Как образовалась нефть в природе

Химический состав нефти

С химической точки зрения состав нефти и газа очень прост. Основными элементами, образующими нефть и газ, являются углерод – С и водород – Н. Содержание углерода в нефтях – 83 – 89 %, содержание водорода – 12 – 14 %. В небольших объемах в нефтях содержатся сера – S, азот – N и кислород – О. Углерод и водород присутствуют в нефти в виде множества соединений, называемых углеводородами.

Нефть представляет собой горючую маслянистую подвижную жидкость от светло–желтого до темно–красного, коричневого и черного цвета, состоящую из смеси различных углеводородных соединений. В природе нефть очень разнообразна по своему качеству, удельному весу и консистенции: от весьма жидкой и летучей до густой смолообразной.

Известно, что химические элементы соединяются между собой в определенных соотношениях согласно их валентности. Например, молекула воды – Н₂О состоит из двух атомов водорода, имеющих валентность – 1, и одного двухвалентного атома кислорода.

Самым простым по химическому составу углеводородным соединением является метан – СН₄. Это горючий газ, являющийся главным компонентом всех природных горючих газов.

Обычное содержание метана в природных газах превышает 90 – 95 %.

Следующим за метаном соединением является этан – С₂Н₆,

Затем, пропан — С₃Н₈,

бутан — С₄Н₁₀, пентан – С₅Н₁₂, гексан – С₆Н₁₄ и т.д.

Как отмечалось выше, начиная с пентана, газообразные углеводороды переходят в жидкие, т.е. в нефть. Формула пентана продолжает тот же непрерывный ряд углеводородных соединений, относящихся к группе метановых.

В этой группе все связи углерода задействованы, т.е. использованы на соединение с атомами водорода. Такие соединения называются предельными или насыщенными. Они нереакционноспособные, т.е. не способны присоединять к своей молекуле молекулы других соединений.

Углерод в соединении с водородом способен образовывать бесчисленное множество углеводородных соединений, различающихся своим химическим строением, а, следовательно, и свойствами.

Различают три основные группы углеводородных соединений:

Первая группа – метановые (или алканы). Их общая формула С_nH_2n+2. Именно об этой группе соединений говорилось выше.

Они являются полностью насыщенными, т.к. все валентные связи использованы. Поэтому химически они наиболее инертны, не способные к химическим реакциям с другими соединениями. Углеродные скелеты алканов представляют собой либо линейные (нормальные алканы), либо разветвленные цепи (изоалканы).

Вторая группа – нафтеновые (или цикланы). Их общая формула СnH2n. Их основные признаки – наличие пяти – или шестичленного кольца из атомов углерода, т.е. они образуют в отличие от метановых замкнутую циклическую цепь (отсюда — цикланы):

Это тоже насыщенные (предельные соединения). Поэтому в реакции они практически не вступают.

Третья группа – ароматические (или арены). Их общая формула С_nH_2n-6. Они образованы шестичленными циклами, основанными на так называемом ароматическом ядре бензола – С₆Н₆. Их отличительная особенность – наличие двойных связей между атомами.

Среди ароматических углеводородов выделяются моноциклические, бициклические (т.е. сдвоенные кольца) и полициклические, образующие многокольцевые соединения типа пчелиных сот.

Углеводороды, в том числе нефть и газ, не являются веществами определенного и постоянного химического состава. Они представляют сложную природную смесь газообразных, жидких и твердых углеводородных соединений метанового, нафтенового и ароматических рядов. Но это не простая смесь, а система сложного углеводородного раствора, где растворителем являются легкие углеводороды, а растворенными веществами – прочие высокомолекулярные соединения, включая смолы и асфальтены, т.е. даже и неуглеводородные соединения, входящие в состав нефтей.

Раствор от простой смеси отличается тем, что входящие в него компоненты способны химически и физически взаимодействовать, приобретая при этом новые свойства, которые не были присущи исходным соединениям.

Состав нефти

Состав топлива представлен тремя основными компонентами: углеводородным, асфальтосмолистым и зольным. Каждая группа, в свою очередь, разделяется на дополнительные составные части. Наибольшей токсичностью отличаются ароматические углеводороды. Также присутствуют в составе сера и порфирины (соединения азота). Во время переработки нефти большая часть серы подлежит устранению, поскольку она вызывает коррозию. Таким образом, на выходе получаются разные виды топлива (в зависимости от содержания серы), которые отличаются и по стоимости.

Химический состав нефти

Нефть, которую только что добыли из скважин, считается сырой. Она содержит воду, горные породы, газы, соли. Все указанные примеси осложняют транспортировку и хранение жидкости. Поэтому первым делом она подвергается промышленной обработке. Ценные примеси выделяют и сохраняют для дальнейшего применения, а остальные удаляют.

