Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Просхождение нефти

Нефть дает тепло и свет –
Ей замены просто нет.
Делают из нефти много:
И асфальтные дороги,
И костюмы, и рубашки,
Удивительные чашки!
Вспомните, как тепловоз
Вас когда-то к морю вез
В его топках нефть горела,
А без нефти что за дело?
И не даром в нашем крае,
Всяк нефтяник это знает,
С нетерпением ее ждут,
Черным золотом зовут.

(Неизвестный автор)

Введение.

Сегодня нефть играет огромную роль в экономике мира и нашей страны. Так же, нефть, а точнее, её продукты - это то, что мы ежедневно используем и от чего уже наверняка не сможем отказаться. Это тепло в доме, электричество, бензин, пластмасса, различные смазочные материалы, моющие вещества и многое другое. Но есть у неё один недостаток – запасы нефти не бесконечны, и нам, человечеству, стоит об этом задуматься! Все это направляет наш взгляд на более активное её изучение, в том числе и на изучение её происхождения. Глубокие познания в данной области могут позволить находить, добывать и использовать нефть более рационально и в больших масштабах.

Данную тему для курсовой работы я выбрал из-за её интересности, а также, основываясь на важности самостоятельного изучения происхождения нефти, необходимого для понимания дальнейших дисциплин на кафедре месторождений нефти и газа.

Цели, которых я достиг при написании курсовой работы:

Углубился в познания происхождения нефти.
Освоил навыки реферирования научной литературы.
Научился связывать и анализировать информацию из разных научных источников.

Исторический очерк.

До сих пор вопрос о происхождении нефти остается открытым. Существуют сторонники двух позиций. Одна из них биогенная (органическая), а вторая абиогенная (неорганическая). Чтобы разобраться в них необходимо изучить историю происхождения нефти от ранних гипотез вплоть до наших дней.

Итак, первая значительная ступень в развитии изучения происхождения нефти это гипотеза, высказанная М. Бертело в 1866г. Его предположение было такого, что нефть образовалась из минеральных веществ в глубинах земной коры. Далее, в течение нескольких лет, проводились некоторые исследования, целью которых было создание экспериментальной базы под гипотезу Бертело. Вот некоторые из них:

Воздействие серной или соляной кислоты на зеркальный чугун, имеющий в своем составе 4% углерода, в результате чего получались водород и большое количество насыщенных и ненасыщенных углеводородов с запахом, напоминающим нефть.
Воздействие горячей воды на железомарганец, богатый углеродом, в результате этого опыта продуктом является нефтеподобная смесь углеводородов.
Опыт Сабатье. Смесь непредельного углеводорода, с водородом подвергается нагреванию в присутствии катализатора( никеля) до температуры не превышающей 180 градусов. В результате чего получается светло-желтая жидкость из предельных углеводородов, напоминающая пенсильванскую нефть.

Опираясь на свои и некоторые из этих опытов в 1877г. наш великий ученый, Д.И. Менделеев, создал карбидную гипотезу. Дмитрий Иванович считал, что внутренняя часть земли состоит из расплавов металлов, в основном железа, содержащих углерод (карбиды). К ним через образовавшиеся трещины поступала вода и вступала с ними в реакцию: . Получившиеся углеводороды, находящиеся в газовом состоянии, начинали подниматься в верхние, холодные слои земли, где конденсировались в пористых осадочных породах и различных пустотах, образуя залежи нефти.

В дальнейшем эта гипотезу признали несостоятельной по химическим и геологическим несоответствиям. К одному из химических несоответствий можно привести то, что полученная неорганическим синтезом нефть не является оптически активной, тогда как все природные нефти активны. С геологической же точки зрения, проникновение вод к ядру (имеющего в покрывающей его корке карбиды, по мнению Д.И. Менделеева) является невозможным из-за пластичности промежуточных слоев.

Следующим вклад в развитие генезиса нефти внес И.М. Губкин, написав книгу «Учение о нефти» в 1932 г. В этой книге он подробно разобрал большинство гипотез, что положило конец основным колебаниям между разными группами представлений образования нефти. И на протяжении нескольких лет господствовала гипотеза образования нефти из рассеянного органического вещества, накапливавшегося в значительных количествах в осадках морских бассейнов.

