Теория происхождения нефти

Происхождение нефти

Считается, что за время существования нефтяной промыш­ленности человечеством добыто около 85 млрд. т нефти и оставлено в недрах отработанных месторождений еще 80. 90 млрд. т. Кроме того, доказанные запасы нефти в настоящее время составляют около 140 млрд. т. Итого около 300 млрд. т. Что за «фабрика» произвела такое количество нефти?

Вопрос о происхождении нефти имеет не только познавательное, но и большое практическое значение. «Только тогда, когда мы будем иметь правильное представление о тех процессах, в результате которых возникла нефть, …будем знать, каким образом в земной коре образуются ее залежи, мы получим… надежные указания, в каких ме­стах надо искать нефть и как надлежит наиболее целесообразно организовать ее разведку», — справедливо писал в 1932 г. академик И.М. Губкин.

В развитии взглядов на происхождение нефти выделяют 4 этапа:

-период научных догадок;

— период формирования научных гипотез, связанный с началом развития нефтяной промышленности;

Ярким примером донаучных представлений о происхождении нефти являются взгляды польского натуралиста XVIII в. каноника К. Клюка. Он считал, что нефть образовалась в раю и является остатком той благодатной, жирной почвы, на которой цвели райские сады. Но после грехопадения Бог решил наказать человечество и уменьшил урожайность земли, удалив из нее жирное вещество. Одна часть жира, по мнению каноника, испарилась под влиянием солнечного тепла, а другая опустилась вглубь Земли, где и образовала скопления нефти.

Примером взглядов периода научных догадок является выс­казанная М.В. Ломоносовым мысль о том, что нефть образовалась из каменного угля под воздействием высоких температур. В своей работе «О слоях земных» в середине XVIII в. он писал: «Выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бу­рая и черная масляная материя и вступает в разные расселины. ».

С началом развития нефтяной промышленности вопрос о про-исхождении нефти приобрел важное прикладное значение. Это дало мощный толчок к появлению различных научных гипотез.

В 1866 г. французский химик М. Бертло высказал предполо­жение, что нефть образовалась в недрах Земли при воздействии углекислоты на щелочные металлы. Другой французский химик Г. Биассон в 1871 г. выступил с идеей о происхождении нефти в резуль­тате взаимодействия, воды, углекислого газа и сероводорода с растленным железом. Обе эти реакции действительно приводят к образованию нефтеподобного вещества, а сами гипотезы являются первыми представителями неорганической теории происхождения нефти.

В 1888 г. немецкий химик К. Энглер, нагревая жиры морских животных при давлении 1 МПа до температуры 320. 400°С, получил нефтеподобные продукты. На этом основании он вместе, с геологом Г. Гефером выдвинул гипотезу о происхождении нефти из животного жира, т.е. из органического вещества.

В настоящее, время сформировались две теории происхожде­ния нефти: органическая и неорганическая.

Сторонники органической теории утверждают, что исходным материалом для образования нефти стало органическое вещество.

В основе современных взглядов на происхождение нефти лежат положения, сформированные академиком И.М. Губкиным в 1932 г: в его монографии «Учение о нефти». Ученый считал, что исходным для образования нефти является органическое вещество морских илов, состоящее из растительных и животных организмов. Его накопление на дне морей происходит со скоростью до 150 г на 1 квадратный метр площади в год. Старые слои довольно быстро перекрываются более молодыми, что предохраняет органику от окисления. Первоначаль­ное разложение растительных и животных остатков происходит без доступа кислорода под действием анаэробных бактерий. Далее пласт, образовавшийся на морском дне, опускается в результате общего про­гибания земной коры, характерного для морских бассейнов. По мере погружения осадочных пород давление и температура в них повышаются. Это приводит к преобразованию рассеянной органики в диффузно рассеянную нефть. Наиболее благоприятны для нефтеобразования давления 15. 45 МПа и температуры 60. 150 °С, которые существуют на глубинах 1,5. 6 км. Далее, под действием возрастаю­щего давления, нефть вытесняется в проницаемые породы, по которым она мигрирует к месту образования залежей.

Таким образом, процесс нефтеобразования делится на три этапа:

1) накопление органического материала и его преобразование в диффузно рассеянную нефть;

2) выжимание рассеянной нефти из нефтематеринских пород в коллекторы;

3) движение нефти по коллекторам и ее накопление в зале­жах.

В последующие годы взгляды И.М. Губкина блестяще подтвер­дились. В 1934 г. в нефти, асфальтах и ископаемых углях были найдены порфирины, входящие в молекулу хлорофилла. В 50-е годы нашего столетия А.И. Горской (в СССР) и Ф. Смитом (в США) были откры­ты нефтяные углеводороды в осадках водоемов различных типов (в озерах, заливах, морях, океанах). Открытие крупнейших нефтяных месторождений в осадочных бассейнах сначала между Волгой и Уралом, а затем в Западной Сибири также подтверждает взгляды И.М. Губкина. Наконец, в настоящее время большинство нефтяных место­рождений мира находится в местах сосредоточения осадочных пород, содержащих окаменелые останки животных и растений.

Вместе с тем сторонники органического происхождения не­фти бессильны объяснить существование её гигантских скоплений там, где органического вещества в осадочных породах относительно мало (например, бассейн реки Ориноко). Более того, довольно значи­тельные скопления нефти в Марокко, Венесуэле, США и других странах встречаются в метаморфических и изверженных породах, в которых органического вещества просто не может быть. До недавнего времени бесспорным подтверждением родства нефти и органического мира считались соединения, встречающиеся в обоих из них (например, порфирины). Однако в настоящее время многие из этих, соединений получены неорганическим путем. При этом синтезе так же получается значительное количество твердых парафинов, часто встречающихся в нефти. Органическая же теория объяснить такую долю парафина в нефтях не может.

Абсолютно не вписываются в органическую теорию происхож­дения нефти находки, сделанные в магматических породах. Так, в древнейших кристаллических породах, вскрытых Кольской сверхглу­бокой скважиной, зафиксировано присутствие родственного нефти битуминозного вещества, а на вьетнамском шельфе открыты крупные нефтяные месторождения (Белый Тигр, Волк, Дракон), где продук­тивными оказались не привычные нефтяникам песчаники и известняки, а глубинный гранитный массив. Похожее, хотя и небольшое, месторождение (Оймаша) известно в Казахстане.

Сторонники неорганической теории считают, что нефть об­разовалась из минеральных веществ.

В 1876 г. Д.И. Менделеев выдвинул, так называемую, «кар­бидную» гипотезу происхождения нефти. По мнению ученого, во время горообразовательных процессов по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь проникает вода. Встречая на своем пути карбиды железа, она вступает с ними в реакцию, в результате которой образуются оксиды железа и углеводороды. Затем последние по тем же разломам, поднимаются в верхние слои земной коры и образуют нефтяные месторождения.

Заслугой Д.И. Менделеева, является то, что впервые вместо общих рассуждений им была выдвинута стройная гипотеза, объясня­ющая не только химическую, но и геологическую сторону процесса образования нефти из неорганических веществ.

Оппоненты «карбидной» гипотезы утверждают, что существо­вание карбидов железа в недрах Земли не доказано, а кроме того, в условиях высоких давлений и температур горные породы становятся пластичными и поэтому существование трещин, ведущих к ядру Земли, по их мнению, невозможно.

В 1892 г. русский геолог В.Д. Соколов, основываясь на фактах находок битумов в метеоритах, а также на наличии углеводородов в хвостах некоторых комет, предложил «космическую» гипотезу возникновения нефтяных углеводородов в коре нашей планеты. По его мнению, углеводороды изначально присутствовали в газопылевом облаке, из которого сформировалась Земля. Впоследствии они стали выделяться из магмы и подниматься в газообразном состоянии по трещинам в верхние слои земной коры, где конденсировались, образуя месторождения нефти. Оппоненты В.Д. Соколова утверждают, что существование в недрах Земли трещин большой протяженности, соединяющих земное ядро с поверхностью, невозможно. Современными же исследованиями установлено, что в атмосфере планет Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна присутствует метан, хотя никакой органики на этих планетах не было и быть не может. Ученые предполагают, что метан образовался в условиях высоких температур из водорода и углекислого газа, широко распространенных в космосе.