Как образуется природный газ?

Давайте для сравнения рассмотрим  происхождение и этого ценного природного энергоносителя. Согласно сложившемуся сейчас мнению,  опустившиеся на морское дно умершие живые организмы, попали в такую среду,  где нет кислорода и микроорганизмов, в результате чего их распада не происходило (из-за отсутствия окислительных процессов и воздействия микробов).  Как итог – накапливались илистые осадки. В процессе движений геологических пластов земной коры, эти осадки  опускались на все большую и большую глубину,  проникая при этом в недра Земли.

В течение многих миллионов лет этот ил находился под  воздействием высоких температурных значений  и высокого давления, вызывавшее в этих осадках определенные химические и физические процессы. Содержавшийся в этих отложениях углерод начинал образовывать соединения с водородом (углеводороды). Высокомолекулярные  углеводороды  это жидкие вещества, которые входят в состав нефти. А низкомолекулярные углеводороды – это как раз газообразные химические соединения, из которых и образуется  всем известный природный газ.

Именно поэтому в местах нефтедобычи всегда есть и углеводородные газы, называемые попутными, хотя на нашей планете есть и залежи чистого природного газа, без наличия в них жидкого нефтяного сырья. Эта теория как раз подтверждает биогенную гипотезу М.В. Ломоносова, поэтому однозначного ответа на вопрос о происхождении нефти до сих пор нет.

Так какие можно сделать выводы из всего вышесказанного?

Если верна теория Ломоносова, то человеческой цивилизации необходимо срочно искать альтернативные источники энергии, поскольку если запасы природных углеводородов будут исчерпаны, мировую экономику ждет очень глубокий кризис. Исходя из худшего, мировая наука активно работает в этом направлении. Уже сейчас научились делать топливо из растений, использовать энергию ветра и приливных волн для выработки электрической энергии, далеко продвинулись разработки в области электрического автомобилестроения, и работы в этой сферы постоянно продолжаются.

Мало кто сомневается, что человеческий ум, запустивший ракету в космос и опустившийся на дно мирового океана, найдет выход из этой ситуации, какая бы теория происхождения нефти и природного газа не оказалась истинной. К примеру, водорода, из которого можно делать топливо, в водах мирового океана предостаточно.

Тут вопрос в другом – когда научно-технический прогресс сделает альтернативные источники энергии такими же дешевыми и доступными, как углеводороды. И если это произойдет позже, чем закончатся запасы привычных энергоресурсов, то переход мировой экономики на новые источники энергии может оказаться весьма болезненным.

Список используемой литературы:

• Нефть и Нефтепродукты — Википедия
• Хаустов, А. П. Охрана окружающей среды при добыче нефти/ Хаустов, А. П., Редина, М. М. Издательство: «Дело», 2006. 552 с.
• Алекперов, В.Ю. Нефть России: прошлое, настоящее и будущее /Алекперов В.Ю. М.: Креативная экономика, 2011. – 432 с.
• Издательство: «Нефть и газ», 2006. 352 с. Сургутнефтегаз.
• Экономидес, М. Цвет нефти. Крупнейший мировой бизнес: история, деньги и политика/ Экономидес М., Олини Р. Издательство: «Олимп-Бизнес», 2004. 256 с.
• Эрих В.Н. Химия нефти и газа. — Л.: Химия, 1966. — 280 с. — 15 000 экз.

Основные теории

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.

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

Биогенное происхождение

Основная статья: Биогенное происхождение нефти

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.

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

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

Абиогенное происхождение

Основная статья: Абиогенное происхождение нефти

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 382 дня].

Абиогенные гипотезы нефтеобразования стали популярны в Советском Союзе в середине XX века.

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

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.

История

Нефть известна человечеству с древних времен, чаще всего она имела название «горного масла», именно так можно перевести английское название нефти – petroleum происходящее, в свою очередь, от двух слов: греческого πέτρα — камень и латинского oleum — масло. Однако до середины 19 столетия было изобретено сравнительно мало способов использования нефти. По этой причине она употреблялась, в основном народами жившими недалеко от ее естественных месторождений.

Еще в древнем Вавилоне и соседних с ним государствах нефть и продукт ее окисления – асфальт, использовали в строительстве. В Египте времен фараонов – для бальзамирования. Несколько позже на Среднем Востоке и в Греции, а затем в Византии нашли употребление горючим свойствам нефти. Самый известный и эффективный пример этого – знаменитый греческий огонь, своим действием напоминающий современные огнеметы.

В 19 веке производимый из нефти керосин стали использовать для освещения, в известных всем керосиновых лампах. Но, по настоящему востребованной нефть стала только с появлением и развитием производства двигателей внутреннего сгорания. В этот же период стал распространяться и новый способ добычи – нефтяные скважины вместо колодцев.

