Энергетика ТЭК: Нефть, нефтяная промышленность

в уголь, а потом в нефть.

М.В. Ломоносов был не единственный, кто высказывался по интересующему

нас вопросу в XVIII в. Правда, другие гипотезы того времени носили

курьезный характер. Один варшавский каноник утверждал, что Земля в райский

период была настолько плодородна, что на большую глубину содержала жировые

примеси. После грехопадения этот жир частично испарился, а частично

погрузился в землю, смешиваясь с разными веществами. Всемирный потоп

содействовал превращению его в нефть.

Известны и другие не менее „научные" гипотезы о происхождении нефти.

Авторитетный немецкий геолог-нефтяник Г.Гефер рассказывает об одном

американском нефтепромышленнике конца прошлого века, считавшем, что нефть

возникла из мочи китов на дне полярных морей. По подземным каналам она

проникла в Пенсильванию.

В XIX в. среди ученых были распространены идеи, близкие к

представлениям М.В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг

исходного материала: животные или растения? Немецкие ученые Г. Гефер и К.

Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из

животных организмов. Была произведена перегонка сельдевого жира при

температуре 400 °С и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло,

горючие газы, вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла

(299 кг, или 61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на девять десятых из

УВ коричневого цвета. Последующей разгонкой из масла получили предельные УВ

(от пентана до нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили

олефины и ароматические УВ. Позднее, в 1919 г. академиком Н.Д. Зелинским

был осуществлен похожий опыт, но исходным материалом служил органогенный ил

преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш.

При его перегонке были получены: сырая смола - 63,2 %; кокс - 16,0%; газы

(метан, оксид углерода, водород, сероводород) - 20,8 %. При последующей

переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла.

Таким образом, уже в конце прошлого столетия четко обособились два

полярных взгляда на проблему происхождения нефти: органическая и

неорганическая гипотезы. Заслуживает упоминания космическая гипотеза В.Д.

Соколова, высказанная им в 1892 г. По мнению этого ученого, в составе

первичного газопылевого облака, из которого образовалась Земля и другие

планеты Солнечной системы, находились УВ. По мере формирования Земли они

оказались в ее глубинном веществе, составляющем вторую оболочку планеты -

мантию. В дальнейшем при остывании мантии УВ начали выделяться из нее и

проникать по трещинам в рыхлые породы коры. Как видим, гипотеза В.Д.

Соколова - одна из разновидностей представлений о минеральном синтезе

нефти.

Несмотря на существование различных мнений, большинство специалистов-

нефтяников разделяют органическую теорию происхождения нефти. В современном

толковании она разработана в трудах многих отечественных ученых: А.А.

Бакирова, И.О. Брода, Н.Б. Вассоевича, В.В. Вебера, Н.А. Еременко, М.К.

Калинко, А.Э. Конторовича, И.И. Нестерова, С.Г. Неручева, А.А. Трофимука,

В.А. Успенского и зарубежных исследователей: Г. Крейчи-Графа, П. Смита, А.

Траска, Дж. Ханта, Б. Тиссо, У. Коломбо, А. Леворсена и др.[13. Стр. 28-31]

Осадочные бассейны – родина нефти.

Любое море заселено множеством животных и растений. Из всей морской

биомассы в образовании нефти ведущая роль принадлежит микроорганизмам -

планктону, 90 % которого занимают микроскопические водоросли

(фитопланктон). Именно планктон является основным источником органического

вещества (0В), которое содержится не только в осадочных илах на дне морей

или озер, но и в самой воде. В Атлантическом и Тихом океанах в 1 м3 воды

растворено 2 г органики, в водах Балтики и Каспия - 5-6 г, а в Азовском

море - 10 г. Интересно, что в составе растворенного 0В обнаружены жирные

кислоты, имеющие большое сходство с жирами планктона. В донных осадках

концентрация 0В еще выше. Это понятно, ведь большая часть отмирающих

организмов опускается на дно. Для захоронения органики предпочтительны

мелководные условия. Здесь вообще активнее идут процессы образования

осадков (глинистых, песчаных, известковых и т.д.), что способствует

относительно быстрому захоронению 0В и предохранению его от разложения. На

глубине, кроме того, органика успевает в значительной степени раствориться

и рассеяться в воде благодаря деятельности бактерий. Ежегодно в Мировом

океане образуется в среднем до 150 г 0В на 1 м2 дна, захороняется же в

осадках около 1 %.

Теперь посмотрим, что же происходит с 0В, которое оседает на морское

дно. Органика сравнительно быстро захороняется глинистыми, песчаными или

карбонатными осадками, которые приносятся с континентов или образуются

непосредственно в море. В составе органики имеются различные вещества,

наибольший интерес для последующего нефтеобразования представляют

битумоиды, которые извлекаются из 0В различными растворителями

(хлороформом, бензолом, эфиром). Источником битумоидов являются липоиды -

жиро-подобные соединения. В тканях организмов содержание липоидов

достаточно велико. В диатомовых водорослях, например, оно составляет 10-35

% от сухой массы. Количество битумоидов в донных осадках колеблется от 2 до

20 % всей органики. Кроме битумоидов в 0В содержатся уже готовые

углеводороды (от 0,1% до 3 %). В среднем на 1 м3 породы приходится 300 г, а

в некоторых случаях до 15 кг УВ. Общее же содержание рассеянных УВ в

осадочных породах континентов, по данным профессора Н.Б. Вассоевича,

составляет 70-80*1012 т, что в несколько десятков раз превышает

установленные запасы нефти (около 2,2*1012 т). Отсюда видно, что

накопившегося 0В было достаточно для образования выявленного количества

нефти.