В 50-е годы ленинградский геолог-нефтяник Н.А. Кудрявцев собрал и обобщил огромный геологический материал по нефтяным месторождениям мира. Прежде всего, он на более обширном материа­ле подтвердил наблюдения Д.И. Менделеева о том, что многие месторождения обнаруживаются под зонами глубинных разломов зем­ной коры. Во-вторых, он собрал сведения об отсутствии прямой связи между наличием нефти и количеством органического вещества в породе. Таким местом является, в частности, Мархининский вал на севере Сибири, где горные породы на глубину двух километров буквально пропитаны нефтью, а количество углерода, образовавшегося одновре­менно с породой, составляет всего 0,2. 0,4 %. На этом основании ученый считал, что нефтеносность Мархининского вала связана не с преобразованием органического вещества, а с наличием глубинного разлома, по которому углеводороды поднимались из недр планеты. Тем же самым можно объяснить присутствие нефти в кимберлитовых трубках, которые представляют собой каналы взрывного разлома земной коры, образовавшиеся в результате прорыва глубинных газов и магмы из недр Земли.

На основании этих и других фактов Н.А. Кудрявцев выдви­нул «магматическую» гипотезу образования нефти. По его мнению, на больших глубинах в условиях очень высокой температуры углерод и водород образуют углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Затем по глубинным разломам они поднимаются вверх, ближе к земной по­верхности. Благодаря уменьшению температуры, в верхних слоях Земли эти радикалы соединяются друг с другом и с водородом, в ре­зультате чего образуются различные нефтяные углеводороды.

Основываясь на этой гипотезе, Н.А. Кудрявцев советовал ис­кать нефть не только в верхних слоях, но и значительно глубже. Этот прогноз блестяще подтверждается открытием все более глубоко зале­гающих нефтяных месторождений.

Оппоненты Н.А. Кудрявцева утверждают, что в условиях вы­соких температур углеводородные радикалы существовать не могут. Однако Э.Б. Чекалюк выполнил необходимые расчеты и показал, что на больших глубинах высокое давление полностью подавляет терми­ческую деструкцию углеводородов. Кроме того, здесь происходит не только синтез углеводородов из воды и углекислого газа, но также их полимеризация, циклизация и конденсация в крупные углеводородные молекулы. Оптимальные термодинамические условия для син­теза нефти, по мнению ученого, имеют место на глубинах порядка 100. 200 км. Прорыв нефтяных углеводородов ближе к поверхности происходит по разломам, возникающим в мантии и земной коре.

До недавнего времени в СССР общепризнанной считалась теория органического происхождения нефти, согласно которой «чер­ное золото» залегает на глубине 1,5. 6 км. Белых пятен в недрах Земли на этих глубинах почти не осталось. Поэтому теория органического происхождения не дает практически никаких перспектив в отноше­нии разведки новых крупных месторождений нефти.

Иное дело теория неорганического происхождения нефти. В недрах нашей планеты имеется достаточное количество исходного материала для образования углеводородов. Источниками углерода и водорода считаются вода и углекислый газ. Их содержание в 1 м 3 ве­щества верхней мантии Земли, по данным Е.К. Мархинина, составляет 180 кг и 15 кг соответственно. Благоприятная для реакции химичес­кая среда обеспечивается присутствием закисных соединений металлов, содержание которых в вулканических породах доходит до 20 %. Образование нефти будет продолжаться до тех пор, пока в не­драх Земли есть вода, углекислый газ и восстановители (в основном закись железа). Таким образом, теория неорганического происхождения нефти не только объясняет факты, ставящие в тупик «органиков», но и дает нам надежду на то, что запасы нефти на Земле значительно больше разведанных на сегодня, а самое главное — продолжают пополняться

В целом можно сделать вывод, что обе теории происхожде­ния нефти достаточно убедительно объясняют этот процесс, взаимно дополняя друг друга. А истина лежит где-то посредине.

Теории происхождения нефти

Описание: Теория минерального происхождения нефти возникла еще на заре нефтяной промышленности и развивалась как альтернатива биогенной концепции. К числу таких фактов и положений относятся крайняя неравномерность в распространении запасов нефти на Земле; отсутствие какихлибо существенных специфических признаков нефтематеринских горных пород кроме наличия рассеянной нефти близкой по составу к обычной нефти; невозможность количественно объяснить образование крупнейших и гигантских месторождений нефти и газа за счет рассеянного в окружающих породах.

Дата добавления: 2015-01-08

Размер файла: 27.65 KB

Работу скачали: 87 чел.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Теории происхождения нефти

Существует три теории происхождения нефти: минеральная, органическая и космическая.

Теория минерального происхождения нефти возникла еще на заре нефтяной промышленности и развивалась как альтернатива биогенной концепции. Это было вызвано тем, что биогенная теория при всем ее стремлении к универсальности не могла объяснить многие важные факты или удовлетворительно обосновать некоторые собственные принципиальные теоретические положения. К числу таких фактов и положений относятся крайняя неравномерность в распространении запасов нефти на Земле; отсутствие каких-либо существенных специфических признаков «нефтематеринских» горных пород, кроме наличия рассеянной нефти, близкой по составу к обычной нефти; невозможность количественно объяснить образование крупнейших и гигантских месторождений нефти и газа за счет рассеянного в окружающих породах органического вещества и др. Сущность минеральной концепции кратко сводится к следующему. Нефтегазообразование и формирование нефтяных и газовых месторождений рассматривается как одно из проявлений более широкого природного процесса — дегазации Земли. Этот процесс в различных своих формах — один из главных факторов эволюции Земли, сформировавших современный облик ее внешних оболочек, создавших на ранних этапах геологической истории гидросферу, атмосферу и, в конечном счете, саму биосферу. Глубинная дегазация связана, главным образом, с активными зонами земной коры, для которых характерны наличие глубинных разломов, высокая сейсмичность и вулканизм. Преобладающие компоненты в составе газов — это пары воды, СО2, H2S, H2, N2 и углеводороды.

Первым высказал эту теорию в 1805 году А.Гумбольдт. Опыты ученых 1860-1870-ых годов дали начало развитию теории Д.И. Менделеева. 15 октября 1876 года, на заседании Русского химического общества Д.И.Менделеев изложил свою гипотезу образования нефти. Великий химик считал, что во время процессов горообразования по трещинам-разломам, рассекающим земную кору, вглубь поступает вода. Просачиваясь в недра, она в конце концов встречается с карбидами железа и под воздействием высоких температур и давления вступает в химическую реакцию. В результате этой реакции образуются оксиды железа и углеводороды. Образующиеся вещества по разломам коры поднимаются в верхние ее слои и насыщают пористые породы. В результате образуются нефтяные месторождения.

В первой половине XX века интерес к гипотезе минерального происхождения нефти в основном был потерян. Но с 1950 года, по причине отсутствия доказательств органической теории, развитие минеральной теории пошло полным ходом. Геолог, Н. А. Кудрявцев, высказал, что нефть и газ образуются в глубинных зонах Земли из смеси Теория происхождения нефти и Теория происхождения нефти в результате реакций прямого синтеза углеводорода из CO и Теория происхождения нефти. Теория происхождения нефти. а также полимеризации радикалов CH. Геологические доказательства минеральной гипотезы — наличие следов метана и некоторых нефтяных углеводородов в глубинных кристаллических породах, в газах и магмах, извергающихся из вулканов, проявления нефти и газа по некоторым глубинным разломам и т. п. — являются косвенными и всегда допускают двойную трактовку.

