Происхождение нефти и газа. Происхождение газа и нефти реферат

Происхождение нефти и газа

Вопрос о происхождении (генезисе) нефти и газа имеет большое теоретическое и практическое значение. Решение этого вопроса позволяет облегчить поиск и разведку нефтяных и газовых месторождений, оценить их запасы, правильно организовать добычу и переработку.

Существует много гипотез происхождения нефти.

1) Магматическая

2) Карбидная

3) Органическая

3) Механическая

4) Вулканическая

5) Взрывная

6) Космическая

В настоящее время достаточно хорошо известно, как и в каких геологических условиях скапливаются нефти и природный газ. Вопрос же о происхождении их до сих пор окончательно не решен.

В объяснении происхождения нефти и горючих газов уже более ста лет противоборствуют две основные концепции. Представители одной из них – органики – считают, что нефть и природный газ возникли в осадочном чехле земной коры в результате глубокого преобразования останков животных и растительных организмов, населявших древние моря и озера. Их оппоненты – неорганики – доказывают, что нефть и горючие газы образовались в мантии Земли неорганическим путем. Первая концепция называется органической, или биогенной (греч. «биос» – жизнь, «генесис» – происхождение), вторая – неорганической, или абиогенной (греч. «а» – не).

Гипотеза органического происхождения нефти и газа. Истоки современных представлений о происхождении нефти возникли в XVIII – начале XIX в. Основы гипотезы органического происхождения нефти заложил М. В. Ломоносов, объясняя её образование воздействием «подземного огня» на «окаменелые уголья», в результате чего, по его мнению, возникли асфальты, нефти и «каменные масла». В 1763 г. в своем знаменитом труде «О слоях земных» М.В. Ломоносов писал о нефти:

«Между тем выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и выступает в разные расселины и полости сухие и влажные, водами наполненные...»

Поскольку считалось, что угли произошли из растительных остатков, то и нефти приписывалось растительное происхождение. М.В. Ломоносов обосновывал это, в частности, фактом небольшой плотности нефтей. Там же он писал:

«Увериться можем о происхождении сих горючих подземных материй из растущих вещей их легкостью. Ибо все минералы в воде потопают, нефть по ней плавает». Фактически с этой работы М.В. Ломоносова отсчитывает свою историю концепция органического происхождения нефти и горючих газов.

В своем развитии концепция органического происхождения нефти и природных газов опиралась на достижения различных наук и в первую очередь на геологические наблюдения. Геологи обратили внимание и на то, что скопления нефти и природного газа распространены в земной коре крайне неравномерно. Они приурочены к определенным комплексам осадочных пород. При этом нередко одни продуктивные комплексы отделены от других мощными толщами так называемых непроницаемых пород (глины, соли, ангидриты). Это исключает широкие масштабы попадания нефти и газа из одних комплексов в другие.

Было установлено, что скопления нефти и газа часто находятся в линзах проницаемых пород, окруженных непроницаемыми породами.

Концепция органического происхождения нефти и горючих газов набирала силы и совершенствовалась в острой борьбе как с внешними оппонентами – неорганиками, так и с внутренними. В недрах школы органиков бушевали подчас неуемные страсти. Горячим, например, был спор о том, что являлось исходным веществом для нефти – растения или животные организмы? Победили в конце концов те, кто утверждал: и растения, и животные. Другим предметом спора было место залегания нефти. Одни ученые считали, что нефть находится в залежах на месте своего первичного образования. Это понятие обозначалось латинским термином «in situ» (на месте). Сторонники противоположной точки зрения утверждали, что нефть образовалась в одном месте, а скопилась – в другом, то есть в залежах она находится во вторичном залегании. Победила вторая точка зрения. Как ни трудна была подчас борьба, но нельзя отрицать большую ее значимость для развития науки.

Одним из важнейших является тот факт, что свыше 99,9% известных скоплений нефти и природного газа приурочено к осадочным толщам. Это привело ученых к основополагающему выводу: нефть является продуктом процесса осадконакопления.

Интересными оказались результаты непосредственного изучения состава самих осадочных пород. Во всех осадочных образованиях – от верхнего архея (т. е. с того времени, когда зародилась жизнь на Земле) и до современных осадков – почти всегда содержатся рассеянное органическое вещество и продукты его преобразования. Общее количество органического вещества в породах обычно колеблется в пределах 0,2–0,9% массы осадочных пород. Но среди мощных толщ осадочных пород имеются отдельные пачки пород, обогащенные органическим веществом. Так, глины в среднем в 2–4 раза богаче органическим веществом, чем пески и карбонаты.

Для подтверждения возможности образования нефти органическим путем были проведены специальные экспериментальные исследования.

Более ста лет назад немецкий химик К. Энглер произвел перегонку жира сельди при давлении 1 МПа и температуре 420°С. При этом из 492 кг рыбьего жира были получены 299 кг (61%) масла плотностью 0,8105, а также горючие газы и вода. Масло на 90% состояло из углеводородов коричневого цвета. После дробной разгонки масла в его низших фракциях оказались главным образом метановые углеводороды от пентана и выше. Из фракций, кипящих выше 300°С, был выделен парафин. Кроме того, были получены смазочные масла, в состав которых входили в очень незначительных количествах олефины, нафтены и ароматические углеводороды. Этому продукту перегонки жиров под давлением, отличающемуся по своему составу от природных нефтей, К. Энглер дал название «протопетролеум» (греч. «протос» – первый, англ. «петролеум» – нефть). На основании данного опыта К. Энглер совместно с немецким геологом Г. Гёфером сделали вывод, что нефть образовалась из животных жиров.

Но в тот же период самим К. Энглером и другими исследователями были получены углеводороды и из растительных масел: репейного, оливкового и др.

В начале XX века Г. Потонье выдвинул гипотезу о происхождении нефти из смешанного растительно-животного материала – сапропеля. В 1919 г. академик Н.Д. Зелинский произвел перегонку сапропеля оз. Балхаш. В результате были выделены сырая смола (63,2%), кокс (16,0%) и газ (20,8%). Газ состоял из метана, окиси углерода, водорода и сероводорода. После вторичной перегонки безводной смолы были получены бензин, керосин и тяжелые масла. В состав бензина входили метановые, нафтеновые и ароматические углеводороды.

В 1912 г. К. Энглер высказал предположение об определенной роли природных алюмосиликатов (глины) в процессах образования нефти. В 1921 г. японский ученый Кобаяси получил искусственную нефть при перегонке жира рыб без давления, но в присутствии катализатора – гидросиликата алюминия. Подобные опыты были проведены и другими исследователями. Это натолкнуло их на мысль, что такими катализаторами в природных условиях могут быть глинистые толщи, содержащие первичное рассеянное органическое вещество.

Русский ученый А.Д. Архангельский указал, что именно в глинистых породах происходит преобразование рассеянного органического вещества. Вследствие этого глинистые породы были названы нефтепроизводящими, или нефтематеринскими. И.М. Губкин отметил, что образование нефти из рассеянных в илах органических веществ представляет собой региональный процесс, протекающий на обширных площадях в толщах осадочных пород.

В настоящее время с позиций органической концепции происхождение нефти и горючих газов представляется следующим образом.

Верхние слои воды в морях и озерах населены планктоном – мелкими организмами, прежде всего водорослями, а также ракообразными. Им обязана своим происхождением основная масса органического вещества, захороненного в осадках. После отмирания планктона остатки растительных и животных организмов в огромном количестве выпадают на дно бассейнов и накапливаются в илах, рассеиваясь среди минеральных частиц. Отмирающие организмы падали на дно иногда в количестве 10–100 г на квадратный метр.

С этого момента начинается первая стадия преобразования остатков этих организмов, которую еще называют биохимической. Oна сопровождается разложением органических остатков бактериями и преобразованием рассеянного органического вещества в условиях ограниченного доступа кислорода. Микроорганизмы в первую очередь перерабатывают легкоразрушаемые органические соединения белки, углеводы и др. Как отмечалось выше, из них могут образоваться углеводороды. В процессе разложения рассеянного органического вещества образуется много метана, углекислого газа, воды и незначительное количество жидких и твердых углеводородов.

По мере погружения морского дна неизменно накапливаются илистые осадки, последовательно перекрывающие друг друга. Процесс уплотнения осадка и превращения его в осадочную породу называется диагенезом (греч. «диагенесис» – перерождение). Молодая осадочная порода попадает при погружении в зону катагенеза (греч. «ката» – движение вниз, «генесис» – происхождение), где преобладают химические процессы, обусловленные взаимодействием веществ. В зоне катагенеза начинается новый этап преобразования рассеянного органического вещества, на котором основную роль играют температура и давление. Они возрастают по мере погружения затвердевших осадков и накопления сверху новых отложений.