В 1950 году практически одновременно советскими и американскими учеными были найдены углеводороды в современных осадках Мексиканского залива, прикалифорнийской части Тихого океана, а также некоторых пресноводных бассейнов. Это способствовало образованию уже ТЕОРИИ, а не гипотезы как ранее, осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов. По полученной информации стало известно, что углеводороды образуются из растительных и животных остатков, а также, что процесс нефтеобразования может без труда протекать в любых субаквальных условиях.

Объект изучения.

Химический состав:

Нефть – это сложное, природное, маслянистое, горючее вещество, состоящее из углерода, водорода, серы, кислорода и азота. Около 90% приходиться на углерод (80%) и водород(10%), которые образуют основной компонент нефти и газа – углеводороды. Все углеводороды можно разделить на циклические и открытые. Также их разделяют и по ненасыщенности углеродных связей – парафины(C_nH_{2n
+ 2)} и циклопарафины, олефины(C_nH_2n), ацетилены(C_nH_{2n
– 2}) и ароматические углеводороды. Олефины с ацетиленами проявляют высокую химическую активность, благодаря чему их нет в природной нефти. Парафины и циклопарафины обладают меньшей реакционной способностью, но являются важной частью состава. Так, к примеру, циклопарафины (нефтены) представляют собой главную составную часть низкокипящих дистиллятов, таких, как бензин, керосин, полученных из сырой нефти.

Прочие свойства:

Молекулярная масса – 220-300 г/моль.
Плотность: легкая от 0,65 до 0,83 г/, средняя от 0,831 до 0,86 г/, тяжелая от 0,86 г/.
Вязкость – свойство, проявляющееся при сопротивлении, которое нефть оказывает при перемещении одной ее части относительно другой под влиянием действия внешней силы. Имеет значение при расчете нефтепроводов. Меняется в пределах (от 1,98 до 265,90 мм²/с). Определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше).
Температура вспышки – от -31 до +121 . Значение температуры при которой нагреваемая нефть выделяет определенное количество паров, которые при смешивании с воздухом загораются при поднесении огня.

Цели и задачи исследования.

В современном мире, нефть - это наше все! Помимо топлива и получения энергии из неё делают пластмассу, искусственные ткани, красители, моющие вещества, каучук, различные масла, ароматные соединения в парфюмерии, медицинские препараты, искусственные пищевой белок и многое другое!

Исходя из этого, человечество имеет большую зависимость от нефти и для её добывания, хранения, транспортировки, различных синтезов, связанных с ней, необходимо иметь точные знания о процессе её происхождения и всех её свойств.

Как сказал И.М.Губкин: "Зная, как и где происходит образование нефти и газа, как происходит их миграция, можно более уверенно решать вопросы поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений, оценки их запасов и перспектив нефтегазоносности изучаемых территорий"– это и есть цель.

Для того чтобы решить вопрос о происхождении нефти необходимо разрешить споры ученых о типе происхождения нефти (биогенный или абиогенный). Искать новые месторождения и изучать их, а новые полученные знания совмещать с уже имеющимися .

Современные знания.

В наше время, так же как и ранее, спор между органическим и неорганическим образованием нефти не угас. Логично, что в голову приходит мысль о том что возможно правы все! И в некоторых случаях нефть может образовываться в результате органических преобразований, а в некоторых – неорганических или же, и то и другое вместе. Попробую перечислить современные знания, доводы и возражения по этим двум областям.

Теория осадочно-миграционного происхождения нефти.

Образование этой теории произошло благодаря большим открытиям в геологии и геохимии нефти. Несмотря на оставшиеся многочисленные вопросы, можно было считать что проблема образования нефти решена. А именно то что, основной источник нефти это - углеродистое биоорганическое вещество, захороненное в осадочных горных породах.

Данная теория имеет основание на многочисленных фактах. В этой работе я перечислю пять основных и главных категорий.

Присутствие в нефтях биомаркеров (компонентов и химических структур определенно биологического происхождения, сохранившихся в малоизмененном виде).