Химическая база минеральной гипотезы — это каталитический синтез и конверсия углеводородов при высоких температурах и давлениях, во многом освоенные химической технологией. Минеральная концепция объясняет такие основные особенности распространения углеводородов, в том числе их скоплений:

— нефть и газ могут залегать в любых горных породах, имеющих свободные емкости и условия для удержания и сохранения находящихся в них флюидов. Этим условиям отвечают, главным образом, осадочные горные породы;

— большинство скоплений нефти и газа в горных породах возникли значительно позже (спустя десятки и сотни миллионов лет) образования самих горных пород. В настоящее время сохранились, в основном, только сравнительно молодые месторождения, так как древние вероятнее всего были разрушены геологическими процессами;

— наличие на Земле гигантских и сверхгигантских месторождений нефти и газа, поскольку размеры этих месторождений в верхних этажах земной коры ограничиваются только размерами имеющихся в горных породах резервуаров и условиями сохранения;

— приуроченность в нефтегазоносных областях скоплений к породам определенного возраста внутри области или бассейна, что связано с общностью условий образования горных пород, формирования в них емкостных и других физических свойств;

— высокая концентрация в нефтях металлов, широкое распространение битуминозных веществ в некоторых рудах;

— широкое распространение в любых горных породах нефтегазоносных районов рассеянных углеводородов, поскольку нефть в месторождениях — это только незначительная часть мощного потока углеводородов, захваченная ловушками;

— наличие сверхвысоких пластовых давлений в нефтяных и газовых залежах.

Теория органического происхождения нефти. Основатель этой теории – М.В. Ломоносов. Основы теории излагались в одном из трактов ученого, где он писал: «Выгоняется подземным жаром из приготовляющихся каменных углей, она бурая и черная масляная материя. и сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй, каковы суть каменное масло, жидовская смола, нефть, гагат, и сим подобное, которые хотя чистотой разнятся, однако из одного начала происходят». Позднее эта теория менялась и варьировалась, но суть теории такова – органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть.

В осадочных породах всегда содержится очень незначительное количество органического вещества (всего 0,2—0,9%). Изучение его состава показало, что оно состоит из веществ, напоминающих жироподобные вещества, содержащиеся в остатках растений на дне морей. А по своему молекулярному строению похоже на соединения, входящие в состав нефти. Благодаря этому некоторые учёные считают доказанной возможность образования углеводородов нефти из липоидов, белков и углеводов, которые входили в состав животных организмов.

В 1921 г. японскому учёному Кобаяси удалось получить искусственную нефть при перегонке жира рыб без давления, но в присутствии катализатора — ускорителя реакции. Подобные опыты были проведены и другими исследователями. Это натолкнуло их на мысль, что такими катализаторами в природных условиях могут быть глины, содержащие вещества-катализаторы, и что в глинистых толщах рассеянное органическое вещество превращается в нефть. Поэтому такие глинистые толщи получили название «нефтепроиз-водящие», или «нефтематеринские».

Биогенная концепция происхождения нефти объясняет основные особенности распространения и состава нефти:

— более 99 % месторождений нефти и газа сосредоточено в осадочных горных породах, т. е. в породах, образовавшихся из донных отложений древних водных бассейнов, в которых развивалась жизнь;

— осадочные породы (глины, песчаники, известняки и др.) характеризуются широким распространением дисперсных битуминозных веществ («диффузно-рассеянной нефти»), близких по составу к обычной нефти. Общее количество рассеянной нефти в осадочной оболочке Земли намного превышает общее количество нефти в месторождениях;

— в нефтегазоносных регионах залежи нефти и газа стратифицированы, т. е. в каждом регионе приурочены в основном к пластам горных пород определенного возраста;

— химический состав нефти в месторождениях и состав рассеянной нефти в горных породах имеют много сходных черт с составом живого вещества: в них присутствуют биомолекулы или их фрагменты (изопреноиды, порфирины и др.), часть которых обусловливает оптическую активность нефти, присущую живому, и т. д.

Биогенная концепция происхождения нефти не представляет собой единую законченную теорию. В ее рамках по сей день остаются дискуссионными наиболее принципиальные вопросы: стадии литогенеза, с которыми связано, в основном, нефтеобразование; источники энергии для синтеза нефтяных углеводородов из керогена; механизм собирания рассеянных углеводородов в скопления; формы и энергия миграции нефти в горных породах; происхождение типов нефтей и другие. На все эти вопросы биогенная концепция пока не дает однозначных ответов: большинство решений имеют альтернативы.

Теория космического происхождения нефти. В 1892 году М. А. Соколовым была выдвинута гипотеза космического происхождения нефти. Суть ее сводится к тому же минеральному синтезу углеводородов из простых веществ, но на первоначальной, космической стадии формирования Земли. Предполагалось, что образовавшиеся углеводороды находились в газовой оболочке, а по мере остывания поглощались породами формировавшейся земной коры. Высвобождаясь затем из остывавших магматических пород, углеводороды поднимались в верхнюю часть земной коры, где образовывали скопления. В основе этой гипотезы были данные о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах.

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.

Теории происхождения нефти

1. Теории происхождения нефти и газа

2. Нефть – «черное золото»

• Нефть — природная
маслянистая
горючая жидкость со
специфическим запахом
. состоящая в основном
из сложной
смеси углеводородов ра
зличной молекулярной
массы и некоторых
других химических
соединений. Относится
к
каустобиолитам (ископа
емое топливо).

По химическому составу и
происхождению нефть близка к
природным горючим газам
и озокериту. Эти ископаемые
объединяют под общим
названием петролитов. Петролиты
относят к ещё более обширной
группе так называемых
каустобиолитов — горючих
минералов биогенного
происхождения, которые включают
также другие ископаемые
топлива (торф, бурые и каменный
уголь, антрацит, сланцы).
Нефть обнаруживается вместе с
газообразными углеводородами на
глубинах от десятков метров до 5—
6 км. Однако на глубинах свыше
4,5—5 км преобладают газовые
и газоконденсатные залежи с
незначительным количеством
лёгких фракций. Максимальное
число залежей нефти
располагается на глубине 1—3 км.
На малых глубинах и при
естественных выходах на земную
поверхность нефть преобразуется в
густую мальту,
полутвёрдый асфальт и другие
образования — например,
битуминозные пески и битумы.

4. Первые упоминания о добыче нефти.

• Нефть известна
очень давно.
Археологи
установили, что её
добывали и
использовали уже за
5-6 тысяч лет до
нашей эры.

5. Теории происхождения нефти

• Существуют три теории происхождения
нефти:
• абиогенная (карбидная,
неорганическая, минеральная);
• биогенная (биологическая,
органическая);
• космическая.

6. Первое предположение о происхождении нефти.

• Еще в начале XVIII
века немецкий
ученый П.Генкель
высказывал мнение,
что нефть
образуется из
остатков животных
и растений.

7. Предположение М. В. Ломоносова.

• М.В.Ломоносов в
своем трактате «О
слоях земных»
высказал идею
происхождения
нефти из того
источника, который
дал начало
каменным углям.

8. Идея, близкая к представлениям Ломоносова.

• Немецкий химик К.
Райхенбах в 1834 году
осуществил перегонку
каменного угля с водой и
получил масло, очень
похожего на нефть Италии.
На основании этого он
предположил, что нефть
«…представляет собой
скипидар доисторических
пиний (итальянских сосен),
находилась в углях в готовом
виде и выделялась из них
под действием теплоты
Земли.

9. Теория минерального происхождения нефти.

• Теория была высказана
в 1805 году известным
ученым и
путешественником
Александром
Гумбольдтом, который
наблюдал нефть,
битумы и нефтяные
газы при извержениях
вулканов. К сожалению,
это было вскоре
забыто.

10. Теория Д.И. Менделеева.

• В конце XIX в. Д. И.
Менделеевым,
обратившим внимание
на приуроченность
известных тогда
месторождений нефти к
краевым частям гор,
была выдвинута
следующая версия
неорганического
происхождения нефти .

11. Работы советских учёных об органическом происхождении нефти

Работы советских учёных об
органическом происхождении
нефти
Работами советского
учёного В. И. Вернадского были
доказаны исключительная
способность организмов,
населяющих нашу планету,
концентрировать в литосфере
огромные запасы углерода и
колоссальная роль последнего
в геологических процессах.
Советский ученый
Н.Д.Зелинский показал, что
некоторые соединения
углерода, входящие в состав
животных и растений, при
невысокой температуре и
соответствующих условиях
могут образовывать продукты,
вполне сходные с нефтью по
химическому составу и
физическим свойствам.

