Свойства полезных ископаемых нефти и газа

Нефтеобразование (происхождение нефти) — стадийный, длительный процесс образования и накопления нефти в земной коре[1].

История[править | править код]

В 1906 году Г. П. Михайловский занимался вопросами происхождения кавказской нефти[2], он отстаивал следующие основные положения[3]:

1. исходное для нефти органическое вещество было смешанным (растительным и животным);
2. захоронение его происходило в глинистых илах (но не в песчаных отложениях, как считали многие геологи тех лет);
3. начальная стадия преобразования материнского органического вещества обусловлена деятельностью бактерий, как аэробных, так и анаэробных; последующие стадии процесса — физико-химические, при которых главнейшие действующие факторы — давление и температура;
4. первичная нефть рождается диффузно-рассеянной;
5. скопление нефти в коллекторах представляет вторичный процесс;
6. формирование залежей нефти является результатом тектонических нарушений, в частности следствием образования антиклиналей.

Его считают одним из основоположников представлений о нефтематеринских свитах. Совершенно аналогичные мысли на 15—25 лет позже Михайловского стали развивать многие советские и зарубежные ученые. Причём общая картина, нарисованная Г. П. Михайловским, была показана в книге «Учение о нефти» (Губкин, 1932).

Основные теории[править | править код]

Распространение получили две концепции: органического (биогенного) и неорганического (абиогенного) происхождения нефти, при этом большинство научных данных свидетельствует в пользу биогенного происхождения (т.е. из остатков древних живых организмов); поиск и добыча нефти ведутся в соответствии с предсказаниями биогенной теории[4].

• По данным Ю. И. Пиковского — нет единого мнения о происхождении нефти[5].
• По данным М. В. Родкина — эффективное преобразование биогенных веществ в нефть происходит под влиянием факторов, традиционно предлагаемых сторонниками абиогенных гипотез[6][уточнить].

Биогенное происхождение[править | править код]

При фоссилизации (захоронении) органического вещества (остатков зоопланктона и водорослей) сапропелевого типа в водно-осадочных отложениях происходит его постепенное преобразование. В условиях древних теплых морей, богатых питательными веществами, органическое вещество поступало на дно быстрее, чем могло разложиться. При погружении осадков на глубину 3-6 км с повышением температуры свыше 50 °C органическое вещество (кероген) подвергается термическому и термокаталитическому распаду полимерлипоидных и других компонентов, при котором могут образовываться жидкие углеводороды, в том числе низкомолекулярные (C5-C15). Жидкие нефтяные углеводороды имеют повышенную подвижность, и микронефть может мигрировать из нефтематеринских пород по коллекторам, собираясь в ловушках. В результате движения континентов некоторые ловушки могут остаться на территории континентов или шельфа, однако большая часть органических осадков при движении океанической коры попадает в зону субдукции.

При изучении молекулярного состава углеводородов были обнаружены хемофоссилии — молекулярные структуры биогенной природы.

Процесс нефтеобразования занимал от 50 до 350 млн лет[7].

Выделяют следующие стадии нефтеобразования:

• Осадконакопление — остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов;
• биохимическая фаза нефтеобразования (диагенез) — процессы уплотнения, обезвоживания и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;
• протокатагенез — опускание пласта органических остатков на глубины до 1,5 — 2 км при медленном подъёме температуры и давления;
• мезокатагенез (главная фаза нефтеобразования (ГФН)) — опускание пласта органических остатков на глубину до 3 — 4 км при подъёме температуры до 150 °C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит отгонка нефти за счёт перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в песчаные пласты-коллекторы, а по ним в ловушки;
• апокатагенез керогена (главная фаза газообразования (ГФГ)) — опускание пласта органических остатков на глубину более 4,5 км при подъёме температуры до 180—250° C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и реализует метаногенерирующий потенциал.

С 1930-х годов сторонником биогенного нефтеобразования был И. М. Губкин[8]

В 1970-х годах в СССР официально поддерживали теорию органического происхождения нефти[9].

Абиогенное происхождение[править | править код]

Абиогенное (неорганическое) происхождение нефти — теория первичности залежей нефти. Существует несколько гипотез неорганического происхождения нефти из неорганического вещества на сверхбольших глубинах в условиях колоссальных давлений и высоких температур из неорганического углерода и водорода и углеводородов распространённых в космосе[источник не указан 319 дней].

Абиогенные гипотезы нефтеобразования стали популярны в Советском Союзе в середине XX века[10][11].

Неорганические теории не позволяли сделать эффективных прогнозов для открытия новых нефтяных месторождений[12].

Проблемы глубинного происхождения нефти и газа, развитие теории неорганического происхождения ископаемых углеводородов и совершенствование практики поисков на основе теории неорганического происхождения нефти обсуждаются на всероссийской конференции «Кудрявцевские чтения», уже прошло 7 конференций[13].