В захороняющихся илах постепенно затрудняется, а затем и полностью прекращается обмен веществами с придонным слоем воды. Это приводит к гибели микроорганизмов вследствие их отравления продуктами своей жизнедеятельности. В связи с этим биохимические процессы затухают. Если вначале в реакциях участвует кислород среды, то затем они идут лишь за счет внутренних ресурсов кислорода самого органического вещества. Под влиянием высокой температуры начинается разложение более сложных соединений рассеянного органического вещества на менее сложные, в том числе и углеводороды.

Таким образом, с увеличением глубины залегания осадочных пород в разлагающемся органическом веществе растет содержание газообразных углеводородов и рассеянной нефти, которую еще называют микронефтью, или протонефтью.

Как показывают лабораторные опыты, химические превращения органического вещества с образованием микронефти наиболее быстро протекают при температуре 100– 200°С, которая существует на глубине 4–6 км. Однако сторонники органической концепции допускают, что такие же химические реакции могут происходить и на глубине в 2–3 раза меньшей, где температура составляет всего 40–60°С. По их мнению, длительное, в течение многих миллионов лет, воздействие на органическое вещество столь низких температур приводит к такому же результату.

Считается, что после достижения температуры примерно 60°С разложение рассеянного органического вещества ускоряется. В большинстве случаев такая температура характерна для глубины 2–2,5 км. По мере дальнейшего повышения температуры темпы разложения снижаются. Когда нефтематеринские породы, опускаясь в прогибающемся осадочном бассейне, попадают в глубокие зоны земной коры, где температура достигает 150–200°С, начинается деструкция (лат. «деструкцио» – разрушение) нефти. В результате образуются сначала газоконденсат, а затем метан, то есть в этих условиях из рассеянного органического вещества и микронефти образуются только или почти только газообразные углеводороды.

Подобные воззрения привели к возникновению представлений о зональности образования нефти и горючих газов по разрезу, начиная с приповерхностных условий залегания морских илов и до наиболее глубоко залегающих осадочных пород. Так, верхний интервал глубин до 1,5 км выделяется как зона преимущественно газообразования, в интервале 1,5–2,5 км предполагается образование из рассеянного органического вещества максимального количества жидких углеводородов – микронефти. Здесь господствует температура от 60 до 160°С. Эту зону называют очагом нефтеобразования, или главной зоной нефтеобразования. В дальнейшем нижняя граница этой зоны была опущена до 6 км. Считается, что до этой глубины может образовываться нефть. А на больших глубинах, где температура превышает 150–200°С, генерируется в основном метан. Эта зона выделяется в качестве главной зоны газообразования.

К важнейшим вопросам относится вопрос о механизме концентрации рассеянной нефти – микронефти – в различные по масштабам скопления углеводородов. Согласно рассматриваемой концепции глинистые и известковые илы являются нефтематеринскими породами. По мере их погружения и уплотнения рассеянная микронефть вместе с газообразными углеводородами и водой начинает выжиматься из илов в залегающие выше пористые породы (песчаники и др.). Этот процесс получил название первичной миграции (лат. «миграцио» – перемещение). Им заканчивается термокаталитический (греч. «термэ» – теплота, «каталисис» – растворение, разрушение) этап преобразования захороненного в осадках рассеянного органического вещества.

Попавшая в пористые породы микронефть по химическому составу еще не соответствует настоящей нефти. В ней отсутствуют легкие компоненты. А более тяжелая часть имеет далеко не все углеводородные группы. Свойства настоящей нефти микронефть приобретает уже в пористой среде.

В моменты последующих тектонических перестроек микронефть под влиянием гравитационных и других сил начинает медленное перемещение вверх по наклону пластов. Так начинается вторичная миграция нефти и природных газов. Этот момент нужно считать уже началом формирования самого нефтяного месторождения.

Подтверждением, что описанный процесс мог иметь место в прошлом, послужило обнаружение углеводородов в современных илах Черного моря, в газовой фазе современных осадков озер, лиманов и лагун на Таманском полуострове, современных осадках Мексиканского залива, прикалифорнийской части Тихого океана, дельты р. Ориноко и др. Позже нефтяные углеводороды были обнаружены в современных осадках всех водных бассейнов. Известны скопления метанового газа в наземных дельтах рек По, Миссисипи, Волги и др. Из дельтовых отложений рек Янцзы в районе Шанхая (Китай) и Красная в провинции Тхай-Бинь (Вьетнам) газ добывался с помощью неглубоких (15–30 м) скважин и использовался для бытовых нужд местного населения.

Обнаружение в современных осадках углеводородов дает основание предположить, что они являются продуктами начальной стадии преобразования рассеянного органического вещества осадков в нефть.

Значительное большинство геологов и химиков являются сторонниками органического происхождения нефти и газа. Сторонники органической гипотезы (М.В. Ломоносов, В.И. Вернадский, И.М. Губкин, А.Ф. Добрянский и др.) считают, что источниками происхождения нефти были остатки растений и животных, скопившихся в течение многих миллионов лет на дне водоемов в прошлые геологические эпохи в виде ила. Отмершие организмы перекрывались в дальнейшем слоями осадочных пород и под влиянием анаэробных бактерий подвергались биохимическим превращениям. При этом, в основном, происходили сложные процессы гидролиза и восстановление липидов (жироподобные вещества), углеводов, белков и лигнина, содержащихся в организмах.

Большая часть геологических и геохимических наблюдений и фактов лучше подтверждает гипотезу органического происхождения нефти. Особенно убедительно выглядит хорошо доказуемая связь между составом нефти, живого вещества и органического вещества древних осадочных пород и современных осадков.

Основные доказательства биогенной гипотезы:

Ø Территориальное совпадение нефтяных месторождений и зон осадочных пород. На пример, обилие нефтяных месторождений в зоне шельфа морей и океанов, прибрежных зон, зон, где в отдаленные геологические периоды было морское дно.

Ø В составе нефти обнаружены элементы биогенного происхождения, входящие в состав белков, жиров (азот, сера, кислород), а также оптически активные вещества биогенного происхождения.

Ø Углеводороды нефти имеют преимущественно нормальное строение молекул, как и углеводороды биогенного происхождения. В случае образования углеводородов в результате каталитической полимеризации, как следует из первой и второй гипотез, они имели бы преимущественно разветвленное строение.

Однако в последние годы обнаружены большие скопления нефти, не связанные с осадочными породами. Это позволило предположить в качестве варианта биогенной гипотезы, что возможны процессы образования нефти из органического материала, попавшего в глубокие недра земли не путем постепенного осаждения, а в результате геологических процессов, характерных для ранних периодов формирования земной поверхности.

Гипотеза минерального происхождения нефти и газа. Идея о минеральном происхождении нефти впервые была высказана знаменитым немецким естествоиспытателем А. Гумбольдтом в 1805 г. В начале XIX в. он полагал, что нефть имеет глубинное происхождение, основываясь, в частности, на присутствии углеводородов в продуктах деятельности современных вулканов.

Прогресс химии, эксперименты по неорганическому синтезу углеводородов, выполненные М. Бертло (1866) и Г. Биассоном (1871), послужили отправной точкой для развития гипотезы минерального происхождения нефти и газа. В 1866 г. французский химик М. Бертло, проводя опыты, обнаружил, что ацетилен при сравнительно низких температурах может переходить в более тяжелые углеводороды. На этом основании он сделал более общий вывод о том, что углеводородные соединения метеоритов образовались синтетическим путем и что, по-видимому, подобное происхождение имеют углеводороды, содержащиеся в массах планет.

Все гипотезы минерального происхождения нефти объединяет идея синтеза углеводородов, кислород-, серо и азотсодержащих компонентов нефти из простых исходных веществ – С, Н2, СО, СО2, СН4, Н2О и радикалов при высоких температурах и взаимодействии продуктов синтеза с минеральной частью глубинных пород.

Д.И. Менделеев, придерживавшийся до 1867 г. представлений об органическом происхождении нефти, в 1877 г. сформулировал так называемую карбиднуюгипотезу ее минерального происхождения, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов.

Д.И. Менделеев считал, что основой процесса образования углеводородов является взаимодействие карбидов металлов глубинных пород с водой, которая проникает по трещинам с поверхности на большую глубину. Схема процесса представлялась в следующем виде:

СаС2 + 2Н2О → Са(ОН)2 + С2Н2

Al4C3 + 12h3O → 4Al(OH)3 + 3Ch5

2FeC + 3h3O → Fe2O3 + C2H6

или в общем виде можно записать:

MCm + mh3O → MOm + (Ch3)m

Возникавшие в газообразном состоянии углеводороды, по мнению Д. И. Менделеева, поднимались затем в верхнюю холодную часть земной коры, где они конденсировались и накапливались в пористых осадочных породах. Карбиды металлов в то время в глубинных породах еще не были известны. В настоящее время предположение Д.И. Менделеева подтвердилось, в глубинных породах найдены карбиды ряда элементов (Fe3C, TiC, Сг2С3, WC, SiC). Но крупных скоплений они не образуют; это мельчайшие (доли миллиметра) редко встречающиеся и рассеянные в породах минеральные выделения. Поэтому процесс образования углеводородов в огромных количествах, которые известны в природе, с этих позиций объяснить очень трудно. Не вызывает сомнений сейчас также, что вода с поверхности по трещинам на большие глубины поступать не может. Но это и не существенно, флюидная фаза глубинных пород в определенных условиях воду содержит, поэтому в принципе ее взаимодействие с карбидами реально. Вполне вероятно и образование простейших углеводородов, однако вряд ли это возможно в больших количествах.