12. Работы американских учёных об органическом происхождении нефти

• Американские
исследователи под
руководством
П.В.Смита открыли
углеводороды в
современных осадках
Мексиканского залива,
прикалифорнийской
части Тихого океана, а
также некоторых
пресноводных
бассейнов.

13. Доказательства органической теории происхождения нефти

• 1. Органическая теория происхождения нефти считает первым
доказательством нефтеобразования за счет органического
вещества приуроченность месторождений нефти и газа к
осадочным бассейнам…
2. Второе доказательство связи нефти с живым веществом –
присутствие в нефти реликтовых углеводородов, или
хемофоссилий, которые являются биологическими
маркерами между нефтью и исходным органическим
веществом.
3. Оптическая активность или способность нефти вращать
плоскость поляризованного света связана с присутствием в
молекуле асимметричного атома углерода, все валентности
которого насыщены различными атомами или радикалами, что
свойственно только биологическим системам».

14. Космическая теория происхождения нефти

• В конце XIX в. когда в
астрономии и физике
получило развитие
применение
спектральных методов
исследования и в
спектрах различных
космических тел были
обнаружены не только
углерод и водород, но и
углеводороды, русский
геолог Н.А. Соколов
выдвинул космическую
гипотезу образования
нефти.

15. Мнения специалистов — нефтяников

Мнения специалистов нефтяников
• Большинство специалистов-нефтяников
разделяют органическую теорию
происхождения нефти. В современном
толковании она разработана в трудах многих
отечественных ученых: И.О. Брода, В.В.
Вебера, Н.А. Еременко, И.И. Нестерова,
С.Г.Неручева, А.А.Трофимука, В.А.
Успенского и зарубежных исследователей: Г.
Крейчи-Графа, П.Смита и др.

16. Происхождение газа (храм огнепоклонников в Баку)

• В состав пластовой
нефти всегда входит газ
метан. Особенно много
его растворено в
пластовых водах на
глубине от1,5 до 5 км.
Газообразный метан
образует залежи в
пористых и
трещиноватых
осадочных породах.

17. Процессы, приводящие к образованию метана

Биохимический
Термокаталитический
Радиационно – химический
Механохимический
Метаморфический

18. Спасибо за внимание.

Теории происхождения нефти

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1. Теории происхождения нефти


Примечательно, что, несмотря на большое экономическое значение и огромный объём тщательно проведённых исследований, в вопросе происхождения нефти остаётся больше неясностей, чем для любого другого широко распространённого природного вещества.

Г. Д. Гедберг, президент американского геологического общества

Спор о биогенном (органическом) или абиогенном происхождении нефти особенно интересен для российского читателя. Во-первых, углеводородное сырьё — один из основных источников дохода в бюджете страны, а во-вторых, российские учёные — признанные лидеры многих направлений в этом старом, но всё ещё не закрытом научном споре.

2. Непримиримые кланы

Суть самой распространённой органической модели образования нефти сформулировал ещё М.В. Ломоносов, писавший в 1763 году о „рождении оной бурой материи… из остатков растений под действием тепла Земли“. Вторая половина XIX века прошла в основном под знаком абиогенной модели Д.И. Менделеева. Изучив нефть Апшерона, учёный выдвинул гипотезу о том, что она образуется при химических процессах, протекающих в разогретых недрах Кавказского хребта. Он даже предположил, что вдоль склонов Большого Кавказа должны быть нефтяные месторождения. Правда, именно там, где указывал Д.И. Менделеев, месторождений не оказалось — их нашли в осадочных бассейнах, в том числе совершенно не связанных с горными хребтами.

В XX веке явно доминировала органическая модель. Российские геологи-нефтяники (Н.Б. Вассоевич, И.М. Губкин, А.П. Архангельский и многие другие) доказали, что существует тесная связь между углеводородными месторождениями и осадочными породами, и это открытие стало частью общей концепции В.И. Вернадского о роли жизни в формировании геохимических циклов. Теория В.И. Вернадского о роли биосферы в эволюции Земли признана практически всеми, и, как оказалось, продукты биосферы проникают в недра Земли гораздо глубже, чем предполагал сам автор гипотезы. Дело в том, что сейчас учёные широко обсуждают модель глубинного перемещения первичного осадочного вещества (вместе с преобразованными биологическими остатками) через мантию Земли. Океанические плиты, в том числе и осадочные породы с остатками органики, затягиваются в мантию Земли там, где одна плита „подлезает“ под другую (так называемые зоны субдукции на активных окраинах континентов). На поверхности такие зоны проявляются в виде цепи вулканов — например, Камчатка и Курильские острова, огненный пояс вокруг Тихого океана. Именно с таким глубинным рециклингом некогда органического вещества связывают образование части алмазов. Значительно глубже, по современным представлениям, пролегает и граница существования жизни. Теперь учёные знают, что бактериальная жизнь бурлит на таких глубинах, на которых раньше считалась невозможной.

Казалось бы, в XX веке учёные получили бесспорные аргументы в пользу органической теории происхождения нефти. Из неё выделили многочисленные биомаркёры — остатки молекул органического вещества. Кроме того, выяснилось, что у нефтей есть оптическая активность, которую раньше считали свойством исключительно органических веществ. Спор, однако, не прекратился.

Некоторые группы учёных (П.Н. Кропоткин, Э.Б. Чекалюк, Р Робинсон, Т. Голд и др.) продолжали настаивать на абиогенной модели. У них были свои аргументы. Один из самых важных — исследователи продемонстрировали, что из углекислого газа и воды при температуре и давлениях, соответствующих верхней мантии Земли (100 км и более), могут образовываться основные компоненты нефти. Кроме хорошо известного факта вулканической дегазации (выбросы глубинных газов вулканами), появилась теория холодной углеводородной дегазации Земли: П.Н. Кропоткин обнаружил признаки глубинных разгрузок из мантии не только горячих газов, но и более холодных углеводородов. Свидетельством холодной дегазации было то, что из осадочных пород в некоторых районах грязевого вулканизма выносится существенно больше природного газа, чем можно было предположить.

Кроме того, биогенная модель не объясняла многие важные факты нефтяной геологии, полученные эмпирическим путём: например, почему месторождения часто приурочены к зонам глубинных разломов, почему основные промышленные объёмы нефти и газа сконцентрированы в немногочисленных гигантских месторождениях, а также почему отсутствует чёткая связь между запасами и составом органического вещества в осадочных породах и составом и объёмами содержащихся в них нефтей. Чтобы объяснить образование месторождения в рамках биологической концепции, довольно часто приходится предполагать, что углеводороды перетекли в горизонтальном направлении иногда на сотни километров (ближе просто нету потенциальных источников нефти). Конечно, такие направленные „перетоки“ не очень правдоподобны, да и следов перемещения найти не удаётся. Но самое главное, осталось непонятным, как из малоэнергоёмких органических остатков образуются высокоэнергоёмкие молекулы нефти. Сторонники биогенной модели утверждают, что такое превращение могло произойти за геологическое время под влиянием тепловой и механической энергии недр Земли. Но весь цикл такого превращения смоделировать по сей день никто не сумел — ни теоретически, ни экспериментально.

Сложилась патовая ситуация. После двух с половиной веков активного изучения проблемы, накопления огромного объёма фактической информации — ни одна из „партий“ не только не смогла переубедить своих оппонентов (это ещё можно было бы объяснить упрямством и несовершенством человеческой природы), но и не смогла ответить на некоторые важные вопросы. А ведь эти вопросы — ключевые для разработки и поиска месторождений нефти и газа. В результате поисковики сегодня опираются больше на опыт, местную специфику и интуицию, чем на научную теорию.

3. Факты с двойным дном

В XXI веке источник и процесс образования нефти вызывают ещё более живой интерес, поскольку нефть (по крайней мере, в рамках классической биогенной модели), неумолимо заканчивается. Эту проблему активно обсуждают на специальных конференциях. Одни из последних прошли в Москве, в мае 2002-го и апреле 2003 года, а ближайшая состоится в Калгари (Канада) в июне 2005 года. Однако насколько ещё далеки противники друг от друга, понятно из названий статей в научных журналах. Так, в 2001 году группа известных российских учёных опубликовала статью „Торжество органической (осадочно-миграционной) теории нефтеобразования к концу XX века“, и в том же году в авторитетном англоязычном издании вышла статья „Забудем о биогенном происхождении нефти“. Между этими крайними точками зрения существует множество промежуточных. Вот природа задала загадку!