Подавляющая масса современных и ископаемых осадков содержит углеродное биоорганическое вещество, содержание которого на континентальном секторе составляет 15 кг на 1. Это вещество близко по составу к углям и керогену горючих сланцев. В субаквальных породах преобладают сапропеловые или гамусово-сапропеловые углеродистые биоорганические вещества.

Сопоставление состава нефтей определенных залежей с составом органических компонентов конкретных осадочных толщ, которые по своему геологическому положению могли быть нефтепроизводящими. Данное сопоставление показывает сходство, или в противном случае может быть объяснено.
Геологические закономерности, заключающиеся в первую очередь в совмещении процессов эмиграции вод и нефтеобразующих углеводородов из уплотняющихся и преобразующихся осадочных толщ в определенном интервале глубин и температур, который получил название главной зоны нефтеобразования.

Новообразование на этапах раннего катагенеза происходит путем слабого термолиза. Этот процесс развивается сначала слабо, но уже в начале средней стадии катагенеза, на этапе карбонизации углей, быстро усиливается. В результате термокатализа и мягкого термолиза рождается много углеводородов, которые входят в состав бензина и керосина. Эти этапы катагенеза, происходящие на глубине 2-4 км при температуре 80-С, связана главная фаза нефтеобразования.

Эта фаза примечательна тем, что наряду с усиленным новообразованием углеводородов, большим увеличением содержания в породах микронефти, а так же её созреванием происходят процессы дисорбции микронефти, её отрыва от материнской органики и от минеральных компонентов породы и интенсивной начальной миграции путем усиленного растворения в воде или в сжатых газах. При этом микронефть местами выделяется в отдельную фазу (становиться нефтью).

Во время главной фазы потенциально-нефтематеринские породы реализуют свои возможности и из можно смело называть нефтепроизводящими.

Изотопный состав газов (в первую очередь гелия) в нефтяных и газовых залежах, характерный для осадочной оболочки.
Геодинамические закономерности развития осадочных бассейнов, становящихся нефтегазоносными на определенных этапах этого развития, соответственно совпадающих с главными фазами нефте- и газообразования.

ОСАДОЧНО-НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Согласно представлениям Э.Б. Чекалюка , "поскольку нефть является компонентом вещества Земли, теория ее генезиса может быть только частным случаем общей теории формирования вещественного состава нашей планеты в целом. В основу общей теории происхождения нефти следует положить те же исходные принципы, которые лежат в основе формирования вещественного состава Земли: механического равновесия индивидуальных компонентов вещества в гравитационном поле Земли; локального теплового равновесия; локального геохимического равновесия компонентного состава Земли. Конечный компонентный состав углеводородной системы зависит от элементарного состава исходной среды, в которой эта система образовалась, и от термодинамических условий синтеза и не зависит от происхождения исходных реагентов".

Авторы данной статьи, изучив положительные и отрицательные стороны этих теорий, предлагают новую - осадочно-неорганическую, которая принципиально отличается от упомянутых, хотя и содержит элементы каждой из них.

Чтобы полнее раскрыть сущность новой нефтяной теории, необходимо сравнить ее с двумя уже существующими. С этой целью нами составлены принципиальные схемы формирования нефтяных и газовых месторождений отдельно по каждой из них (рис).

На рис.1 А представлена принципиальная геологическая схема образования нефтяных и газовых месторождений в соответствии с исходными положениями органической теории. Ее основные теоретические принципы следующие :

нефтяное вещество имеет исключительно биогенное происхождение;
нефть возникла как следствие деструктивного преобразования (метаморфизма) остатков растений и животных, погребенных в толщах осадочных пород (песков, глин, известняков и др.);
преобразование остатков растений и животных происходило не во всех осадочных породах, а только в наиболее обогащенных биогенной органикой, которые имеют название нефтематеринских или нефтеобразующих слоев;
в нефтематеринских слоях нефть образовывалась уже в готовом виде в форме дисперсно-рассеянных капелек, называемых частичками микронефти (Вассоевич Н.Б., 1959);
после завершения формирования дисперсные капельки микронефти должны выходить из нефтеобразующих осадочных слоев и двигаться в толщах соседних осадочных пород до тех пор, пока не попадут в ловушки, где будут накапливаться и преобразовываться в нефтяные или газовые месторождения.