КАРБИДЫ (от латинского carbo – уголь) – соединения углерода с металлами, а также с бором и кремнием. Эти соединения обладают удивительным разнообразием физических и химических свойств. Так, карбид золота Au2C2 взрывается уже при попытке пересыпать его с листочка фильтровальной бумаги, на котором он был высушен. С другой стороны, карбиды некоторых элементов (например, бора и тантала) не разлагаются даже при температуре белого каления и настолько химически инертны, что на них не действует царская водка, а по твердости они приближаются к алмазу!

Впервые необычное соединение металла с углеродом (К2С2) получил в 1809 знаменитый английский химик Гемфри Дэви. В 1863 французский химик Марселен Бертло изучил свойства другого карбида – очень неустойчивого и легко взрывающегося карбида одновалентной меди Cu2C2. В 1878 немецкий металлург Ф.Мюллер, растворив образцы стали в разбавленной серной кислоте, выделил карбид железа Fe3C. Но только в конце 19 в. французский химик Анри Муассан, прославившийся получением фтора, синтезировал многие из этих необычных соединений и изучил их свойства. Он получал карбиды, нагревая до очень высокой температуры смеси древесного угля с разными металлами, их оксидами или карбонатами. Для этого он использовал жар вольтовой дуги в электрической печи собственной конструкции.

Карбиды, как оказалось, можно получить не только в лаборатории. Еще до работ Муассана австрийский ученый Э.Вайнсхенк в 1889 открыл в метеоритах минерал когенит, представляющий собой смешанный карбид железа, кобальта и никеля состава (FeNiCo)3C. А сам Муассан в 1904 обнаружил в метеорите, привезенном из каньона Диабло в штате Аризона, темно-зеленый минерал, представляющий собой карбид кремния SiC. Этот минерал в честь ученого назвали муассанитом.

Раньше карбиды классифицировали по их устойчивости к действию воды и кислот, а также по тому, какие газы выделяются при их разложении. Современная классификация учитывает тип химической связи между атомами в карбидах – именно от этого зависят в основном физические и химические свойства. В соответствии с этой классификацией, карбиды можно разделить на три группы, которые довольно сильно отличаются по своим свойствам.

К первой группе относятся так называемые солеобразные карбиды с ионной связью. Эти карбиды образуют щелочные и щелочноземельные металлы, алюминий, редкоземельные элементы, а также актиноиды. Их состав иногда соответствует типичным валентностям металлов (Al4C3), а иногда – нет (Ве2С). Многие ионные карбиды можно получить непосредственно из элементов (Са + 2С → СаС2) или восстановлением оксидов углеродом (СаО + 3С → СаС2 + СО). Ионный характер связи приводит к высокой температуре плавления; например, карбид кальция СаС2 плавится при 2300°С, карбид тория ThC2 – при 2655°С. Водой или разбавленными кислотами ионные карбиды легко разлагаются – гидролизуются. При этом образуются различные углеводороды и гидроксид металла. Самый известный пример – получение ацетилена гидролизом карбида кальция: СаС2 + 2Н2О → Ca(OH)2 + С2Н2. Ацетилен выделяется также при гидролизе Na2C2, К2С2 и др. Поэтому такие карбиды можно рассматривать как производные ацетилена, в которых атомы водорода замещены атомами металла. При этом катионы металла и анионы С2–2 размещаются в соответствующих узлах кристаллической решетки. Солеобразный характер этих карбидов подтверждается возможностью их электролиза в расплавленном состоянии. Интересно отметить, что чистый карбид кальция – бесцветные кристаллы, хотя увидеть их непросто, так как обычный технический продукт имеет цвет от бурого до черного.

Взаимодействие карбидов щелочных металлов с водой протекает исключительно бурно. Так, если карбид калия просто облить водой, произойдет бурная реакция, которая сопровождается взрывом такой силы, что выделяющийся ацетилен сразу же разлагается с выделением угля. Чтобы провести реакцию К2С2 + 2Н2О → 2КОН + С2Н2, надо медленно пропускать над карбидом водяной пар.

В ряде случаев карбиды ионного типа образуются непосредственно при пропускании ацетилена через растворы солей металлов. Так карбиды серебра, меди(I), золота и ртути, которые чаще называют ацетиленидами. Ацетилениды щелочных металлов можно получить действием ацетилена на свободные металлы. В сухом виде ацетилениды тяжелых металлов легко разлагаются со взрывом. Гидролиз ионных карбидов других металлов показывает, что они «происходят» из других углеводородов. Например, при гидролизе карбида алюминия выделяется метан: Al4C3 + 12h3O → 4Al(OH)3 + 3Ch5 (так же гидролизуется карбид бериллия Ве2С), а при гидролизе карбида магния получается метилацетилен: Mg2C3 + 4h3O → 2Mg(OH)2+ НС≡С–СН3. Интересно, что карбид магния другого состава, MgC2, дает при гидролизе только ацетилен. Иногда при гидролизе ионных карбидов углеводороды выделяются совместно с водородом, который частично гидрирует непредельные углеводороды. С выделением почти равных количеств водорода и метана разлагается карбид марганца: Mn3C + 6h3O → 3Mn(OH)2 + Ch5 + h3. Карбиды редкоземельных металлов и тория при разложении разбавленными кислотами выделяют не чистый ацетилен, а его смесь с метаном, этиленом и другими углеводородами. Например, при гидролизе карбида церия СеС2 получается смесь ацетилена с метаном в соотношении 4:1, а также немного этилена и жидких и твердых углеводородов (состав продуктов зависит от условий проведения реакции). Еще больше жидких и твердых углеводородов дает при гидролизе карбид урана.

Ко второй группе относятся карбиды, которые образуют переходные металлы IV–VII групп, а также кобальт, железо и никель. Это металлоподобные соединения с другой структурой. В них атомы углерода, имеющие небольшие размеры, не связаны друг с другом и располагаются в пустотах между атомами металлов. Различная упаковка атомов металла в кристаллической решетке приводит к разному составу карбидов даже для одного и того же металла; например, хром образует карбиды состава Cr3C2, Cr4C, Cr7C3 и др. Эти карбиды (их называют карбидами внедрения) часто отличаются большой твердостью и очень высокими температурами плавления. Например, карбиды тантала и гафния TaC и HfC – наиболее тугоплавкие из известных веществ (плавятся при 3985 и 3890°С соответственно).

Металлоподобные карбиды обладают высокой электропроводностью и очень высокой химической стойкостью к агрессивным средам (многие из них не растворяются даже в царской водке). Они используются для упрочнения чугуна и стали (карбиды железа, хрома, вольфрама, молибдена), а также для производства очень твердых сплавов, которые применяют для обработки металлов резанием (карбиды WC, TiC, TaC, VC, Cr3C2). Например, твердые наконечники резцов, сверл делают из победита – спеченного порошка карбида вольфрама WC с добавкой металлического кобальта. Очень важную роль играет карбид железа Fe3C (цементит) – твердые кристаллы, входящие в структуру чугуна и стали.

Карбид вольфрама WC используют также для изготовления буровых коронок, деталей аппаратуры для производства синтетических алмазов, для нанесения износостойких покрытий на поверхности металлов. Это вещество, как и карбид вольфрама, используют как компонент жаропрочных, жаростойких и твердых сплавов, для получения износостойких покрытий, для изготовления тугоплавких тиглей, в которых можно плавить почти любые металлы (сам карбид плавится при 3257°С). Карбидом титана выкладывают внутренние стенки высокотемпературных печей.

К третьей группе относятся ковалентные карбиды. Их образуют кремний и бор – соседи углерода по периодической таблице, близкие к нему как по размеру атомов, так и по электроотрицательности. Карбид кремния SiC (техническое название – карборунд) в чистом виде – бесцветные кристаллы, но примеси часто окрашивают его в различные цвета, вплоть до черного. По своей структуре это соединение аналогично алмазу; решетку карбида кремния можно получить, если в немного расширенной решетке алмаза заменить половину атомов углерода на атомы кремния. Это вещество обладает очень высокой твердостью; помимо этого оно имеет свойства полупроводника. Из него делают шлифовальные бруски и круги, огнеупорные материалы для печей и литейных машин, нагревательные элементы для электропечей, полупроводниковые диоды.