Естественно, коль скоро проводятся конференции и публикуются статьи, значит, у противников появляются новые аргументы. Прежде всего надо сказать, что некоторые факты, раньше считавшиеся доказательствами биогенной концепции, получили в последние годы также и другое объяснение. Например, учёные выяснили, что оптическая активность встречается и в небиологической материи: её обнаружили в веществе некоторых метеоритов и теоретически показали, что она может встречаться у углеводородов, полученных абиогенным синтезом при высоких температурах и давлениях.

Один из самых неоспоримых аргументов — биомаркёры в нефти, которые приписывали остаткам биологического вещества. Этот факт и раньше объясняли по-иному — маркёры могли быть занесены из осадочных пород, содержащих органику. Но это традиционное возражение, а есть и новые. Так, учёные обнаружили, что в глубоких горизонтах земной коры углеводороды перерабатываются бактериями и именно поэтому в них находят биомаркёры. Кроме того, есть работы, в которых описан абиогенный синтез ряда соединений, ранее относимых к биомаркёрам.

В последнее время появилось также другое объяснение относительных концентраций изотопного состава углеводородов. И прежде говорили, что возможен элементарный изотопный обмен углеводородов с вмещающими породами. А теперь есть новые данные, которые логично вписались в теорию глубинного рециклинга вещества земной коры. Действительно, вещество совершившее путешествие из земной коры в мантию и обратно, по своему изотопному составу близко к приповерхностному, но по источнику поступления уже сугубо мантийное. К примеру, в областях современной тектонической активности наблюдается соответствие изотопных характеристик метана и гелия. Как принято считать, изотопный состав гелия изменяется из-за того, что он обогащается глубинным мантийным гелием, поэтому логично предположить, что существуют также и глубинные источники метана. Следовательно, вполне возможно, что вклад глубинных соединений в формирование месторождений углеводородов гораздо больше, чем считалось. органический нефть месторождение субдукция

Получается, что для большинства эмпирических положений нефтяной геологии сегодня существует двойной набор интерпретаций: хочешь — объясняй факты с точки зрения биогенной модели, хочешь — отдай предпочтение абиогенной.

4. «Тезис-антитезис-синтез»

Не будем претендовать на разрешение проблемы, просто попытаемся немного разобраться в основных аргументах сторонников столь разных научных позиций. Может быть, именно „со стороны“ дискутировать на эту тему легче — учёный из смежной области не столь вовлечён в сложившуюся систему профессиональных мнений и отношений и не так поглощён деталями. Автор — именно такой сторонний человек, которому посчастливилось быть в числе организаторов и активных участников вышеупомянутых конференций и в неформальной обстановке обсуждать проблему с представителями различных направлений.

Начну с крайней позиции сторонника неорганической модели американца Дж. Кении, который считает, что органическая модель вообще не имеет права на существование. При этом чисто по-человечески подкупает его горячая защита приоритета российско-украинской школы абиогенного синтеза нефти и саркастические выпады против ретроградов американской школы нефтяников, которых он в неформальной обстановке обычно называет „биочукчами“. Его аргументы, если вкратце, таковы:

· единственное термодинамически устойчивое в земной коре углеводородное соединение — метан;

· термодинамические потенциалы компонентов нефти существенно выше как потенциала метана, так и потенциалов компонентов рассеянного органического вещества (предполагаемого сырья для образования углеводородов);

· соответственно, спонтанное преобразование рассеянного органического вещества в какие-либо углеводородные соединения невозможно (за исключением метана, для которого такой процесс из термодинамических соображений вполне естествен).

Дж.Кении отмечает также, что соотношение n-алканов и их изомеров в нефтях не соответствует соотношению их термодинамических потенциалов при температурах и давлениях земной коры (то есть тому слою, где, по мнению сторонников биогенной модели, образуется нефть). Но при этом наблюдаемое в природных нефтях соотношение получится, если пересчитать потенциалы для давления и температуры верхней мантии Земли. Логичный вывод: n-алканы и их изомеры сформировались не в земной коре, а гораздо глубже — в верхней мантии. Напомним, что и теоретически, и экспериментально уже доказано: при „глубоких“ давлениях и температурах спонтанное образование компонентов нефти возможно (Е.В. Чекалюк, В.Г. Кучеров, сам Дж. Кенни и др.).

Эти замечания встречают, однако, серьёзные возражения. Начнём с положения о глубинном происхождении нефти, поскольку возражения по этому пункту менее принципиальны. Предположим (это довольно правдоподобно), что условия, необходимые для образования больших объёмов нефти, то есть давление, температура, нужные концентрации исходных веществ и катализаторов, действительно имеют место на глубине более 100 км в мантии Земли. Но как попадает то, что образовалось там, в приповерхностные горизонты земной коры?

При низких температурах, соответствующих кровле земной коры, нефть может долго сохраняться как метастабильная фаза, но при более высоких температурах в верхней части мантии она будет достаточно быстро распадаться. Возникает вопрос: могут ли сохраниться большие объёмы протонефти при её перемещении к земной поверхности? Или на поверхность поступят только продукты распада — СО2, Н2О, СН4, а в породах останутся„ углистые включения и плёнки? Во многом похожий процесс происходит при выносе из мантии термодинамически неравновесных алмазов. Но, как известно, весьма мало мантийных алмазов “выживает„ после подъёма, откуда же в таком случае взялись промышленные объёмы нефти?

Есть ещё более серьезное возражение. Доказательства Дж. Кенни и других учёных, что нефть не может образоваться в земной коре из органических остатков, не вполне убедительны. Они были бы правильными в рамках равновесной термодинамики. Часть этих аргументов приводили химики XIX века, чем подкрепляли неорганическую модель нефтегенеза Д.И. Менделеева. Но развитие во второй половине XX века физики и химии неравновесных процессов поколебали веру в универсальность равновесной термодинамики. Если исходить только из равновесной термодинамики, то тогда было бы невозможно зарождение жизни, не могла бы протекать реакция Белоусова-Жаботинского и многие другие хорошо известные неравновесные процессы.

На вопросы, неразрешимые с точки зрения равновесной термодинамики, очень трудно найти ответ (например, у современной науки по-прежнему нет общепринятой модели возникновения жизни). При этом, как правило, неравновесные процессы могут реализоваться в строго определённых специальных условиях. Остается непонятным, в какой мере условия в осадочных толщах Земли соответствовали тем, которые были необходимы для массового образования нефти. Тем не менее принципиальная возможность такого „попадания“ существует, и она достойна тщательного изучения. Попробуем сделать хотя бы первые шаги.

Основные особенности интересующего нас неравновесного процесса можно рассмотреть с самых общих позиций, и даже такой предварительный анализ уже приводит к важным и нетривиальным выводам. По аналогии с другими процессами, запрещёнными равновесной термодинамикой, естественно предположить, что образование нефти из рассеянного органического вещества может идти по схеме проточного неравновесного реактора. В реакционный объём поступают вещество и энергия, а из него удаляются продукты реакции. При таком подходе многое видится совсем по-другому. Например, ясно, что простое существование пород, богатых рассеянным органическим веществом, долго находившимся при повышенных температурах, — условие необходимое, но недостаточное, поскольку в этом случае из углеводородов образуется только метан. Чтобы пошёл нужный нам процесс, в нефтематеринские толщи должны поступать потоки вещества и энергии, а из них должны быстро выноситься и где-то при более низких термодинамических параметрах накапливаться продукты — компоненты нефти. В земной коре интенсивный перенос вещества и энергии возможен только с помощью магмы или газожидкостных потоков вещества (флюидов). Магма не подходит — у неё очень высокая температура, при которой нефть тут же разложится. Остаются только потоки глубинного флюида, которые несут не только энергию, но и разнообразные глубинные компоненты, в частности углеводороды мантийного происхождения. Чем не проточный реактор?