Таким образом, осадочно-миграционная теория происхождения нефти базируется на представлениях об условиях ее залегания в осадочном чехле и геологических данных строения и формирования месторождений.

Отметим слабость некоторых положений органической теории:

недоказанность лабораторными экспериментальными исследованиями возможности преобразования остатков погребенных растений и животных непосредственно в уже готовое нефтяное вещество;
отсутствие в "материнских" осадочных породах остатков растений и животных, которые не смогли полностью преобразоваться в нефть (целлюлоза, хитин, кости и др.);
отсутствие в тех же нефтяных слоях осадочных пород не только остаточных капелек микронефти, которые будто бы образовывались там, но и даже всяких следов пребывания в них нефтяного вещества;
физическая невозможность полного выхода дисперсно-рассеянных капелек нефтяного вещества из нефтеобразующих слоев (без оставления в них следов их бывшего там нахождения);
отсутствие месторождений нефти и газа в самих нефтематеринских породах.

Эти и другие несоответствия органической теории законам физико-химии и фактическим данным заставили некоторых теоретиков нефтяной геологии искать другие геолого-геохимические процессы, которые смогли бы привести к возникновению нефтяного вещества и формированию его месторождений.

На рис.1 Б приведена принципиальная схема образования нефтяных и газовых месторождений, составленная на основании теории о неорганическом происхождении нефти. Ее основные положения следующие (Чебаненко И.И., 1966;):

нефтяное вещество возникает в процессе соединения водорода и углерода, которые имеют неорганическую природу;
нефтяные УВ: метан, этан и их более сложные модификации, включая нефть, образуются внутри Земли;
из глубин Земли метан, этан и другие нефтяные УВ поднимаются по трещинам развитых нарушений во время ее дегазации, а достигнув верхних частей земной коры, они преобразуются в нефтяные и газовые месторождения.

Общей характеристикой теории неорганического происхождения нефти может служить следующий вывод: "Нефть как таковая, со всеми присущими ей свойствами физико-химического характера, мигрировала на земную поверхность из подкоровых зон по глубинным разломам".

Отметим слабость глубинной, или магматической, гипотезы о неорганическом происхождении нефти:

недостаточная изученность качественного и количественного состава нефтяных УВ, которые поднимаются из Земли во время ее дегазации, что сдерживает вывод о их достаточности для формирования месторождений;
неопределенность закономерностей поступления нефтяных УВ из внутренних частей Земли - сплошными потоками или пульсирующими;
отсутствие объяснений преимущественной концентрации нефтяных и газовых месторождений в местах накопления осадочных пород (геосинклинали, рифтогены, синеклизы и др.) и их случайных нахождений в районах распространения кристаллических пород (кристаллические щиты, массивы и другие блоки).

На рис.1 В показана принципиальная схема формирования нефтяных и газовых месторождений, построенная на основании теоретических представлений о нефти как продукте синтеза водорода и углерода, который происходит не на глубинах, а в приповерхностных участках Земли. Эта теория не является компромиссной между двумя предыдущими - органической и магматически-неорганической. В ней отсутствуют такие понятия как нефтематеринские слои и такие представления, как подъем готовых нефтяных УВ из глубинных частей Земли. Наша теория основывается на положении, что нефтяные УВ формируются в верхних участках земной коры, где глубинный водород (а не готовые нефтяные УВ) соединяется с седиментогенным углеродом.

Эта теория дает ответ на вопрос, почему преобладающее большинство нефтяных и газовых месторождений мира размещено в местах больших скоплений осадочных пород, т.е. в геосинклиналях, рифтогенах и других впадинах земной коры. Во-первых, потому что именно в этих геоструктурах сосредоточены крупные массы углерода, необходимого для соединения с водородом. Во-вторых, именно к этим геологическим регионам по зонам глубинных разломов поступают самые большие количества ювенильного водорода.

Преимуществом осадочно-неорганической теории (см.рис В) перед магматически-неорганической (см. рис. Б) является то, что в первой речь идет только о водороде (положение о наличии которого в глубинах Земли не нуждается в доказательствах), тогда как постулат второй теории о поступлении уже готовых нефтяных УВ из глубин Земли еще требует подтверждения, особенно в их качественном и количественном отношении.