Бор образует по два карбида с точно известной структурой – В4С и В13С2. Наибольшее значение имеет первый из них – черные блестящие кристаллы, которые по твердости уступают лишь алмазу и нитриду бора BN. Этот карбид применяют для изготовления абразивных и шлифовальных материалов и в качестве полупроводника. Карбид, обогащенный изотопом 10В, используется как поглотитель нейтронов в ядерных реакторах.

В 1982 г. русский учёный Соколов В.Д. предложил так называемую “космическую” гипотезу, согласно которой углеводороды нефти образованы из углерода и водорода в эпоху формирования Земли и других планет.

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 основу этой гипотезы были положены факты о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах. Согласно современным данным, в атмосфере Юпитера и Титана, а также в газопылевых облаках обнаружены C2h3, C2h5, C2H6, С3Н8, HCN, C2N2. В метеоритах (углистых хондритах) найдены твердые углистые вещества, нормальные алканы, аминокислоты, однако происхождение их неясно. Когда речь идет о низких концентрациях, не исключено загрязнение метеоритов при падении на Землю. Кроме того, рядом ученых в метеоритах обнаружены форменные органические образования, очень сходные с простейшими одноклеточными организмами древнейших пород Земли. Во всяком случае к объяснению поступления минеральной нефти из больших глубин Земли эти факты о нахождении органических веществ в метеоритах прямого отношения не имеют.

Глубинные массивные кристаллические периодитовые породы, как и метиориты, содержат элементарный углерод и карбиды тяжёлых металлов. Эти же породы содержат воду, водород, окись углерода и углекислоту. В этой связи выдвинут целый ряд других гипотез о неорганическом происхождении нефти и газа в недрах Земли в результате химических реакций непосредственно из углерода и водорода в условиях высоких температур, давлений и каталитического действия оксидов металлов (Fe, Ni и др.) (Н.А. Кудрявцев, В.Б. Порфильев и др.).

Химизм получения углеводородов из окиси углерода и водорода известен благодаря исследованиям учёных: Е.И. Орлова, Н.Д. Зелинского и других.

Процесс первого синтеза углеводородов из СО и Н2 был осуществлён русским химиком Е.И. Орловым в г. Харькове (1908 г.), получившим из смеси СО и Н2 простейший олефиновый углеводород - этилен, очевидно по схеме:

2СО + 4Н2 → С2Н4 + 2Н2О

Эта реакция была проведена при температуре 100°С и при контакте с катализатором, состоящим из Ni + Pd, осаждённых на коксе.

Позднее было установлено, что в результате получается не только этилен, но и ряд других, более сложных алкенов.

Тяжёлые металлы подгруппы железа, особенно в присутствии окиси алюминия и магния, как под давлением, так и без давления способствует образованию углеводородов сложного состава и разных рядов:

В зависимости от условий реакции в качестве конечных продуктов могут быть не только жидкие углеводороды и вода, но также и твёрдые парафины и церезины, газы – метан и его ближайшие гомологи и углекислота.

В первой половине XX века интерес к гипотезе минерального происхождения нефти в основном был потерян. Поиски нефти велись во всем мире, исходя из представлений об ее органическом происхождении.

С середины прошлого века интерес к минеральной гипотезе снова начал возрастать, причиной чего была, по-видимому, недостаточная ясность ряда вопросов органической концепции, что и вызывало ее критику.

Некоторую известность получила магматическая гипотеза образования нефти. На больших глубинах – в мантии Земли – в условиях очень высокой температуры углерод и водород образуют углеводородные радикалы СН, СН2 и СН3. Вследствие перепада давления они перемещаются по веществу мантии в зоны глубинных разломов и вдоль этих разломов поднимаются вверх, ближе к земной поверхности. По мере понижения температуры в верхних слоях эти радикалы соединяются друг с другом и с водородом. В результате возникают различные более сложные нефтяные углеводороды. К ним присоединяются другие углеводороды, образующиеся из окиси углерода и водорода, а также из карбидов различных металлов и воды по реакциям, указанным М. Бертло, Д.И. Менделеевым и др. Разнообразие реакций обеспечивает и чрезвычайное разнообразие возникающих углеводородов, смесь которых в основном и составляет природную нефть.

Дальнейшее движение углеводородных газов и нефти приводит их или на поверхность Земли, или в ловушки, создающиеся в проницаемых породах осадочного покрова, а иногда и в кристаллических породах на границе с ними. Передвижение (миграция) углеводородов происходит по заполненным водой трещинам и вызвано огромным перепадом давлений в местах образования нефти и осадочной толщи, а также разностью плотностей воды и нефти.

В поисках доказательств абиогенного синтеза нефти некоторые исследователи обращались к промышленным процессам получения синтетического топлива. Однако по мере углубления знаний о составе нефти отчетливо выявились глубокие различия в составе природных и синтетических углеводородных смесей. Последние практически не содержат широко представленных в нефти сложнопостроенных углеводородных молекул, насыщенных структурных аналогов компонентов живого вещества – жирных кислот, терпенов, стеролов и т. д.

Ряд аргументов сторонников минерального происхождения нефти основан на термодинамических расчетах. Была сделана попытка определить температуру нефтеобразования по соотношениям между некоторыми изомерными углеводородами, допуская, что высокотемпературный синтез приводит к появлению термодинамически равновесных смесей. Рассчитанная таким образом температура нефтеобразования составила 450-900°С, что соответствует температуре глубинной зоны 100-160 км в пределах верхней мантии Земли. Однако для тех же нефтей расчет по другим изомерным парам дает другие значения температуры (от –100 до 20000°С), совершенно нереальные в условиях земной коры и мантии.

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. Внедряющиеся в земную кору глубинные породы расплавляют и ассимилируют осадочные породы с имеющимся в них биогенным органическим веществом; жерла вулканов также проходят через осадочные толщи, причем иногда регионально-нефтегазоносные, поэтому находимые в них СН4и некоторые другие нефтяные углеводороды могли образоваться не только в результате минерального синтеза, но и при

Похожие статьи:

poznayka.org

Происхождение нефти и газа — реферат

Современная концепция органического происхождения нефти восходит к монографии И.М.Губкина «Учение о нефти». В соответствии с этой моделью, нефть образуется следующим образом:

Исходное вещество для образования нефти – органическое вещество морских илов, состоящее из животных и растительных организмов. Перекрывающие илы осадки предохраняют его от окисления. Погруженный на глубины до 50 м он перерабатывается анаэробными микробами. При погружении в глубокие недра горные породы, содержащие РОВ (рассеянное органическое вещество) попадают в область давлений 15-45 МПа и температур 60 - 150°. Такие условия находятся на глубинах 1,5 – 6 км. Под действием возрастающего давления нефть вытесняется в проницаемые породы (коллекторы), по которым она мигрирует к месту образования будущих залежей.

Отечественная нефтегазовая геология подтвердила положения И.М.Губкина. На основе прогнозов, сделанных на базе этой теории, развитой его многочисленными последователями, отечественная нефтегазовая геология долгие годы позволяла прогнозировать и открывать месторождения, что сделало Советский Союз ведущей нефтегазовой державой мира. Основные аргументы в пользу биогенного происхождения нефти следующие:

Приуроченность 99,9% промышленных скоплений нефти к осадочным породам.

Сосредоточение наибольших запасов в отложениях геологических периодов с наибольшей активностью биосферы.

Сходство элементного, и, главное, - изотопного состава живого вещества и нефтей.

 Оптическая активность  нефтей.

Образование природного газа

Природный газ распространен в природе гораздо шире, чем нефть. Его формирование может происходить различными способами.

При биохимическом процессе образование метана происходит в результате переработки органического вещества бактериями. (Иногда эти бактерии поселяются на нефти, которые перерабатывают ее в метан, азот и углекислый газ).

Термокатализ заключается в преобразовании в газ органического вещества под действием давлений и температур в присутствии катализаторов – глин. Наиболее интенсивно термокатализ происходит при температуре 150-200°.

Если глины с повышенным содержанием органического вещества обогащены ураном, может запуститься радиационно-химический процесс образования газа, который заключается в воздействии радиоактивного излучения, на углеродные соединения. В результате органическое вещество распадается на метан, водород и окись углерода. Оксид углерода, в свою очередь, распадается на кислород и углерод, при соединении с водородом которого также образуется метан.

При механических воздействиях на угли на контактах зерен возникают напряжения, которые служат источниками энергии для механохимического образования метана.

Космогенный процесс описан при описании космической модели образования нефти В.Д.Соколова.

Главное значение в природе, вероятно, имеют термокаталический и биохимический способы образования метана. Возможно, определенную роль играет и «космический» (он же «мантийный») метан, наблюдаемый в «черных курильщиках».

Современная модель образования залежей нефти и газа.

В обобщенном виде современная модель формирования залежей нефти и газа в результате накопления органического вещества (ОВ) и его преобразования в углеводороды (УВ) приведена в таблице 1.