Такая модель хорошо согласуется с хорошо известными эмпирическими фактами: давно установлена связь между местами образования и накопления нефти и местами перемещения флюидов в земной коре. (Сходные выводы следуют из флюидодинамической модели нефтегенеза Б.А. Соколова. Правда, там они — не плод теоретических соображений, а результат обобщения эмпирических данных по бассейнам активного образования и накопления нефти.)

С позиций неравновесного проточного реактора можно легко объяснить пробелы биологической модели образования нефти:

· разобщённость в пространстве зон образований и скоплений нефти;

· стадийность формирования нефти и расположение очагов образования и залежей у зон разломов;

· связь месторождений с эпохами и районами активизации глубинного флюидного режима;

· относительно слабая зависимость между составом и объёмами нефтей в месторождениях и характеристиками вмещающих осадочных пород;

· существование каналов подпитки залежей нефти и присутствие примесей мантийного вещества там, где идёт интенсивное нефтеобразование.

Какие же из геотектонических структур больше всего похожи на проточный неравновесный реактор? Глубокие осадочные бассейны, там, где есть вертикальные потоки отжимаемых из осадков флюидов. Другой вариант — зоны, где одни блоки земной коры глубоко надвигаются на соседние, оставляя под собой огромные массы осадочных пород. Самые крупные зоны таких сдвигов — зоны субдукции, в которых океанические плиты вместе с осадками оказываются затянутыми в мантию. Потоки флюидов несут энергию и разнообразные глубинные компоненты — проточный реактор обеспечен бесперебойной работой. Если бы этих потоков не было, то образующиеся неравновесные углеводороды там же и распадались бы с образованием метана, углекислого газа и графита. Надо сказать, в последние годы геолого-геофизические исследования подтвердили, что зоны интенсивного образования нефти и газа совпадают с зонами глубинных надвигов и субдукции (современной или древней). Такое соответствие найдено в районах добычи на Южном Каспии, Северном Сахалине, Западной Камчатке. Интересно было бы расширить этот список и проверить, хорошо ли соблюдается данная закономерность в других районах.

Получается очень интересная вещь. Образование нефти исходно рассматривается как биогенный процесс в проточном неравновесном реакторе, но характерными чертами такого процесса становятся особенности, трактуемые обычно в рамках абиогенной модели нефтегенеза. Например, скопления нефти у зон разломов, наличие путей подпитки нефти, связь месторождений с зонами активизации глубинного (в частности, мантийного) флюидного режима — всё это необходимые условия эффективного преобразования рассеянного органического вещества в нефтяные углеводороды. В рамках такой схемы большая часть строго биогенных или абиогенных объяснений теряют свою категоричность. Намечается сближение двух концепций, возможность их одновременной или взаимодополняющей разработки. Естественно предположить, что происходит (в разных условиях и в разных масштабах) и биогенное, и абиогенное нефтеобразование. Работает общий принцип: в природе реализуется всё, что не запрещено основными физическими законами. При этом почти трёхсотлетняя дискуссия по проблеме оказывается почти иллюстрацией классической гегелевской триады: „тезис — антитезис — синтез“.

Литература

1. Дегазация Земли, геодинамика, геофлюиды, нефть и газ. М. ГЕОС, 2002.
2. Генезис нефти и газа (А.Н. Дмитриевский, А.Э. Конторович, отв.ред.). М. ГЕОС, 2003.

3. Карцев А.А. Лопатин Н.В. Соколов Б.А. и др. «Геология нефти и газа», № 3, 2001.

4. Родкин М.В. В кн. Дегазация Земли и генезис углеводородных флюидов и месторождений. М. ГЕОС, 2002.

1.1.Теория происхождения нефти 8

Характеризующий фактор 14

Молекулярная масса 15

Вязкость и вязкостно-температурные свойства 18

1.3.Групповой состав нефти 30

Парафиновые углеводороды 30

Нафтеновые углеводороды 32

Ароматические углеводороды 33

1.4.Детонационная стойкость 36

1.5.Гетероатомные соединения нефти 39

Серосодержащие соединения 42

Азотсодержащие соединения 45

Смолисто-асфальтеновые вещества 47

1.6.Надмолекулярная структура нефти 48

1.7.Фракционный состав нефтей 49

1.8.Классификация нефтей 54

1.9.Природный газ 58

2.1.Физико-химические основы процессов ректификации, экстракции, абсорбции и адсорбции 63

2.2.Характеристика первичных углеводородных газов и конечных продуктов их переработки 72

2.3.Сепарационные процессы обработки газа 76

2.4.Осушка газа жидкими поглотителями 84

2.5.Очистка газа от кислых компонентов 91

Очистка газа физическими поглотителями 99

Очистка газов комбинированными растворителями 102

2.6.Абсорбционные процессы обработки углеводородных газов 104

Технологические схемы абсорбционных установок 105

2.7.Осушка и очистка газа адсорбентами 108

2.8.Переработка нефтяного газа 110

3.1.Подготовка нефти на промыслах и ее транспортировка 121

3.2.Подготовка нефти на нефтеперерабатывающих заводах 127

3.3.Атмосферная и атмосферно-вакуумная перегонка нефти 132

3.4.Стабилизация бензина и разделение его на узкие фракции 142

3.5.Перегонка мазута в вакууме 142

4.1.Физико-химические основы термических процессов 148

СН2-СН3 — сн2 = сн2+н’ 153

СНз + сн4 —- с2н5 —- С3Н7 —- С6Н14 —- -н2 — н2 -н2 157

сн3 —сн2—сн = сн2 162

О— О— Cnh^C+nh3 186

Теория происхождения нефти

Нефть — природная дисперсная система жидких углеводоро­дов, в которой растворены газообразные и твердые вещества. Наряду с углеводородами, в нефти присутствуют гетерооргани- ческие гетероатомные соединения, содержащие, помимо углеро­да и водорода, азот, серу, кислород и другие элементы.

Иными словами, нефть — это широкий комплекс газообраз­ных, жидких и твердых углеводородных соединений.

Основной трудностью, стоящей перед исследователями про­исхождения «природной нефти», является недостаток прямых и убедительных фактов ее образования — отсутствие в ней самой остатков исходной органической ткани. Исследователь может лишь оперировать предположениями и косвенными фактами, что допускает их различное толкование. Большинство геологов поддерживают гипотезу об образовании нефти из живой мате­рии. В защиту гипотезы неорганического происхождения нефти также можно привести веские соображения как геологического, так и химического характера.

В современном научном мире существуют две основные ги­потезы о происхождении нефти. Рассмотрим каждую из них в отдельности.

Сущность биогенной (органической ) теории заключается в сле­дующем. Все горючие углеродистые ископаемые (нефть, газ, уголь, горючие сланцы) являются генетически родственными об­разованиями. Все они возникли из отмерших остатков живых ор­ганизмов, обитавших на Земле в разные геологические эпохи. Ис­точником образования нефти являются органические остатки преимущественно низших растительных (планктон, водоросли и др.) и животных организмов (рачки, бактерии и др.), обитавших в толще воды и на дне водоемов. Под действием окружающей сре­ды водоемов происходило разложение отмерших организмов. В результате нефть содержит соединения с унаследованной струк­турой исходного растительного материала и соединения, полу­ченные в результате его дальнейших превращений.

Впервые гипотеза об органическом происхождении нефти была высказана М. В. Ломоносовым еще в 1763 г. По мнению М. В. Ломоносова, нефть образовалась под воздействием «под­земного огня на окаменелые уголья», в результате чего возникли асфальты, нефти и «каменные масла».

Позже было проведено множество экспериментальных работ в подтверждение этой гипотезы. В 1932 г. И. М. Губкин, каза­лось бы, окончательно сформулировал положения о биогенном происхождении нефти. В качестве исходного вещества для обра­зования нефти он рассматривал сапропель. Сапропель — органи­ческие илы, состоящие из разложившихся остатков преимущест­венно низших водорослей и микроорганизмов водоемов. По мере погружения сапропелевого пласта, обогащенного органиче­скими остатками, в глубину земных недр в нем возрастают дав­ления и температуры. В результате термокаталитических процес­сов органическое вещество превращалось в нефть.