Применение

Информация о применении этого природного ресурса, как и о гипотезах происхождения нефти, достаточно распространена.

Это вещество не используется в сыром виде: добытую нефть перерабатывают и очищают, после чего производят различные топливные смеси, а также промышленные продукты.

При переработке нефти получают следующие важны продукты:

• топливные смеси (бензин, мазут, дизтопливо, керосин);
• пластик, из которого в дальнейшем изготавливают разнообразные предметы – посуду, предметы обихода, игрушки;
• синтетические каучуки. Впоследствии из этих материалов изготавливают. например, шины для транспорта;
• искусственные волокна для изготовления синтетических тканей (это акрил, нейлон, полиэстер).

Нефтепродукты также используют в косметических средствах – лаках для ногтей, губных помадах, карандашах для век, при изготовлении лекарств. На их основе изготавливают панели для преобразования солнечной энергии – солнечные батареи.

Маркерная нефть

Эталонная, или маркерная нефть — три ключевых сорта, по которым принято устанавливать цены углеводородов на глобальном рынке, фигурирующие в биржевых фьючерсных контрактах и определяющие их стоимость.

Одним из них, притом служащим основополагателем цен для свыше 70% всепланетарного оборота маслянистого сырья, выступает Brent, названная так по наименованиям нефтеносных пластов путем образования аббревиатуры:

• Broom; Rannoch;
• Etieve;
• Ness;
• Tarbat.

Добывается с 1976 года в Норвежском море, признан ценнейшим благодаря особо низкой доле серы.

Вторая марка, используемая с целью установления цены полезного ископаемого, извлекаемого из недр США — WTI (West Texas Intermediate). Качественными свойствами она мало уступает Brent, поскольку долю серы содержит не превышающую 0,5%, для изготовления бензина применяется широко и успешно. Пользуется популярностью в КНР и непосредственно в Штатах.

Третий сорт, который причисляют к маркерным — Dubai Crude. Разведывается в ближневосточных Объединенных Арабских Эмиратах неподалеку от Дубаи, отсюда и наименование. Характеризуется средней плотностью, с присвоенным 31 градусом API, и средней, чуть ли не высокой сернистостью — ровно 2%. Эталонный для соседних нефтедобывающих стран.

Полезные ископаемые

Человек издавна использует богатства природы – горные породы и минералы. Их называют полезными ископа́емыми.

Скопления полезных ископаемых называются месторожде́ниями. Полезные ископаемые делят на три группы: твёрдые, жидкие и газообразные.

Торф – ископаемое бурого или серого цвета.

Мох сфа́гнум и водные растения отмирают и оседают на дне болот. Постепенно на дне скапливается толстый слой полусгнивших остатков растений. Они слёживаются, уплотняются, и со временем из них образуется торф.

Сухой торф хорошо горит и используется как топливо. В медицине торф используется при изготовлении лекарств.

Ка́менный уголь – твёрдое вещество чёрного цвета. Каменный уголь образовался из остатков древних растений, которые оседали на дне водоёмов. Постепенно их заносило илом, песком, и они превращались в торф. В недрах земли под большим давлением торф со временем превращался в каменный уголь.

На кусочках каменного угля встречаются отпечатки листьев, стеблей, корней растений, что и доказывает происхождение этого полезного ископаемого.

Каменный уголь хорошо горит и при горении выделяет много тепла. Его используют для отопления помещений. Из него получают краски, спирт, бензин, резину.

Каменный уголь

Известня́к – твёрдое вещество белого или светло-серого цвета.

Остатки скелетов, панцирей, раковин древних живых организмов веками оседали на дне морей, уплотнялись и образовывали слои известняка.

Люди давно научились использовать известняк в строительстве. Из него получают известь и готовят раствор для скрепления кирпичей.

Известняк

Рудные полезные ископаемые также относятся к твёрдым полезным ископаемым. Они одни из наиболее ценных в этой группе.

На металлурги́ческих заводах из железной руды получают чугун и сталь. Их главная составная часть – железо. Из чугуна изготавливают тяжёлые детали машин. Из стали делают строительные инструменты, металлическую посуду, детали автомобилей.

Чугун, сталь выплавляют из таких руд, как магнитный железняк, красный железняк и бурый железняк.

Медь извлекают из руды – медного колчеда́на. Эту красивую руду легко узнать по желтоватому цвету и металлическому блеску.

Медь – мягкий металл, поэтому мало применяется в чистом виде. А сплавы меди с другими металлами человек использует широко (например, лату́нь, бронза).

Лёгкий серебристый металл алюминий получают из руды – бокси́та. Алюминий широко применяется при сооружении зданий, в производстве самолётов и кораблей.

Нефть – горючая тёмно-бурая жидкость с резким запахом.

Нефть залегает глубоко в земле. Чтобы поднять её на поверхность, бурят скважины и устанавливают специальные насосы, которыми выкачивают нефть.

Из нефти получают топливо для автомобилей, самолётов и ракет, делают резину, пластмассы и различные краски.

Природный газ – летучее вещество. Он залегает глубоко в земле. Для добычи газа бурят скважины. От них проводят трубы, по которым газ перекачивают в специальные хранилища. Оттуда газ попадает на заводы, где его перерабатывают и получают резину и пластмассы.

Природный газ хорошо горит и даёт много тепла. Его используют в быту для отопления помещений, в котельных и на электроста́нциях.

Запасы полезных ископаемых не безграничны. С каждым годом в недрах земли остаётся всё меньше каменного угля, руды, нефти и других ископаемых. Человек должен бережно относиться к этим богатствам и экономно их расходовать.

Полезными ископаемыми называют горные породы и минералы, используемые в народном хозяйстве. Их делят на твёрдые, жидкие и газообразные.

Вопросы и задания

1. Что называют полезными ископаемыми?

2. На какие три группы делятся полезные ископаемые?

3. Что получают из нефти?

Какое утверждение верно?

а) Торф – негорючее полезное ископаемое;

б) каменный уголь образовался из остатков древних растений;

в) нефть – газообразное полезное ископаемое.

Выбери правильный ответ.

Не обладает горючестью:

а) нефть;

б) каменный уголь;

в) известняк.

Древние греки использовали нефть для приготовления «греческого огня» – огненной жидкости. С её помощью они защищали свои города и корабли от нападения врагов.

Египтяне использовали нефть для бальзамирования тел.

Определение границ месторождения и изучение объёма залежей

После подтверждения наличия нефтяных пластов требуется определить географические размера месторождения и его объём. Это делается способом бурения скважин, многие из которых бывают пустыми, но затраты окупаются сторицей, когда залежь правильно окантована и становится ясно, что её имеет смысл разрабатывать.

Достаточно сказать, что разведка новых месторождений всегда дешевле, чем покупка уже разведанных запасов. Поисковая часть разработки — это всего 2-3 доллара за баррель, а потом к себестоимости добавляются затраты на разработку, эксплуатацию, транспортировку. Но в итоге заниматься нефтедобычей выгодно, этот бизнес даёт колоссальные прибыли.

Объём бассейна исследуется способом определения дебита разведочных скважин, то есть при помощи подсчёта количества поднимаемой на поверхность нефти в единицу времени. По этому показателю высчитывается рентабельность разрабатываемого участка, определяется необходимый диаметр эксплуатационных скважин и необходимое для них оборудование — вышки, насосы.

Технологии добычи нефти

Самыми известными способами разработки нефтяных месторождений являются:

• механический (насосный)
• фонтанный
• сланцевый

Механический (насосный) способ добычи нефти

Механический (насосный) способ добычи нефти

Механический означает бурение скважины трубами на глубину залегания пласта, установку насосного оборудования и откачка нефти с помощью компрессора. Компрессор находится на поверхности, от него к насосу подводится шнур для питания насоса энергией.

Фонтанный способ

Фонтанный способ добычи нефти

Фонтанный способ — самый экономичный. Он основан на том, что нефтяной пласт в недрах находится под давлением пород, и жидкость сама поднимается на поверхность. Оборудование скважины состоит в этом случае только из труб в скважине и арматуры на поверхности, которая регулирует силу фонтана. Со временем напор, бьющий из скважины, ослабевает, тогда на место арматуры устанавливается механизированное оборудование, собирающее сырье в специальные резервуары.

Сланцевый метод добычи нефти

Сланцевый метод добычи нефти

Сланцевая добыча нефти является самой дорогостоящей. Она осуществляется с помощью бурения вертикальной скважины с поворотом бура в горизонтальную плоскость вдоль нефтеносного пласта. После горизонтального пробуривания делается гидравлический разрыв для интенсификации поступления нефти в скважину. Сланцевая революция началась с разработки в США двух месторождений Bakken и Eagle Ford. Учёные утверждают, что запасов сланцевой нефти на планете хватит на 300 лет. Есть мнение, что сланцевый метод добычи нефти может быть очень опасен для окружающей среды.

В России и арабских странах нефть добывают традиционно механическим и фонтанным способами. Обходится она для российских нефтедобывающих компаний примерно в 15 долларов за баррель, в Саудовской Аравии — 6 долларов, в Америке сланцевая добыча рентабельна при себестоимости около 40 долларов за баррель. Добывают нефть не только на суше, но и на море, устанавливая плавучие нефтедобывающие платформы.