Таблица 1. Образование залежей углеводородов.

В отличие от другого горючего ископаемого – угля, происхождение которого достаточно очевидно благодаря находкам отпечатков листьев и даже целых окаменевших стволов деревьев и было разгадано еще М.В. Ломоносовым, происхождение нефти долгое время было предметом жарких споров, которые полностью не затихли и в наши дни. Существуют две противоположные версии происхождения нефти: неорганическая и органическая. Выбор между этими версиями осложняется тем, что нефть и газ – весьма подвижные вещества-флюиды, они способны к перемещению – миграции внутри земной коры и ее осадочной оболочки на большие расстояния, и их скопления нередко находятся достаточно далеко от предполагаемого места образования.

Неорганическая гипотеза происхождения нефти была относительно наиболее популярной в СССР, где ее отстаивали две научные школы – в Санкт-Петербурге (тогда Ленинграде) во главе с Н.А. Кудрявцевым и Киеве во главе с В.Б. Порфирьевым. Адепты этого направления опирались на авторитет Д.И. Менделеева, который высказал предположение о том, что нефть могла образоваться при воздействии воды на карбид железа. Главными же геологическими фактами, легшими в основу построений "неоргаников", было нахождение некоторых залежей нефти в вулканических, интрузивно-магматических и метаморфических породах. Такие залежи действительно существуют. Особенно показателен пример крупного скопления нефти в трещиноватых и выветрелых гранитах на месторождении "Белый тигр" на юге Вьетнама, в дельте Меконга.

С позиций противоположной, органической концепции генезиса нефти все такие залежи – результат миграции нефти из смежных осадочных пород. Но следует признать, что углеводороды в принципе могут иметь в природе и неорганическое происхождение – иначе как объяснить их присутствие в метеоритах и атмосфере некоторых планет и их спутников, а также выделение метана в рифтовых зонах срединно-океанических хребтов, практически лишенных осадков. Однако все эти местонахождения представляют лишь научный интерес, а речь должна идти о залежах промышленного значения.

Противники "неоргаников" приводили в качестве доводов в пользу органического происхождения присутствие в нефтях спор и пыльцы растений и специфических органических соединений – порфиринов. Однако "неорганики" объясняли все это заимствованием из вмещающих залежи осадочных пород. Решающее доказательство органического происхождения нефти принесли данные органической геохимии, установившие тождество нефтяных и биогенных углеводородов на молекулярном уровне. Молекулы таких органических соединений получили название "биомаркеров", то есть меток, указывающих на биогенное происхождение данной нефти. Несмотря на это, отдельные исследователи как в нашей стране, так и за рубежом продолжают отстаивать неорганическое происхождение нефти. Соответствующие взгляды высказывались совсем недавно на страницах журнала "Эксплорер", издаваемого авторитетной Американской ассоциацией геологов-нефтяников. А в Швеции была даже пробурена довольно глубокая скважина в кристаллических породах Балтийского щита, но никаких притоков нефти получено не было.

В общем по всей сумме накопленных фактов достаточно обоснованной может считаться лишь концепция органического, биогенного происхождения нефти, выдвинутая немецким ботаником Г. Потонье в начале XX века. В нашей стране она была разработана Г.П. Михайловским, И.М. Губкиным, но наиболее полно и на современном уровне Н.Б. Вассоевичем, который назвал ее осадочно-миграционной теорией нефтеобразования. Согласно этой теории, источником нефти является захороненное в осадках органическое вещество – продукт разложения организмов, – отлагающееся вместе с минеральными частицами осадков.

В свою очередь, источником этого органического вещества являются две группы организмов: наземная растительность, остатки которой сносились реками в морские или озерные бассейны, бактерии и морской зоо- и фитопланктон, причем именно последнему принадлежит главная роль в нефтеобразовании.

Различия в составе органического вещества, отложенного из двух этих источников – гумуса и сапропеля, прослеживаются в составе нефтей, возникших за их счет. Накопление значительных масс органического вещества в осадках было возможно в условиях отсутствия или ограниченного доступа свободного кислорода, что могло происходить лишь в водной среде.

Органическое вещество находится в осадках в рассеянном состоянии. Одни типы осадков им обогащены в большей степени, другие – в меньшей или даже практически его лишены, но среднее содержание очень редко превосходит 1% от массы осадка. И лишь относительно небольшая часть этого вещества (10-30%) затем преобразуется в нефть, остальная сохраняется в осадке и переходит в образующуюся из него осадочную породу. Более всего обогащены органическим веществом темные глинистые толщи типа олигоцен-миоценовой майкопской серии Кавказа, девонского, так называемого доманика Волго-Уральского и Тимано-Печорского бассейнов. Именно их долго рассматривали как классические нефтепроизводящие или нефтематеринские толщи. Однако в дальнейшем выяснилось, что свойством продуцировать нефть обладали и другие типы осадочных формаций, в частности карбонатные.

Преобразование исходного органического вещества в нефть – процесс длительный, сложный и еще до конца непонятый. Известно, что углеводороды нефтяного ряда образуются уже в телах живых организмов и их обнаруживают в современных осадках. Однако, как показал Н.Б. Вассоевич, процесс идет очень медленно, пока осадки не погрузятся на глубину более 2 км, будучи перекрыты более молодыми слоями, и не нагреются до 80-100°C. Лишь тогда наступит главная фаза нефтеобразования. На большей же глубине, порядка 6 км, и при более высокой, более 120°C температуре вместо нефти начнет образовываться газ.

По более современным представлениям (Ш.Ф. Мехтиев, Б.А. Соколов) нефтеобразованию существенно способствуют (кроме погружения и роста температуры с глубиной) поступающие из мантии флюиды. Это особенно заметно в молодых рифтогенных бассейнах типа Суэцкого залива Красного моря, но должно было играть большую роль на ранней стадии развития и более древних бассейнов вроде Западно-Сибирского. В этом смысле можно признать, что в представлениях "неоргаников" было хотя и небольшое, но зерно истины – глубинный эндогенный фактор принимает определенное участие в процессе нефте- и газогенерации. А так как действие этого фактора во времени проявляется неравномерно, отдельными импульсами, то и генерация углеводородов может протекать не в одну фазу, а в несколько таких фаз, как недавно отметил украинский ученый А.Е. Лукин.

Но по существу процесс нефтеобразования завершается лишь тогда, когда капли нефти начнут собираться в более крупные скопления. А это происходит только при отжимании нефти вместе со связанной водой из материнской породы под весом вышележащих слоев, напором газа и при ее переходе в пористые породы-коллекторы, в частности пески и песчаники.

Необходимо иметь в виду, что вместе с нефтью и даже раньше нее из материнской породы отжимается и вода, притом в неизмеримо больших количествах. А породы-коллекторы обязательно являются водоносными. Вода может иметь в них различное происхождение – она может захороняться вместе с осадками (погребенные воды) или проникать с поверхности на выходе пластов на эту поверхность (инфильтрационные воды). Все нефтегазоносные осадочные бассейны, как подчеркнул И.О. Брод, являются одновременно артезианскими, и нефть и газ перемещаются, мигрируют не сами по себе, а вместе с водой, нефть по существу первоначально в виде нефтеводной смеси (капли нефти в воде). Но вскоре происходит отделение нефти и газа от воды, вследствие более низкого удельного веса нефть всплывает над водой и скапливается в залежи, стремясь занять в пласте-коллекторе наиболее высокое гипсометрическое положение. Это тем более относится к газу и газоконденсату, но о происхождении газа следует сказать особо.

Диапазон глубин газообразования гораздо шире, чем у нефти, а его источником могут являться не только вещества органического происхождения, захороненные в субаквальных осадках, но и вещества, получающиеся в результате углефикации наземной растительности. Залежи газа, продуцированного угленосной толщей среднего карбона, известны в верхнем карбоне и нижней перми в южной части Северного моря и других районах. Выделения метана наблюдаются практически во всех угленосных толщах, и его взрывы в шахтах нередко имеют катастрофические последствия. Образование метана начинается уже в болотах, а промышленные залежи газа выявлены в очень молодых, плиоцен-четвертичных осадках. Газообразование продолжается и на больших глубинах, но, как отмечалось выше, его главная фаза приходится на область более высоких температур, чем главная фаза нефтеобразования. В последнее время в Скалистых горах США обнаружены скопления газа в слабопроницаемых отложениях верхов мела, их называют нетрадиционными, к ним относятся и упомянутые выше глинистые толщи. Следует упомянуть наконец о широком распространении в осадочных толщах морей и океанов и придонном слое осадков залежей газогидрата – сжиженного и замерзшего растворенного в воде газа.

yaneuch.ru

2. Краткая история применения нефти и газа

Нефть известна человечеству с давних времен. Уже за 6000 лет до нашей эры люди использовали нефть для освещения и отопления. Наиболее древние промыслы находились на берегах Евфрата, в Керчи, в китайской провинции Сычуаиь. Упоминание о нефти встречается во многих древних источниках (например, в Библии упоминаются смоляные ключи в окрестностях Мертвого моря).