И. М. Губкин считал процесс нефтеобразования длительным, непрерывным и постадийным. Он выделял следующие этапы об­разования нефти и газа: накопление органического материала в осадках, образование рассеянной нефти, вытеснение этой нефти из материнских отложений в пористые породы (пески, песчани­ки, известняки). Под материнскими отложениями И. М. Губкин понимал породы, которые первоначально были обогащены орга­ническими веществами, а в дальнейшем послужили источником нефти и газа. Такими породами могут быть глинистые или из­вестняковые толщи. Обоснованность данной гипотезы о проис­хождении нефти подтверждается расположением природных ме­сторождений нефти. которые представляют собой пласты про­ницаемых пород (пески, песчаники, известняки), заключенные между слоями непроницаемых пород (например, глин).

Взгляды И. М. Губкина на образование нефти лежат в основе современной органической теории с той лишь разницей, что в качестве исходного вещества теперь рассматривают не только сапропелитовые, но и сапропелито-гумусовые вещества. Гумусо­вые вещества образуются в результате разложения органических остатков преимущественно высших (наземных) растений.

Академик И. М. Трофимук, дополнив и уточнив основопола­гающие взгляды академика И. М. Губкина, предложил выделить пять основных стадий образования нефти.

Первая стадия — осадконакопление: после отмирания остатки растительных и животных организмов выпадают на дно морских или озерных бассейнов и накапливаются в ил ах, рассеиваясь среди привнесенных или образуемых на месте минеральных осадков.

Вторая стадия — биохимическая: накопленный на дне бассей­нов органический осадок медленно преобразуется, уплотняется, частично обезвоживается за счет протекания биохимических процессов в условиях ограниченного доступа кислорода.

Третья стадия — протокатагенез: пласт органических осад­ков медленно опускается на глубину, покрываясь сверху слоем новых молодых осадков. По мере погружения в пласте медленно повышаются давление и температура. Биохимические процессы вследствие гибели микроорганизмов полностью затухают.

Четвертая стадия — мезокатагенез. осадок погружается на глу­бину 3—4 км, температура возрастает до 150 °С. Органическое ве­щество подвергается активной термокаталитической деструкции с образованием значительного количества подвижных битуми­нозных веществ (нефти и нефтепродуктов), содержащих практи­чески весь комплекс углеводородов нефтяного ряда. При даль­нейшем погружении осадочных пород процесс генерации углево­дородов затихает.

Пятая стадия — апокатагенез — протекает на глубине более 4,5 км, где температура 180—250 °С. С ростом глубины осадоч­ных пород нефть становится более легкой с преобладанием доли алканов, обогащается низкокипящими углеводородами. Залежи нефти постепенно замещаются сначала газовыми конденсата­ми — смесью легкокипящих нефтяных углеводородов, находя­щихся в земных недрах в газообразном состоянии, а при охлаж­дении и снижении давления до атмосферного распадающихся на жидкую (конденсат) и газовую составляющие. Затем газоконден­саты сменяются природным газом, состоящим преимущественно из метана.

В процессе образования нефть способна перемещаться в земной коре по проницаемым породам не только в глубину. При эмиграции к поверхности нефть теряет легкие фракции, окисля­ется и утяжеляется. Она характеризуется повышенной плотно­стью, низким содержанием бензиновых фракций и высоким со­держанием тяжелых высокомолекулярных веществ.

В свете новейших мировых достижений науки о нефти гипо­теза академика И. М. Трофимука о происхождении нефти кажет­ся наиболее правдоподобной.

Наравне с биогенной теорией развивалась и абиогенная (не­органическая ) теория происхождения нефти.

Гипотезу абиогенного происхождения нефти высказал Д. И. Менделеев в 1877 г. В основе этой теории лежит возмож­ность образования углеводородов при взаимодействии расплав­ленных карбидов металлов с водой.

К сожалению, эта гипотеза не объясняла причин многообра­зия состава нефтей даже в одном месторождении, а также того, что нефть обнаруживают в осадочных породах, содержащих ос­татки живых организмов.

В 1892 г. В. Д. Соколов предложил «космическую» гипотезу неорганического происхождения нефти. Согласно этой гипотезе нефть образовалась из первичных углеводородов космоса, попав­ших на Землю вместе с другими формами космической материи в эпоху формирования Земли и других планет Солнечной системы. Это предположение не лишено смысла, поскольку в хвостах ко­мет замечено присутствие углеводородных газов и атомов углеро­да, а водород довольно широко распространен в космосе.

В 1960 г. Н. А. Кудрявцевым была сформулирована «магма­тическая» гипотеза происхождения нефти. Согласно этой гипо­тезе нефть образуется в магме в небольших количествах, а затем поднимается по трещинам и разломам, заполняя пористые пес­чаники. Эти процессы могут происходить и в настоящее время.

В последнее время оживился интерес исследователей к абио­генной теории происхождения нефти. В 1990 г. академик И. И. Чебоненко предложил осадочно-неорганическую гипотезу происхождения нефти. Суть этой гипотезы в следующем. Нефть — это продукт синтеза водорода и углерода в приповерх­ностных участках Земли. Нефтяные углеводороды формируются в верхних участках земной коры, где глубинный водород взаимо­действует с образовавшимся из остатков растений углеродом. Эта теория объясняет многообразие состава нефти и нахождение ее в породах, содержащих остатки живых организмов. Тем не менее вопрос о происхождении нефти до сих пор остается от­крытым, хотя все больше нефтяников и геологов склоняются к органическому происхождению нефти.

Физико-химические свойства нефти

Такие физико-химические показатели нефти, как плотность, пределы выкипания, температура застывания, вязкость, дают оп­ределенную характеристику ее товарных качеств. Некоторые из них входят в ГОСТы на товарные нефтепродукты, косвенно или непосредственно характеризуя их эксплуатационные свойства. Другие используются при расчете и проектировании нефтепро­водов, нефтеперерабатывающей аппаратуры и т. д.

Это один из важнейших и широко употребляемых показате­лей качества нефтей и нефтепродуктов. Плотность определяется как масса единицы объема при определенной температуре и из­меряется в кг/м 3. г/см 3 или г/мл. На практике имеют дело чаще с безразмерной величиной — относительной плотностью. Отно­сительной плотностью (р’ 0|,р ) нефти или нефтепродукта называет­ся отношение их массы» при температуре определения (?опр ) к массе чистой воды при стандартной температуре (?ст ), взятой в том же объеме. В качестве стандартных температур для воды и нефтепродукта в США и Англии приняты tCT= 15,6 °С (60 °F), в других странах, в том числе и в России, приняты стандартная температура /ст = +4 °С, а температура определения ?опр = 20 °С. Относительная плотность обозначается р f. Для большинства нефтей и нефтяных фракций, особенно в небольших интервалах температур (от 0 до 50 °С) для нефтепродуктов, содержащих от­носительно небольшие количества твердых парафинов и арома­тических углеводородов, зависимость плотности от температуры имеет линейный характер, что выражается формулой:

где /, — начальная температура измерения, °С; t2 — конечная температура измерения, °С; у — температурная поправка измене­ния плотности на 1 °С при t2tx= 1; р, и р2 — плотность вещест­ва при температуре tx и t2 соответственно.

Значение поправок для нефтепродуктов можно вычислить по формуле:

у =0,000903-0,00132 (pf -0,7).

Если определение ведется при температуре t, то, пользуясь той же формулой, можно рассчитать pf:

где р’4 — плотность нефтепродукта при заданной температуре; pf — плотность нефтепродукта при стандартных температурах; у — температурная поправка изменения плотности на 1 °С при

1\ = 1; t — заданная температура.

Относительные плотности углеводородов возрастают в ряду:

алканы < олефины < нафтены < ароматические углеводороды (арены).

Плотность большинства нефтей меньше единицы и в среднем колеблется от 0,80 до 0,90 г/см 3. Высоковязкие смолистые нефти имеют плотность, близкую к единице. Наоборот, нефти из газо­конденсатных месторождений очень легкие (pf = 0,75—0,77 г/см 3 ).