Дисперсные УВ в осадочных породах и современных илах морей сходны с

нефтяными УВ, поэтому их стали называть рассеянной нефтью, или микронефтью.

Если учесть еще, что горные породы гидрофильны, т.е. смачиваются водой,

а не нефтью, то к горному давлению следует прибавить и капиллярные силы,

которые усиливают отжатие нефти.

Процесс ухода нефти из материнских пород (т.е. из тех, в которых она

образовалась) получил название первичной миграции, или эмиграции. Долгое

время вероятность этого процесса ряд ученых ставили под сомнение, это была

своеобразная ахиллесова пята органических гипотез происхождения нефти.

Однако в последние годы исследованиями геологов ИГИРГИ и ВНИГРИ доказана

возможность эмиграции нефти в виде растворов в сжатых газах и в воде. Попав

в проницаемые породы-коллекторы, нефть начинает новую жизнь. Путешествие по

коллекторам продолжается до тех пор, пока нефть не попадет в ловушку -

пласт, который способен удержать нефть в виде залежи. Таким образом, как

замечает Н.Б. Вассоевич: „Предыстория нефти начинается еще в живом

веществе, синтезирующем исходные для нее биохимические соединения, а

история нефти - с фоссилизации биогенного органического вещества в

осадках".

По мнению ряда ведущих отечественных и зарубежных нефтяников, проблема

происхождения нефти в принципе решена. С позиций органической теории

производится оценка перспектив нефтегазоносности малоизученных регионов,

определяются стратегия и тактика поисково-разведочных работ.[13. Стр. 31-

36]

Современный взгляд на образование нефти.

Характерной чертой современного развития геологии является формирование

нового геологического мышления, в основу которого положено представление о

горизонтальном движении отдельных блоков литосферы, так назьюаемых

литосферных плит. В недрах нашей планеты без устали происходит круговорот

вещества - конвектйвное движение. Оно начинается на глубине около 3 тыс. км

на границе адра и мантии, откуда горячий и относительно легкий материал

всплывает вверх и через 15-16 млн.лет достигает подошвы литосферы - верхней

и наиболее тонкой земной оболочки. Растекаясь по ее подошве, мантийное

вещество за счет сил вязкого трения „разрывает" литосферу на несколько

плит, которые раздвигаются от области выхода глубинного потока и дрейфуют в

горизонтальном направлении. В этом месте образуются вначале своеобразные

структуры в виде огромных провалов - рифты, а потом они трансформируются в

океан. В наши дни типичные континентальные рифты известны в Восточной

Африке, где они обычно заполнены водой (озера Ньяса, Танганьика, Рудольфа и

т.д.). Примером современного морского рифта, отражающего следующую стадию

перехода рифтовых структур в океан, является Красное море.

Горизонтальное движение литосферных плит приводит в конце концов к их

столкновению и одна плита как бы „заталкивается" под другую. Возникает зона

субдукции. При погружении литосферной плиты силы трения разогревают эту

зону на сотни градусов, что способствует плавлению пододвигаемой плиты и

возникновению вулканических процессов. Современные зоны субдукции широко

распространены по побережью Тихого океана, на востоке Индийского океана.

Процессы сопровождаются не только активным вулканизмом, но и сильными

землетрясениями. Таким образом, верхняя и самая тонкая оболочка Земли

(литосфера) находится в непрерывном движении. Какое же отношение имеет

рождение нефти к этим мощным природным явлениям? Оказывается - прямое. Дело

в том, что образование нефти очень энергоемкий процесс. Он выражается в

диссоциации различных соединений, в разрыве химических связей между

углеродом и кислородом, азотом, серой. А для этого нужны затраты энергии и

немалые. Например, для разрыва связи С-С надо затратить 70-100 ккал/моль,

для С-О - 70-200 ккал/моль и т.д. Для того чтобы эти процессы начали

протекать и активно развиваться, необходимо повышение температуры до 100-

400 °С. В противном случае преобразование рассеянной органики в нефть будет

протекать медленно, вяло, полностью не используя весь потенциал

органического вещества. Вспомним, химикам удавалось в лабораторных опытах

практически мгновенно получать из естественной органики продукты близкие к

природным нефтям. Условие было одно - высокая температура в перегонном

кубе. Следовательно, если в природе создается ситуация, когда осадочные

породы с органикой попадают в зону относительно высоких температур, то

начинается образование нефти. В обычных условиях пласт для этого должен

погрузиться на глубину минимум в 2-3 км, там-то и наступает, по Н.Б.

Вассоевичу, главная фаза нефтеобразования. А если осадки попадают в зону

рифта или субдукции? Здесь прогретость недр в 5-6 раз выше, чем в обычных

областях. Следовательно, и преобразование органики в капельно-жидкую нефть

может начаться намного раньше. Практически одновременно с

осадконакоплением. Поэтому зоны рифтов и субдукции так привлекают сейчас

внимание геологов-нефтяников. Исследование их дает ключ к правильному

пониманию генезиса УВ. Что же там происходит?

Вначале о рифтах. Процесс рифтообразования предшествует разогрев,

«возбуждение» верхней мании. Это находит отражение и в современном строении

рифтов: утончении земной коры до 30-35 км; уменьшение глубины залегания

астеносферы; резкое возрастание теплового потока под рифтом; молодой

вулканизм; источники термальных вод; сейсмичность. Все это характеризует

рифты как чрезвычайно активные структуры литосферы. Осадочные бассейны

рифтогенного типа закладываются на начальной стадии раскола (деструкции)

земной коры, как правило, континентального типа. За сравнительно короткий

отрезок времени (5-20 млн.лет) возникает узкий грабенообразный прогиб,

выполненный 4-7-километровой толщей осадков. На начальных стадиях осадкона-

копления в рифтах формируются обычные континентальные речные или озерные

отложения с прослоями вулканических образований. Далее часто откладываются

соленосные комплексы, появление которых связывают с выносом солей

глубинными термальными водами. В дальнейшем, по мере развития рифта и

преобразования его из внутриконтинентального в морской межконтинентальный

рифт (типа Красного моря), в нем накапливаются нормальные морские

обломочные и карбонатные отложения. В центральных частях рифтов, в условиях

ограниченной циркуляции вод, обычно аккумулируются мощные глинистые толщи,

обогащенные органикой (черные глины). В связи с быстрым захоронением и

погружением на большие глубины они уже на рифтовой стадии могут реализовать

свой нефтегазоматеринский потенциал. Этому в значительной степени

способствует аномально высокий тепловой поток в рифтах и, как результат

этого, высокая прогретость земных недр. Поэтому образование УВ может

происходить уже в молодых, неглубоко залегающих осадках. Причем, даже

озерные отложения, содержащие сравнительно небольшое количество органики,

могут оказаться нефтегазопроизводящими. Примером этого могут служить

многочисленные нефте- и газопроявления в пределах современной

внутриконтинентальной Восточно-Африканской системы рифтов. Отдельные рифты,

заполненные водой, образуют систему озер, на берегах которых отмечаются

выходы газа, легкой нефти, закированные песчаники (например, оз. Альберт).

Геологические события иного типа протекают в зонах субдукций, но

результат их тот же: ускоренное преобразование рассеянной органики в нефть.

В зонах поддвига происходят два очень важных для нас явления: образование

аккреционных призм (линз) и проскальзывание океанических осадков в мантию

вместе с пододвигаемой плитой.

Формирование аккреционных призм происходит за счет соскребания осадков

с погружающейся плиты и накопления их на внешнем склоне островной дуги. В

результате вдоль фронта субдукций возникает огромная „куча" осадочного

материала, в котором содержится и рассеянная органика Высокий прогрев недр

обеспечивает здесь благоприятные условия для рождения нефти. Однако пока

это теория. Современные аккреционные призмы с точки зрения возможной их

нефтегазоносности практически еще не изучены, а древние призмы аккреции

геологи пока не научились распознавать в сложной структуре горно-складчатых

областей.[13. Стр. 38-43]

3. Нефть - пища века.

Одно из перспективных направлений в нефтехимии - биохимическая

переработка нефтяных УВ для получения белковых веществ. Работы были начаты

во Франции еще в 1957 г., но в последние годы актуальность их значительно

увеличилась. Это объясняется растущей диспропорцией между народонаселением

Земли и производством пищи. Как известно, население земного шара превысило

5 млрд. человек. Ожидается, что при существующих темпах роста к 2010 г. на

Земле будут жить почти 8 млрд. человек. Уже сейчас, по данным журнала

„Сайенс" (США), около 500 млн. людей в мире испытывают недостаток в

продуктах питания. К концу века эта цифра удвоится. Как сообщает директор

Марсельской лаборатории А.Шампанья, недостаток животного белка в настоящее

время достигает 3 млн.т, т.е. 15 млн. т мяса. По другим материалам, этот

дефицит составляет 40-60 млн. т в год. Журнал „Сайенс" пишет о том, что мир

недополучает в год 25 млн.т хлебопродуктов. В связи с этим проблема

получения искусственной пищи стоит особенно остро. Предлагают различные

способы изготовления белка. Один из них, наиболее обнадеживающий, - его

производство из нефти. Разработка этой идеи принадлежит немецкому ученому

Феликсу Юсту (1952 г.). Технология получения синтетического белка из нефти

проста. Углеводороды используют для получения парафина. В него добавляют

соли азота, фосфора, калия и других элементов. Из этой массы и воды

приготовляется питательная среда. В нее при определенной кислотности и

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8