Теория осадочно-неорганического образования нефти имеет более значительную ресурсную базу, нежели органическая (см.рис. А). Геологи-нефтяники уже установили, что если подсчет ресурсов УВ выполнять на основании органической теории, то вывод будет такой: нефти хватит человечеству не больше чем на 100 лет. С позиций осадочно-неорганической теории ресурсы УВ значительно большие, а возможно, и вообще неисчерпаемые. Процесс соединения водорода с углеродом, являясь основой этой теории, происходит в недрах нашей планеты постоянно.

В нефтяной геологии давно замечено такое интересное явление, как частичное, а возможно, и полное "восстановление" нефтяных и газовых месторождений, которые были когда-то использованы, т.е. истощены разработкой. Возникает вопрос, откуда появляются новые порции нефти и газа в "старых", т.е. уже отработанных, месторождениях? Возможно, что существующие месторождения нефти и газа являются постоянно действующими геолого-геохимическими генераторами новых порций нефтяных УВ. С позиций этой научной идеи приходим к выводу, что человечеству не угрожает "нефтяной голод", как это следует из органической теории.

Исходя из установленных геологических фактов, что ювенильный водород поступает из глубин Земли в наибольших количествах по зонам глубинных разломов, а наибольшие объемы углерода сосредоточены в мощных толщах осадочных формаций, приходим к выводу, что наиболее перспективными для выявления нефтяных и газовых месторождений будут зоны глубинных разломов (и их разветвления), геосинклиналей (орогенов), рифтогенов, синеклиз, краевых частей платформ, щитов, массивов и других блоков земной коры, что авторы этой статьи пытаются доказать уже много лет (Чебаненко И.И., 1966; Чебаненко И.И., Довжок Е.М., Клочко В.П., Пономаренко М.И., 1986).

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ФОРМИРОВАНИЯ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИИ СОГЛАСНО ОРГАНИЧЕСКОЙ (А), МАГМАТИЧЕСКИ-НЕОРГАНИЧЕСКОЙ (Б) И ОСАДОЧНО-НЕОРГАНИЧЕСКОЙ (В) ТЕОРИЯМ

Рисунок 1.1 - кристаллические породы; 2 - то же с включениями абиогенной нефти; 3 - песчано-глинистые породы; 4 - то же с включениями биогенной нефти; 5 - известняки; 6 - песчаники-коллекторы; 7 - скопления нефти в промышленных размерах; 8 - глинистые и другие плотные породы-покрышки

Образование нефти впоследствии электрических разрядов.

        Кроме температуры и давления в природных процессах принимает участие и электричество. Член-корреспондент АН СССР А.А.Воробьев выдвинул предположение, что в развитии нашей планеты немалую роль играли именно электрические процессы. По его мнению, горные породы обладают гораздо большими диэлектрическими свойствами, чем атмосфера. А если так, то грозы могут бушевать не только над, но и под землею.

В результате сильных электрических разрядов возникают частицы плазмы, которые обладают высокой химической активностью. Это обстоятельство, в свою очередь, создает предпосылки для протекания таких реакций, которые невозможны при обычных условиях. По мнению Воробьева, метан, выделяющийся из органических соединений, при воздействии подземного электрического разряда может подвергнуться частичному дегидрированию, образуются свободные углеводородные радикалы СН, СН2, и СН3. Соединяясь между собой, они образуют ацетилен, этилен и другие углеводороды, входящие в состав нефти.

Одним из основных механизмов электризации горных пород, согласно рассуждениям Воробьева, является трение в месте контакта горных пород при взаимном перемещении в ходе тектонических процессов. Таким образом, процессы трещинообразования в земной коре могут способствовать превращению механической энергии в электрическую.

И представьте себе, эти весьма неожиданные рассуждения нашли подтверждение в геологической практике. Еще в 1933 году было отмечено, что формы облаков в зонах разломов земной коры резко отличаются от облаков в тех местах, где трещин нет. Современные геофизические приборы указывают, что в приземном слое воздуха над зонами разломов земной коры увеличена электропроводимость.

Образование при тектонических процессах.

     Весьма необычная гипотеза. В соответствии с ней, нефть образуется также из органических остатков, затянутых вместе с океаническими осадками в зону, где происходил подвиг океанической плиты под континентальную. Говоря другими словами, существуют тектонические процессы, которые позволяют органическим веществам оказаться на весьма больших глубинах. При этом механизм затягивания осадков в зону подвига жестких плит аналогичен механизму попадания жидких смазочных масел в зазоры между трущимися жесткими деталями в различных технических устройствах и машинах.

Ну а дальше образовавшаяся нефть может подвергаться различным воздействиям. Например, под тяжестью литосферного выступа, наползающий с материка плиты углеводороды могут быть «выжаты» из осадочных пород и активно мигрировать в сторону надвига. Этим эффектом «горячего утюга» может быть объяснено формирование больших залежей нефти на сравнительно небольшой площади, как в районе Персидского залива.

В результате затягивания органических веществ в мантию, их последующей переработки и выброса образовавшихся углеводородов геотермальными водами в верхние слои земной коры их обнаруживают в вулканических газах во время извержений.

Такая теория, учитывающая глобальную тектонику плит земной коры, оказалась весьма продуктивной и с практической точки зрения. В США, к примеру, ведется бурение в так называемых поднаддвиговых зонах Скалистых гор. И здесь были обнаружены как нефтяные, так и газовые месторождения. А ведь по старым, классическим меркам, их здесь не должно было быть.

В 1980 году в штате Вайоминг поисковая скважина на глубине 1888 метров вошла в докембрийский фундамент, сложенный из гранита. Затем в скальных породах геонефтеразведчики прошли еще 2700 метров и обнаружили осадочные отложения мелового периода. Необъяснимое, казалось бы, чередование пород разного геологического возраста объяснялось весьма просто: на осадочные породы в свое время была надвинута плита гранита.

Бурение было продолжено, и на глубинах 5,5 километров разведчики обнаружили промышленные залежи газа. К настоящему времени в Скалистых горах ведется промышленная разработка, а прогнозные запасы оцениваются в 2,8 миллиарда тонн условного топлива. Это уникальное месторождение.

Современные методы исследования.

К современным методам исследования относиться газохроматографический метод анализа. Который позволяет исследовать состав легких бензиновых фракций, нормальных и изопреноидных алканов, ароматических углеводородов, а также полициклических нафтенов — стеранов и тритерпанов.

Ведется усовершенствование геофизических и сейсмических методов, с помощью которых можно построить геологические разрезы. Используются геофизические методы, основанные на геофизических эффектах, вызываемых наличием нефти и газа в земной коре.

Для решения теоретической и практической задач поисков и разведки нефтяных и газовых месторождений внедряются различные математические приёмы с применением ЭВМ, позволяющие прогнозировать размещение ресурсов углеводородов и, в частности, раздельно нефти и газа, определять тем самым наиболее эффективные направления поисков и оптимальные системы размещения разведочных скважин на месторождениях.

Ведется усовершенствование геофизических и сейсмических методов

Связи с другими научными дисциплинами.

Изучение процесса образования нефти связано с многими научными дисциплинами в основном геологическими, химическими и физическими.

Общая химия обычно включает информацию о химических и физических свойствах важнейших неорганических и органических, основные сведения о теории строения вещества, элементы химической термодинамики и кинетики, учение о растворах, сведения о закономерности органического синтеза, основы физико-химического анализа веществ.

Органическая химия — раздел химии, изучающий соединения углерода их структуру, свойства, методы синтеза.

Физическая химия — наука об общих законах физики и химии. Исследует химические явления с помощью теоретических и экспериментальных методов химии и физики. Определяет строение и химические превращения веществ при различных внешних условиях.

Седиментология физическая — новая отрасль литологии, изучающая осадконакопление как закономерный процесс взаимозависимостей механики движения среды накопления и элементарных тел зерен, формирующих осадок.

Нефтехимия-область химии, изучающая состав, св-ва и хим. превращения компонентов нефти и прир. газа, а также процессы их переработки.