На величину плотности нефти влияет много факторов. Глав­ные из них — содержание растворенных газов и смол, фракцион­ный, а для дистиллятов также и химический состав. Дистилляты — смесь жидких углеводородов нефти, полученных при ее перегонке и выкипающих в определенных температурных пределах. Плот­ность нефтяных фракций (дистиллятов) увеличивается по мере возрастания температурных пределов их выкипания (табл. 1.1).

Таблица 1.1.Плотность pf фракций нефти из Ишимбаевского месторождения

Пределы выкипания, °С

Плотностьpf, г/см 3

Плотность жидкостей определяют с помощью ареометров и пикнометров.

Плотность газа при стандартных условиях рг (кг/нм 3 ) может быть вычислена по формуле:

где М — молекулярная масса газа, кг/кмоль; 22,4 — объем 1 кмоля газа при стандартных условиях, нм 3 .

Для газообразных продуктов за стандартные условия приняты давление в 0,101 МПа (760 мм. рт. ст.) и температура 273 К (0 °С).

Это условный параметр, представляющий собой функцию плотности и средней молярной температуры кипения нефтепро­дукта (Т , К), отражающий его химическую природу:

где К — характеризующий фактор; Т — средняя молярная температура кипения нефтепродукта, К; pjj — относительная плотность воды и нефтепродукта при температуре 15 °С.

Под средней молярной температурой кипения нефтепродук­та срм. К) понимают среднюю температуру между началом и концом кипения фракции.

Средние значения характеризующего фактора для некоторых нефтепродуктов:

Значение характеризующего фактора (называемого иначе фак­тором парафинистости Ватсона) применяется обычно для после­дующего расчета молекулярной массы узких нефтяных фракций.

Нефть и нефтепродукты представляют собой смеси индиви­дуальных углеводородов и других соединений, поэтому они ха­рактеризуются средней молекулярной массой. Средняя молеку­лярная масса многих нефтей 250—300 кг/кмоль. Первый пред­ставитель жидких углеводородов нефти — пентан С5 Н|2 — имеет молекулярную массу 72 кг/кмоль. У наиболее высокомолекуляр­ных гетероатомных соединений нефти и ее высоковязких фрак­ций молекулярная масса составляет 1200—2000 кг/кмоль. Моле­кулярная масса тем больше, чем больше средняя температура кипения фракции.

Молекулярные массы фракций с одинаковыми пределами кипения, но выделенные из разных нефтей, близки между со­бой. Поэтому во многих случаях можно пользоваться экспери­ментальными данными, приведенными в табл. 1.2, или опреде­лять молекулярную массу по формуле Б. П. Воинова:

Теория происхождения нефти

где Мср — молекулярная масса фракции; Т — средняя моляр­ная температура кипения светлых нефтяных дистиллятов, опре­деляемая экспериментально и по специальным графикам, К.

Более точные результаты дает формула Воинова — Эйгенсо- на, выведенная с учетом характеризующего фактора К:

где Мср — молекулярная масса фракции; Т — средняя моляр­ная температура кипения нефтяных дистиллятов, К; К — харак­теризующий фактор.

Таблица 1.2. Молекулярные массы нефтяных фракций (шаг фракционирования 50 °С)

Была также выведена зависимость молекулярной массы от относительной плотности, которая выражается формулой Крэга:

где p|j — относительная плотность воды и нефтепродукта при температуре 15 °С.

Молекулярная масса смеси нефтяных фракций рассчитыва­ется по правилу аддитивности (от лат. additivus прибавляемый) исходя из известного их состава и молекулярных масс:

где Xj и х»‘ — мольная и массовая доля нефтяных фракций соот­ветственно; Mj молекулярная масса одной фракции, кг/кмоль.

Формула Б. П. Воинова применима только для нормальных алканов с числом углеродных атомов от 4 до 15. Формула Вои­нова — Эйгенсона более универсальна, поскольку содержит ха­рактеризующий химическую природу фактор К, однако обладает недостаточно высокой точностью.

Для расчетов Мср любых углеводородов и нефтяных фракций (с относительной погрешностью менее 1,5%) С. А. Ахметовым была предложена следующая формула:

“0 + — L+a 2 T i +a 3p4° +a 4(p4° ) 2

где. Гкип — температура кипения вещества; а0 = 3,1612;

Величины средней молекулярной массы высококипящих фракций используются в структурно-групповом анализе дая вы­яснения структуры входящих в их состав углеводородов. Метод п-р-М [лд° — показатель преломления света углеводородов ис­следуемой фракции при стандартной температуре 20 °С (здесь D линия натрия с дайной волны ^0 = 589 ммк), р — плотность, М — молекулярная масса] дая высококипящих фракций являет­ся вполне надежным методом определения их структурного со­става, т. е. дая определения числа ароматических и нафтеновых циклов и содержания метановых (парафиновых), нафтеновых и ароматических углеродных атомов.

В основу метода положена линейная зависимость Тадема ме­жду содержанием углерода в кольчатых структурах и показателем преломления, плотностью и величиной, обратной молекулярной массе:

где %С — процентное содержание углерода в кольчатых структу­рах, %; а, Ь, с — константы, рассчитываемые на основании дан­ных анализа фракций различных нефтей; Ар и Ал — соответст­венно разности между плотностями и коэффициентами прелом­ления испытуемой фракции и предельного гипотетического парафинового углеводорода с цепью бесконечной дайны, нахо­дящегося в жидком состоянии (для него приняты следующие константы: «д = 1,4750, л™ = 1,4600, pf= 0,8510, р™ = 0,8280); М — молекулярная масса фракции.

Для числа колец К выведено аналогичное уравнение:

где а’, Ь ‘, с’ — константы, имеющие числовые значения, отли­чающиеся от значений констант а,b и с.

Очевидно, чем уже выделенная фракция нефти, тем больше углеводороды этой фракции будут соответствовать полученной структуре. Для широкой фракции нефти полученная углеводо­родная структура будет отражать весьма усредненный фрагмент. Например, дая очень узкой фракции, в которой по методу п-р-М было установлено, что процентное содержание углерода, входя­щего в ароматические структуры, Са = 40%, в нафтеновые —

Теория происхождения нефти

При экспериментальном определении молекулярной массы пользуются криоскопическим и эбулиоскопическим методами. Криоскопический метод определения молекулярной массы рас­творенного вещества основан на измерении понижения темпе­ратуры замерзания раствора по сравнению с температурой за­мерзания чистого растворителя. В качестве чистого растворителя используют бензол. Эбулиоскопический метод определения моле­кулярной массы растворенного вещества основан на превыше­нии температуры точки кипения раствора в сравнении с темпе­ратурой точки кипения чистого растворителя.

Сн = 36 %, в парафиновые — Сп = 32 %, углеводород может иметь следующую вероятную структуру:

Вязкость и вязкостно-температурные свойства

Вязкость определяет подвижность нефтепродуктов в услови­ях эксплуатации двигателей, машин и механизмов, существенно влияет на расход энергии при транспортировании, фильтрации, перемешивании. Различают динамическую (ц), кинематическую (v) и условную (ВУ) вязкости.

Условной вязкостью называется отношение времени истече­ния из вискозиметра 200 мл испытуемого нефтепродукта при температуре испытания ко времени истечения 200 мл дистилли­рованной воды при 20 °С. Условная вязкость — величина отно­сительная, безразмерная и выражается в условных градусах.

Динамическая вязкость зависит от физических свойств жид­кости. В нефтепереработке наиболее широко пользуются кине­матической вязкостью, численно равной отношению динамиче­ской вязкости нефтепродукта к его плотности v = n/p. Единица измерения динамической вязкости — пуаз (П) или в СИ — Па • с, где с — время в секундах, Па — Паскаль (Па = н/м 2. где

н — Ньютон, м 2 — сечение капилляра прибора). Соотношение между ними: 1 П = 10″’ Па • с. Единица измерения кинематиче­ской вязкости — стокс (Ст) или в СИ — м 2 /с. Соотношение ме­жду ними: 1 Ст= КГ 4 м 2 /с. Между величинами условной (ВУ) и кинематической вязкости (v) выведена следующая эмпирическая зависимость: для v от 1 до 120 сСт

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *