических материалов (одежды, штор и т.д.). Из легких дистилляторов, получаемых также в результате переработки нефти, получают лаки и нафталин. Жирные кислоты используют при изготовлении мыла и других моющих средств. [7]
Значительную группу нефтепродуктов составляют так называемые твёрдые углеводороды: парафины, церезины, и др. Твёрдые углеводороды используют в медицине, в пищевой, электротехнической, бумажной и резиновой промышленностях.
Из парафина, например, делают свечи, применяют его в качестве сырья в нефтехимической промышленности при производстве моющих средств, применяется он также в спичечном производстве, чтобы спички лучше горели, при изготовлении парфюмерии. Парафином пропитывают бумагу и бумажную тару, чтобы придать им прозрачность и непромокаемость (внутренние обертки от шоколадных конфет), им даже покрывают сыр, чтобы он не засыхал.
И это далеко не все области, в которых применяются продукты переработки нефти.
Готовясь к проекту, я много читал о нефти, и я понял, что сделанные мной выводы в процессе экспериментов – верные!
После проделанных мной экспериментов я могу с уверенностью рассказать, о свойствах нефти, а именно: нефть – это жидкость, имеющая резкий запах, она тёмно-коричневого цвета, легче воды и не смешивается, горючая, маслянистая и не замерзающая при -10 С0. Эти выводы касаются нефти, привезенной моим отцом.
Думаю, что нефть имеет много свойств, поэтому используя различные свойства нефти её можно применять в разных отраслях промышленности.
2.3 Интервью
С помощью internet я изучил состав нефти, проделав эксперименты изучил свойства нефти, а о том, как люди находят «черное золото», как его добывают, мне рассказал мой отец – Фахретдинов Руслан Гайсович. Выбор отца в качестве интервьюера был очевиден, так как он работает бурильщиком эксплуатационного и разведочного бурения на нефть и газ.
На вопрос: Как люди находят нефть? Он рассказал, что перед получением нефти происходит сложный и длительный процесс по местонахождению залежей этой жидкости. Компании, которые занимаются добычей нефти, используют специальную технику, пользуются услугами геологов. Сколько бы вычислений при помощи самой точной техники и великих умов ни проводились, знать наверняка, где находиться нефть, просто невозможно. Для того чтобы найти нефть, проводят исследования почвы, которые не всегда успешны. Перед тем как находят, нефть делают много «пустых» скважин. Чтобы найти подходящую в промышленных масштабах скважину, можно пробурить до 200 скважин, находящихся прямо возле залежей «черного золота».
На вопрос: Как же добывают нефть? Папа пояснил: добывают нефть двумя способами. Механизированным способом, это когда при помощи бура сверлят скважину. Перед тем, как устанавливать технику, измеряют расстояние непосредственно до самых залежей нефти. Затем на глубину, где и сосредоточены залежи, проводятся трубы, по которым нефть должна подниматься наверх. В эту систему из труб помещают насос. Его подключают к трансформатору, который и подает энергию для работы. Этот трансформатор находится на поверхности земли. От него проводится длинный кабель, который подключают к насосу. За всем процессом необходимо наблюдать. Поэтому возле всей системы подачи питания в насос постоянно есть люди, которые управляют процессом. С помощью насоса нефть должна подниматься из скважины. Вот так и качают нефть при помощи техники.
Второй способ – фонтанный. Данный способ применятся без особых затрат на дополнительные механизмы. Нефть движется на поверхность с помощью пластовой природной энергии при воздействии некоторого оборудования. Дело в том, что нефть лежит под огромным давлением земляных пород. И если пробить ей путь, она начнёт непременно бить фонтаном. Напор нефти настолько велик, что она может образовать фонтан даже при малейшем прикосновении бура к прикрывающему её поверхность пласту. Пробуривают скважину, у основы поверхности устанавливают специальную арматуру. Благодаря, такой технике фонтан из нефти можно регулировать (усиливать, уменьшать, останавливать). А в саму скважину на расстоянии места нахождения залежей опускается специальная колонна. Она состоит из труб и насосов. Нефть под своим давлением пробивается наружу, где и собирается в контейнеры. Когда давление нефти падает, арматуру снимают. На её место устанавливают механизмы, которые продолжат собирать «чёрное золото».
Тогда я спросил, зачем добывать нефть, если процесс добычи такой дорогой? Папа пояснил, что нефть — это сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей; источник выработки моторных топлив, масел и смазок, а также котельно-печного топлива, строительных материалов, сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции роста. Нефть - это национальное богатство, источник могущества страны.
Из интервью, я делаю вывод:
1) Нефть называют золотом, потому что процесс добычи нефти очень дорогостоящий, а всё то, что дорого принято называть золотом;
2) Нефть действительно важный, полезный, и дорогостоящий элемент. Без неё не получится изготовить целый ряд продукции необходимой для нашей жизни
Заключение
Я проделал огромную интересную работу. Таким образом, согласно цели и задачам исследования моей работы я выяснил, что человек с давних времен применяет нефть, используя ее «волшебные свойства». Выяснил, каким образом добывают нефть и осуществляют ее транспортировку.
Проанализировав, изученный мной материал, я считаю:
1) Что нефть справедливо называют «чёрным золотом». Ведь её образование длится миллионы лет из разлагавшихся веками останков организмов и растений.
2) Добыча нефти настолько дорогое мероприятие, что поистине становится золотым.
3) Нефть – это одно из достояний Земли. Именно благодаря «чёрному золоту» человечество имеет топливо для работы машин, самолетов и судов. Из нефти добывают не только бензин, но и дизельное топливо, керосин, газовые смеси (бутан и пропан). Также нефть используется в производстве строительных материалов и различной резины. Для изготовления смазок и масел также применяют нефть. «Чёрное золото» используется при производстве моющих средств. Это далеко не полный список применения нефти, это поистине очень востребованное сырье на вес золота. Я понял, что наша жизнь настолько зависит от «чёрного золота», что было бы страшно представить его отсутствие.
Но, несмотря на огромную пользу, которую человек получает от использования нефти, ее добыча, транспортировка и переработка губительно сказываются на природе.
Выдвинутая мной гипотеза: Нефть называют «черным золотом», потому что она чёрная и дорогая – подтвердилась! Но прожить без неё в современном мире невозможно!
Мне очень понравилась работа по изучению этого ценного и такого таинственного полезного ископаемого. Возможно, это определит выбор моей профессии в будущем.
Список литературы
1.Волцит, П. М. «Что такое нефть?» / П. М. Волцит. М.: изд. «АСТ», 2015
2. Пьюп, Д. «Нефть: Месторождение, добыча, использование» / Д. Пьюп. М.: изд. «Росмэн», 2016
3.Википедия [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/Керн_(проба)
4. «История нефти, добыча, применение» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://vseonefti.ru/neft/
5. «Мир из нефти», Документальный фильм [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.youtube.com
6. «Нефть и нефтепродукты: добыча, переработка и транспортировка» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://neftok.ru/
7. «Полезные ископаемые: нефть и газ» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://infourok.ru/okruzhayuschiy-mir-issledovatelskiy-proektpoleznie-iskopaemie-neft-i-gaz-481118.html
8. «Тяжелая нефть. Фильм С.Брилева. Часть 1 и 2» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.youtube.com
9. «Цикл передач Галилео «Нефть», «Нефтедобыча» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.youtube.com
Приложение 1
1. Разрез старого нефтяного колодца
2. Буровая вышка
Приложение 2
Керн
Приложение 3
1. Нефтепровод
2. Железнодорожная транспортировка нефти
3. Автомобильная транспортировка нефти
4. Танкер
Приложение 4
Образцы нефти и нефтепродуктов
1 – 4
5 6
7 8
9 10
1 – сырая нефть, 2 - бензин, 3- керосин, 4 – масло машинное, 5 – вазелин, 6 – парфюмерия, 7- пластмасса, 8- полиэтилен, 9 – резина, 10 – парафин.
в соответствии с техникой безопасности образец нефти и жидкие нефтепродукты помещены в герметичные флаконы
Приложение 5
Приложение 6
Результаты анкетирования