Примечания[править | править код]

Литература[править | править код]

• Бакиров А. А., Вассоевич Н. Б., Вебер В. В. и др. Происхождение нефти / Под ред. М. Ф. Мирчинка. М.: Гостоптехиздат, 1955. 484 с.
• Вебер В. В. Проблема нефтеобразования в свете данных палеогеографии нефтеносных бассейнов // Происхождение нефти и природного газа: современное состояние вопроса. М.: ЦИМТнефть, 1947. С. 28-38.
• Вебер В. В., Гинзбург-Карагичева Т. Л., Глебовская Е. А. и др. Накопление и преобразование органического вещества в современных морских осадках. М.: Гостоптехиздат, 1956. 343 с.
• Вебер В. В. Диагенетическая стадия образования нефти и газа. М.: Недра, 1978. 143 с.
• Вебер В. В. Начальные стадии образования нефти // Геология нефти и газа. 1986. № 5. С. 35-37.
• Вебер В. В. Основные пути генезиса нефти. М.: Наука, 1989. 63 с.
• Speight J. G. An Introduction to Petroleum Technology, Economics, and Politics — Wiley-Scrivener, 2011, ISBN 978-1-118-01299-4, стр 35-35 «2.1 The formation of Oil», «2.2 Reservoirs»
• Калинко М. К. Неорганическое происхождение нефти в свете современных данных (критический анализ). М.: Недра, 1968. 338 с.
• Проблемы происхождения нефти и газа. Москва: Наука, 1994.

Ссылки[править | править код]

• Organic origins — Geochemistry Research, Геологическая служба США (USGS) (англ.)
• Нефть // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
• Микроначала современных нефтяных запасов, 7 сентября 2010. Перевод статьи Broad W., Tracing Oil Reserves to Their Tiny Origins, NYTimes, AUG. 2, 2010 (англ.)

ЧТО ТАКОЕ НЕФТЬ?

Нефть — полезное ископаемое, представляющее из себя маслянистую жидкость. Это горючее вещество, часто черного цвета, хотя цвета нефти в разных районах различаются. Она может быть и коричневой, и вишневой, зеленой, желтой, и даже прозрачной. С химической точки зрения нефть — это сложная смесь углеводородов с примесью различных соединений, например, серы, азота и других. Ее запах также может быть различным, так как зависит от присутствия в ее составе ароматических углеводородов, сернистых соединений.

Углеводороды, из которых состоит нефть, — это химические соединения состоящие из атомов углерода (C) и водорода (H). В общем виде формула углеводорода — CxHy. Простейший углеводород, метан, имеет один атом углерода и четыре атома водорода, его формула — CH4 (схематично он изображен справа). Метан — легкий углеводород, всегда присутствует в нефти.

В зависимости от количественного соотношения различных углеводородов, составляющих нефть, ее свойства также различаются. Нефть бывает прозрачной и текучей как вода. А бывает черной и настолько вязкой и малоподвижной, что не вытекает из сосуда, даже если его перевернуть.

С химической точки зрения обычная (традиционная) нефть состоит из следующих элементов:

• Углерод – 84%
• Водород – 14%
• Сера – 1-3% (в виде сульфидов, дисульфидов, сероводорода и серы как таковой)
• Азот – менее 1%
• Кислород – менее 1%
• Металлы – менее 1% (железо, никель, ванадий, медь, хром, кобальт, молибден и др.)
• Соли – менее 1% (хлорид кальция, хлорид магния, хлорид натрия и др.)

Нефть (и сопутствующий ей углеводородный газ) залегает на глубинах от нескольких десятков метров до 5-6 километров. При этом на глубинах 6 км и ниже встречается только газ, а на глубинах 1 км и выше — только нефть. Большинство продуктивных пластов находятся на глубине между 1 и 6 км, где нефть и газ встречаются в различных сочетаниях.

Залегает нефть в горных породах называемых коллекторами. Пласт-коллектор — это горная порода способная вмещать в себе флюиды, т.е. подвижные вещества (это могут быть нефть, газ, вода). Упрощенно коллектор можно представить как очень твердую и плотную губку, в порах которой и содержится нефть.

ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ

Образование нефти – процесс весьма и весьма длительный. Он проходит в несколько стадий и занимает по некоторым оценкам 50-350 млн. лет.

Наиболее доказанной и общепризнанной на сегодняшний день является теория органического происхождения нефти или, как ее еще называют, биогенная теория. Согласно этой теории нефть образовалась из останков микроорганизмов, живших миллионы лет назад в обширных водных бассейнах (преимущественно на мелководье). Отмирая, эти микроорганизмы образовывали на дне слои с высоким содержанием органического вещества. Слои, постепенно погружаясь все глубже и глубже (напомню, процесс занимает миллионы лет), испытывали воздействие усиливающегося давления верхних слоев и повышения температуры. В результате биохимических процессов, происходящих без доступа кислорода, органическое вещество преобразовывалось в углеводороды.

Часть образовавшихся углеводородов находилась в газообразном состоянии (самые легкие), часть в жидком (более тяжелые) и какая-то часть в твердом. Соответственно подвижная смесь углеводородов в газообразном и жидком состоянии под воздействием давления постепенно двигалась сквозь проницаемые горные породы в сторону меньшего давления (как правило, вверх). Движение продолжалось до тех пор, пока на их пути не встретилась толща непроницаемых пластов и дальнейшее движение оказалось невозможным. Это так называемая ловушка, образуемая пластом-коллектором и покрывающим ее непроницаемым пластом-покрышкой (рисунок справа). В этой ловушке смесь углеводородов постепенно скапливалась, образовывая то, что мы называем месторождением нефти. Как видите, месторождение на самом деле не является местом рождения. Это скорее местоскопление. Но, как бы там ни было, практика названий уже сложилась.