Почему же нефть называется нефтью?

В языках многих народов мира встречаются слова, сходные по звучанию со словом «нефть». В настоящее время считается, что исходным для образования слова «нефть» было мидийское слово «нафата», что означало «просачивающаяся», «вытекающая». Государство Мидия существовало в IX-VI веках до н. э. на границе территорий современных Азербайджана и Ирана. Когда персы завоевали Мидию, то вместе с клинописной письменностью и многими другими достижениями культуры позаимствовали слово «нафата». Постепенно оно трансформировалось в «нефт». Этим словом обозначались колодцы, из которых добывали нефть для священного огня. Позднее от слов «нефт» и «нафата» возникло греческое слово «нафта».

В странах Западной Европы, где все научные сочинения в средние века писали на латыни, для обозначения нефти широко используются слова, производные от латинского слова «петролеум», т. е. каменное масло («петрос» -камень, «олеум» - масло): в Англии - «петролеум», во Франции и Румынии - «петроль», в Италии - «петролио».

Другое широко распространенное название нефти -«ойл» - означает также «масло», «растительное масло». Так как нефть считали «каменным маслом», то слово «ойл» стало применяться и для ее обозначения. Эти три слова затем вошли во многие другие языки.

Как уже отмечалось, нефть широко применялась для освещения. Так, когда в 330 г. до н. э. войска Александра Македонского дошли до Каспийского моря, то они обнаружили, что в отличие от древних Египта, Рима и Греции, где светильники заправлялись оливковым маслом, местные жители использовали для этого нефть.

Нефть с давних времен применялась и как лекарственное средство. Считалось, что белая нефть излечивает от простудных заболеваний, а черная - от кашля. Египтяне использовали нефтяные масла при бальзамировании. Древнегреческий ученый Гиппократ (IV-V в.в. до н. э.), которого считают отцом медицины, описал много лекарств, составной частью которых была нефть.

Во время войны за независимость (1783 г.) солдаты революционных войск Б.Линкольна собирали с поверхности ручья в Западной Пенсильвании плавающую нефть и прикладывали к суставам, чтобы снять ревматические недомогания.

Однако наиболее громкую славу нефти принесло ее использование в военных целях. Римский ученый Плиний Старший, описывая походы римлян, упоминает, что защитники осажденного города Лукула сбрасывали с городских стен на головы атакующих горшки с горящей нефтью.

Войска Чингисхана (XII-XIII в.в.) овладели крепостью Бухара, забросав ее горшками с нефтью и выпуская горящие стрелы, что привело к многочисленным пожарам.

В боях с половецким князем Кончаком русские воины, как свидетельствует «Ипатьевская летопись», имели стрелы с пучками тряпья, смоченными «земляной смолой», т.е. нефтью.

Однако самым страшным оружием древности был так называемый «греческий огонь». Считается, что его создателем является грек Каллиниколос из Гелиополиса. Согласно историческим хроникам, в 673 г. нашей эры во время осады Константинополя арабами, он передал византийскому императору рецепт зажигательного состава, названного позднее «греческим огнем». В рукописях говорится, что эта смесь воспламенялась от контакта с воздухом. Залить «греческий огонь» было невозможно: вода лишь усиливала его горение, способствуя растеканию смеси.

Особенно эффективен «греческий огонь» был в борьбе с кораблями противника. Так, во время атаки арабов на Константинополь греки подпустили вражеские корабли поближе, а затем неожиданно вылили и море огромное количество зажигательной смеси. Более суток длился этот пожар, в результате которого сгорел почти весь арабский флот.

Состав «греческого огня» хранился в глубокой тайне. Лишь спустя 400 лет после поражения у стен Константинополя арабским алхимикам удалось установить, что основу «греческого огня» составляет смесь нефти с серой и селитрой...

Первым нефтепродуктом, с которым познакомилось человечество, был асфальт, представляющий собой вязкое смолистое вещество, получаемое в результате длительного выветривания нефти. Слово «асфальт» ввел в литературу Геродот, описавший в 460...450 г.г. до н.э. в «Истории греко-персидских войн» персидские и месопотамские асфальтовые месторождения. «Асфальт» - производное от слова «асфалес» (прочный, крепкий, надежный). Древние называли асфальт горной смолою, а по современным представлениям - это один из видов природного битума.

Широко известен библейский миф о всемирном потопе, во время которого спасся только Ной и его семья, благодаря тому, что он заблаговременно построил ковчег, который для гидроизоляции осмолил снаружи и изнутри природной смолою (асфальтом). Однако в настоящее время установлено, что библейский миф имеет более древнюю историю.

Прототипом библейского Ноя, который после всемирного потопа стал родоначальником всего человечества, да еще и спас на своем ковчеге «каждой твари по паре», был ассиро-вавилонский Ут-Напиш-тим. История того, как он спасся, изложена на 12 глиняных табличках, датируемых примерно 2500 г. до н. э. В них в частности, говорится, что свой ковчег он осмолил асфальтом.

В 700-500 гг. до н. э. в Вавилоне асфальт использовали как водонепроницаемое вещество при создании «висячих садов» Семирамиды - одного из семи чудес света, а также туннеля длиной 1 км под р. Евфрат.

Асфальт широко использовался и как связующее вещество. В Библии рассказывается, что при строительстве легендарной Вавилонской башни вместо цемента при кладке использовалась «земляная смола», т. е. асфальт. Наиболее старые участки Великой китайской стены за 400 лет до н э. сооружены на природном битуме. Крепостные стены в Мидии по свидетельству греческого историка Ксенофонта (около 400 г. до н. э.) были построены из обожженных кирпичей, скрепленных битумом.

Асфальт применялся и для получения твердых покрытий. Когда после открытия Америки испанцы проникли в 1532 г. в Перу, они обнаружили там древние дороги, покрытые асфальтом. В Древнем Египте в амбарах для хранения зерна (3000 г. до н. э.) пол и стены покрывали асфальтом. В Азербайджане природный асфальт («кир», по-местному) использовали для покрытия плоских крыш жилых и других зданий.

После крушения великих цивилизаций природный асфальт как строительный материал очень долго не использовался. Новая история асфальта начинается только в XIX веке. В 1832-1835 гг. в Париже были выполнены первые значительные работы по мощению городских улиц и тротуаров асфальтом. В 1836-1840 гг. были заасфальтированы тротуары в Лондоне, Филадельфии, Лионе, Вене и других городах. Несмотря на очевидные достоинства асфальтовых дорог, у них нашлись противники. Те, кто выполнял работы по мощению улиц с помощью традиционных материалов, стали утверждать, что на «асфальтовой мостовой лошади очень скоро портятся». Чтобы разрешить возникший спор, в Лондоне на одной из оживленных асфальтированных улиц были проведены специальные наблюдения, показавшие, что за 36 дней из 468000 лошадей упала только 201 лошадь. Кроме того, было установлено, что «лошади, падая на асфальте» не стирают себе кожи на коленях», а коляски, фаэтоны и омнибусы из-за отсутствия тряски требуют гораздо меньшего ремонта и не создают шума при движении. После этого асфальт начал свое победное шествие по городам мира.

В России первую попытку асфальтирования тротуаров (Одесса, 1839 г.) предпринял К.И. Борно - владелец первого в стране асфальтового завода. Но из-за начала Крымской войны завод закрылся. Позднее в 1865 г. заасфальтировали террасы Зимнего Дворца в Петербурге, а с 1866 г. стали асфальтировать дворы, тротуары, улицы и площади. В 1869-1873 г.г. им были покрыты улицы в Кронштадте, Риге, Москве, Одессе, Киеве, Харькове и Тамбове. Примечательно, что для производства этих работ использовался асфальт, закупленный за рубежом. Только в 1874 г. в России был построен асфальтовый завод вблизи Сызрани. Он существует и в настоящее время.

Современные дороги покрыты асфальтом, изготовленным на базе нефтяных битумов, получаемых в результате окисления воздухом тяжелых остатков перегонки нефти при температуре 239-340 "С. Этот процесс был разработан в 1896 г., а внедрен в производство в 1914 г.

В целях освещения человечество использовало различные средства: лучину, оливковое масло, нефть, животные жиры и др. В 1830 г. австрийский химик К. Рейхенбах впервые получил осветительное масло путем сухой перегонки дерева, торфа и каменного угля. Полученный продукт он назвал «фотоген» (от греческих слов «фотос» - свет и «ге-нос» - рождение), т.е. «свет рождающий» или «свет дающий». Позже словом «фотоген» стали называть светлую прозрачную жидкость, получаемую при перегонке нефти (современный керосин).

Первый в мире нефтеперегонный завод был построен в 1745 г. российским предпринимателем Ф. С. Прядуновым на реке Ухте. Завод просуществовал до 1782 г., перерабатывая ежегодно до 2000 пудов нефти.

В 1825 г. около г. Моздока крепостные крестьяне братья Дубинины построили нефтеперегонный завод, просуществовавший 25 лет. В 1837 г. нефтеперегонный завод в 15 верстах от Баку построил горный инженер Н. И. Воскобойников. В 1869 г. в Баку существовало уже 2 фотогеновых завода, в 1872 г. - 57, в 1876 г. - 146.

Откуда же появилось слово «керосин»? В 1846-1847 гг. производство осветительного масла из каменного угля организовал в США А. Геснер. Ошибочно полагая, что масло при этом образуется в результате разложения содержащегося в угле вещества, аналогичного воску, он назвал полученную жидкость «керосен ойл» (от греческого «керос» - воск), т.е. «восковое масло». В разговорной речи словосочетание «керосен ойл» постепенно преобразовалось в одно слово «керосен». Когда в пятидесятых годах XIX в. осветительное масло в США начали получать из нефти, то его также назвали «керосеном».

Американский продукт быстро завоевал рынок не только в США, но и в Европе. Во второй половине XIX в. он полностью вытеснил в Европе фотоген, получаемый из угля, а затем завоевал и рынок России. Здесь его название трансформировалось в керосин. После того, как в результате конкурентной борьбы американский продукт был полностью вытеснен российским, «керосином» стали называть отечественный «фотоген», получаемый при перегонке нефти.

В настоящее время «керосином» называют фракцию нефти, которая выкипает в температурных пределах от 175 до 300 "С. Различают «керосин осветительный», используемый для освещения, «керосин тракторный», применяемый в качестве горючего для тракторов, и «керосин авиационный» - топливо для реактивных двгателей.

С первых дней своего возникновения процесс переработки нефти был подчинен получению керосина (фотогена). Однако при этом получалось два побочных продукта. Один из них - более легкая фракция нефти, чем керосин - получил название «бензин» (от искаженного арабского «любензави» - горючее вещество), а другой - густая грязно-черная жидкость, получаемая в остатке и названная «мазутом» (от арабского «макзулат» - отброс). Длительное время оба они считались ненужными продуктами.

Однако в 1866 г. А. И. Шпаковский изобрел паровую форсунку, в результате чего мазут начал применяться в топках как топливо. Затем из мазута стали вырабатывать смазочные масла. А в 1890 г. выдающийся русский инженер В. Г. Шухов предложил способ расщепления тяжелых углеводородов мазута с целью получения светлых нефтепродуктов, получивший название «термический крекинг».

Около 100 лет бензин оставался опасным и ненужным продуктом. Только изобретение двигателя внутреннего сгорания русским изобретателем Игнатием Костовичем в 1879 г. открыло дорогу его широкому применению. О росте спроса на бензин можно судить по росту количества автомобилей с карбюраторным двигателем, в 1896 г. в мире их было около 4, в 1908 г. - 250 тысяч, а в 1910г. -10 миллионов.

В 1910 году в топливный баланс стран мира основной вклад вносили уголь (65 %), дрова (16 %), растительные и животные отбросы (16 %). На долю нефти приходилось всего 3 % потребляемой энергии. Природный газ использовался в ограниченных масштабах.

На рост потребления нефти значительное влияние оказало развитие сначала автомобильной промышленности, несколько позже -морского и речного флота, а затем - авиации.

Уже накануне первой мировой войны в 1914 году 30 % военного флота Великобритании использовало нефтяное топливо. Во время войны кайзеровская Германия оказалась отрезанной от нефтяных промыслов и вынуждена была использовать синтетическое топливо, вырабатываемое в ограниченных объемах из угля. Дефицит нефти послужил одной из причин поражения войск кайзера. Учитывая это, при подготовке ко второй мировой войне заправилы третьего рейха прежде всего постарались обеспечить себя запасами жидкого топлива. Перед нападением на СССР Германия захватила Румынию с ее богатыми нефтяными промыслами, а во время войны с Советским Союзом стремилась овладеть нефтепромыслами Кавказа. С огромным трудом гитлеровцы частично захватили их, но восстановить фонд скважин, разрушенных перед отступлением нашими войсками, и получить кавказскую нефть им не удалось.

Любопытно, что статистика подтверждает опасения главарей третьего рейха. В 1939-45 гг. в США было использовано 1466,1 млн.т нефти и нефтепродуктов, в Великобритании - 93,5 млн. т, в Германии и Италии - 52,7 млн. т. (Последние - за счет поставок из оккупированных стран). Поэтому поражение фашистских агрессоров во второй мировой войне действительно можно рассматривать как, в том числе, следствие ограниченности ресурсов «черного золота».

В настоящее время нефть служит сырьем для производства не только топлив, но также масел, смазок и многих других продуктов: самых различных моющих веществ, спиртов, гербицидов, взрывчатых веществ, медицинских препаратов, серной кислоты, синтетического белка и т.д.

Природный газ, как и нефть, также стал известен человеку очень давно. В предгорьях Малого Кавказа за 6000 лет до н.э. горели «вечные огни». Это были случайно воспламенившиеся (от молнии или костра, например) выходы газа на поверхность. Необъяснимым в те времена явлениям, когда над землей, либо над водой казалось бы из ничего возникало пламя, естественно приписывалось божественное происхождение.

Еще большее впечатление производили на людей залповые выбросы воспламенившегося газа из грязевых «вулканов». О том, что они собой представляли можно судить по наблюдениям наших дней. Так 15 ноября 1958 года во время «извержения» грязевого вулкана банки Макарова - отмели, находящейся в море на расстоянии около 25 км от Баку, высота первоначально вырвавшегося и воспламенившегося столба газа достигала нескольких километров. В последующем горящее пламя имело высоту около 500 м и диаметр около 120м. Мощное извержение продолжалось около суток.

По-видимому, данные явления стали одной из причин культа поклонения огню у многих народов мира.

За 200 лет до н.э. в Китае были пробиты первые бамбуковые скважины для добычи газа, который применялся для освещения, отопления и выварки соли.

Факелы горящих газов на Апшеронском полуострове и в Дагестане на побережье Каспийского моря в начале нашей эры служили маяками для моряков.

В XIV веке на Апшеронском полуострове газ использовался для отопления, освещения, приготовления пищи и обжига извести.

В конце XVIII в. был изобретен способ получения искусственного газа из каменного угля. Англичанин В. Мэрдок применил полученный газ для освещения собственного дома и машиностроительного завода в Бирмингеме, а затем предложил этот новый вид топлива для освещения Лондона. Не только обыватели, но далее передовые но своим взглядам современники Мэрдока не смогли по достоинству оценить данное предложение. «Один сумасшедший , - писал, например, известный английский писатель Вальтер Скотт, - предлагает освещать Лондон - чем бы вы думали? Представьте себе - дымом».

Тем не менее использование этого «дыма», получившего название «светильного газа», стало быстро распространяться не только в Великобритании, но также во Франции, Бельгии, Германии и других странах.

Первый завод по производству светильного газа в России был построен в 1835 году в Петербурге. К концу прошлого века такие заводы были построены почти во всех крупных городах страны. Они давали свет улицам, фабрикам, театрам, жилым домам. В 1914 году в Петербурге было газифицировано 3000 квартир.

В конце XIX века в Баку начали использовать в котельных попутный нефтяной газ, добываемый вместе с нефтью.

Широкое применение природного газа в России и в мире началось лишь в 50-х годах нашего века.

studfiles.net

Происхождение нефти и газа — реферат

Необходимым условием сохранности сформированной залежи нефти или газа является наличие над пластами-коллекторами непроницаемых или слабопроницаемых пород – флюидоупоров, в просторечии обычно называемых покрышками. Наилучшими флюидоупорами служат соленосные образования. Развитию таких образований нижнепермского, кунгурского возраста обязаны своей сохранностью гигантские залежи газа, конденсата и нефти в массивных карбонатах – карбонатных платформах на периферии Прикаспийской впадины (Астраханское, Оренбургское, Тенгизское месторождения). Но гораздо чаще роль покрышек выполняют глинистые пачки и свиты. Таким образом, нефтегазоносные комплексы состоят из нефтематеринских толщ, коллекторов и покрышек.

4. Формирование и разрушение скоплений нефти и газа. 

Под миграцией нефти или газа понимается перемещение их в осадочной оболочке. Путями миграции нефти и газа являются поры и трещины в горных породах, а также поверхности наслоений, разрывных нарушений и стратиграфических несогласии, по которым нефть и газ не только мигрируют в земной коре, но и могут выходить на поверхность.