Поскольку плотность нефти, как правило, значительно меньше плотности воды, которая в ней всегда присутствует (свидетельство ее морского происхождения), нефть неизменно перемещается вверх и скапливается выше воды. Если присутствует газ, он будет на самом верху, выше нефти.

В некоторых районах нефть и углеводородный газ, не встретив на своем пути ловушку, выходили на поверхность земли. Здесь они подвергались воздействию различных поверхностных факторов, в результате чего рассеивались и разрушались.

Подробнее: Условия образования нефтяной залежи >>

ИСТОРИЯ НЕФТИ

Нефть известна человеку с древнейших времен. Люди уже давно обратили внимание на черную жидкость, сочившуюся из-под земли. Есть данные, что уже 6500 лет назад люди, жившие на территории современного Ирака, добавляли нефть в строительный и цементирующий материал при строительстве домов, чтобы защитить свои жилища от проникновения влаги. Древние египтяне собирали нефть с поверхности воды и использовали ее в строительстве и для освещения. Нефть также использовалась для герметизации лодок и как составная часть мумифицирующего вещества.

Во времена древнего Вавилона на Ближнем Востоке велась довольно интенсивная торговля этим «черным золотом». Некоторые города уже тогда буквально вырастали на торговле нефтью. Одно из семи чудес света, знаменитые Висячие сады Серамиды (по другой версии — Висячие сады Вавилона), также не обошлись без использования нефти в качестве герметизирующего материала.

Не везде нефть собирали только с поверхности. В Китае более 2000 лет назад при помощи стволов бамбука с металлическим наконечником бурили небольшие скважины. Изначально скважины предназначались для добычи соленой воды, из которой извлекалась соль. Но при бурении на бОльшую глубину из скважин добывали нефть и газ. Неизвестно нашла ли нефть применение в древнем Китае, известно только, что газ поджигали для выпаривания воды и извлечения соли.

Примерно 750 лет назад известный путешественник Марко Поло в описании своих путешествий на Восток упоминает использование нефти жителями Апшеронского полуострова в качестве лекарства от кожных болезней и топлива для освещения.

Первые упоминания о нефти на территории России относятся к XV веку. Нефть собирали с поверхности воды на реке Ухта. Также как и другие народы, здесь ее использовали в качестве лекарственного средства и для хозяйственных нужд.

Хотя, как мы видим, нефть была известна с древнейших времен, она находила довольно ограниченное применение. Современная история нефти начинается с 1853 года, когда польский химик Игнатий Лукасевич изобрел безопасную и удобную в обращении керосиновую лампу. Он же по данным некоторых источников открыл способ извлекать из нефти керосин в промышленных масштабах и основал в 1856 году нефтеперегонный завод в окрестностях польского города Ulaszowice.

Еще в 1846 году канадский химик Абрахам Геснер придумал, как получать керосин из угля. Но нефть позволяла получать более дешевый керосин и в гораздо большем количестве. Растущий спрос на керосин, использовавшийся для освещения, породил спрос на исходный материал. Так было положено начало нефтедобывающей промышленности.

По данным некоторых источников первая в мире нефтяная скважина была пробурена в 1847 году в районе города Баку на берегу Каспийского моря. Вскоре после этого в Баку, входящем в то время в состав Российской империи, было пробурено столько нефтяных скважин, что его стали называть Черный город.

Тем не менее, рождением российской нефтяной промышленности принято считать 1864 год. Осенью 1864 года в Кубанской области был осуществлен переход от ручного способа бурения нефтяных скважин к механическому ударно-штанговому с использованием паровой машины в качестве привода бурового станка. Переход к этому способу бурения нефтяных скважин подтвердил свою высокую эффективность 3 февраля 1866 года, когда было закончено бурение скважины 1 на Кудакинском промысле и из нее забил фонтан нефти. Это был первый в России и на Кавказе фонтан нефти.

Датой начала промышленной мировой нефтедобычи, по данным большинства источников, принято считать 27 августа 1859 года. Это день, когда из пробуренной «полковником» Эдвином Дрейком первой в США нефтяной скважины был получен приток нефти с зафиксированным дебитом. Эта скважина глубиной 21,2 метра была пробурена Дрейком в городе Тайтусвиль, штат Пенсильвания, где бурение водяных скважин часто сопровождалось проявлениями нефти.

Новость об открытии нового источника нефти с помощью бурения скважины разнеслась по округе Тайтусвиля со скоростью лесного пожара. К тому времени переработка, опыт обращения с керосином и подходящий тип лампы для освещения уже были отработаны. Бурение нефтяной скважины позволило получить достаточно дешевый доступ к необходимому сырью, дополнив, таким образом, последний элемент в зарождение нефтяной отрасли.