 Миграция может происходить в теле одной и той же толщи или пласта, но может иметь место перемещение углеводородов и из одного пласта (толщи) в другой. Различают внутрипластовую (внутрирезервуарную) и межпластовую (межрезервуарную) миграцию. Внутрипластовая осуществляется главным образом по порам и трещинам внутри пласта, а межпластовая – по поверхностям разрывных смещении и стратиграфических несогласии их одного природного резервуара в другой.

 По отношению к нефтегазоматеринским толщам различают первичную и вторичную миграцию. Процесс перехода углеводородов из пород, в которых они образовались, в коллекторы получил название первичной миграции. Миграция газа и нефти вне материнских пород называется вторичной миграцией.

 Проблема миграции нефти и газа включает три основных вопроса: факторы, вызывающие миграцию; состояние, в которым флюиды перемещаяются ; масштабы миграции.

 Современные представления о факторах первичной миграции и состоянии мигрирующих углеводородов заключается в следующем.  

Образовавшиеся в стадию диагенеза нефтяные углеводороды выжимаются вместе с водой из осадков при их уплотнении. С погружением пород они все более и более прогреваются. Повышение температуры способствует перемещению нефти и газа за счет увеличения их объема. Передвижение углеводородов может активизироваться также в результате увеличение давления из – за больших объемов вновь образующихся веществ. При погружении пород на большие глубины усиливается генерация газа, и первичная нефть выносится им из материнских пород в виде газового раствора. Эмиграция нефтяных углеводородов в виде газового раствора доказана экспериментально.

 Вторичная миграция нефти и газа может быть обусловлена гравитационным, гидравлическим и другими факторами.

 При вторичной миграции нефть и газ, попадая в коллектор, заполненный водой, стремятся занять наивысшее положение, иначе говоря, перемещаются вертикально вверх. Миграция флюидов по пластам – коллекторам в значительных масштабах становится возможной при наличии наклона пласта и перепада давления.

 Сущность гидравлического фактора заключается в том, что вода при движении в пластах – коллекторах увлекает за собой пузырьки газа и капельки нефти. Миграция нефти и газа вместе с водой может происходить и в сорбированном состоянии, что является одной из наиболее распространенных форм их перемещения в хорошо проницаемых породах. В процессе движения воды нефть и газ могут образовывать самостоятельные фазы. Дальнейшее перемещение выделившихся из воды нефти и газа происходит за счет гравитационного фактора в виде струй по приподнятым частям валообразных поднятий. Таковы основные факторы миграции нефти и газа в коллекторах с хорошей проницаемостью.

 По масштабам движения миграция разделяется на региональную, контролируемую соотношениями в пространстве зон нефтегазообразования и зон нефтегазонакопления, и локальную, контролируемую отдельными структурами и различными осложнениями ( разрывными смещениями, литологическими и стратиграфическими экранами).  

Расстояния , направления и скорости миграции углеводородов зависят от их состояния и от геологической обстановки формирования залежей.

 Миграция газа (и возможно нефти) в растворенном состоянии происходит с той же скоростью и в том же направлении, что у пластовых вод в которых он растворен. Максимальные расстояния, на которые мигрирует газ вместе с пластовыми водами, соизмеримы с протяженностью артезианских бассейнов и могут достигать первых сотен километров.

 Газ в свободном состоянии мигрирует преимущественно в вертикальном направлении к кровле пласта-коллектора, а затем в направлении наибольшего угла восстания пласта. Миграция газа в этом случае характеризуется наибольшими скоростями. Скорость струйной миграции газа и нефти зависит главным образом от фазовой проницаемости для газа и нефти, угла наклона пласта, а также от вязкости нефти и газа, угла наклона пласта и разности плотностей воды, нефти и газа в пластовых условиях .

 При вертикальном (межпластовом) перетоке газа и нефти из нижележащей залежи или при латеральной миграции их из одной ловушки в другую ( в том же природном резервуаре) расстояния миграции будут контролироваться той геологической обстановкой, в которой осуществляется перемещение струи газа и жидкости нефти.

 Формирование и разрушение залежей. 

 Нефть и газ при миграции свободной фазе перемещаются в пласте – коллекторе в направлении максимального угла восстания пласта. В первой же ловушке, встреченной мигрирующими газом и нефтью, будут происходить их аккумуляция и образование скоплений. В первой же ловушке, встреченной мигрирующими газом и нефтью, будут происходить их аккумуляция и образование скоплений. Если нефти и газа достаточно для заполнения целого ряда ловушек, лежащих на пути их миграции, то первая ловушка заполнится газом, вторая может быть заполнена нефтью и газом, третья – лишь нефтью, а все остальные, расположенные гипсометрически выше могут оказаться пустыми или содержать воду.  

В этом случае происходит так называемое дифференциальное улавливание нефти и газа.(рис. ) Принцип дифференциального улавливания нефти и газа при миграции их через цепочку сообщающихся между собой ловушек, расположенных одна выше другой, был разработан учеными В.П. Савченко, С.П. Максимовым.

 Миграция нефти и газа в свободном состоянии может осуществляться не только внутри пласта-коллектора, но и через разрывные нарушения, что также приводит к формированию залежей.

 Если в пласте – коллекторе происходит движение нефти с растворенным в ней газом, то на больших глубинах ловушки будут заполнены нефтью ( и растворенным в ней газом). После заполнения этих ловушек нефть будет мигрировать вверх по восстанию пластов. На участке, где пластовое давление окажется ни же давления насыщения, газ будет выделяться из нефти в свободную фазу и поступать вместе с нефтью в ближайшую ловушку. В этом случае в данной ловушке может образоваться или нефтяная залежь с газовой шапкой, или, если газа будет много, она полностью будет заполнена газом, а нефть будет вытеснена им в следующую ловушку.

 Формирование залежей происходит как при латеральной (внутрирезервуарной) миграции газа и нефти, так и при вертикальной ( внерезервуарной).

 На процессы миграции и аккумуляции нефти и газа большое влияние оказывает геологическая обстановка формирования залежей.

 Разрушение скоплений нефти и газа

 Скопления нефти и газа, образованные в результате миграции и аккумуляции их в ловушках, в последующем могут быть частично или полностью разрушены. Это происходит под влиянием тектонических, биохимических, химических и физических процессов.

 Тектонические движения могут при вести к исчезновению ловушки ( вследствие наклона ее или образования дизъюнктивного нарушения), тогда нефть и газ из нее будут мигрировать в другую ловушку или на поверхность.

 Биохимические реакции при наличии разлагающих углеводороды бактерий также могут привести к уничтожению скоплений нефти и газа. 

Химические процессы (окисление) могут также разрушать нефть. К разрушению залежей могут привести в ряде случаев и диффузионные процессы.

 Изучение процессов формирования и разрушения залежей нефти и газа имеет большое значение, так как позволяет правильно вести поисково-разведочные работы на нефть и газ, разрабатывать и совершенствовать методы их поисков.

 Закономерности распределение скоплении нефти и газа

 в земной коре. Нефтегазогеологическое районирование.

 На земном шаре известно порядка 32000 местоскоплений нефти, газа и битумов, открытых на всех континентах Земли. Однако выявленные скопления углеводородов в пределах нефтегазоносных территорий распределены крайне неравномерно как по площади, так и по разрезу осадочных отложений, что является главнейшей геологической особенностью размещения нефти и газа в недрах. Например, значительные концентрации ресурсов нефти и газа связаны с Ближним и Средним Востоком (Саудовская Аравия, Ирак, Иран, Кувейт и др), Северной Африкой (Ливия, Алжир), Мексиканским Заливом, Северным морем и другими регионами. Кроме того, в мире известно громадное количество мелких и средних местоскоплений. Вместе с тем неизвестны одиночные местоскопления углеводородов. Все они размещаются группами, зонами, ассоциациями, образуя категории региональных скоплений нефти и газа.

 Как показывают многочисленные исследования, размещение ресурсов нефти и газа , типы их локальных и региональных скоплений находятся в тесной связи с геологической историей развития определенных типов геоструктурных элементов земной коры и с особенностями строения и состава слагающих их осадочных отложений.

 Поэтому первостепенной задачей, стоящей перед геологами и геофизиками, является проведение нефтегазогеологического районирования исследуемой нефтегазоносной или перспективной территории, т.е. выделение в ее пределах различных единиц нефтегазогеологического районирования.  

Классификация нефтегазоносных территорий и нефтегеологического районирование являются основой выделения закономерностей размещения скоплений нефти и газа в земной коре, познание которых необходимо при научно обоснованном прогнозировании нефтегазоносности недр и выбора направлений поисково-разведочных работ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Е.И. Тараненко, Р.С. Безбородов, М.Ю. Хакимов 2000г., Тепловой эффект формирования залежей нефти и газа. Геология нефти и газа, 2.
2. Нефти и газы месторождений зарубежных стран. М., 1977 Хант Д. Геохимия и геология нефти и газа. М., 1982 Геодекян А.А., Забанбарк А. Геология и размещение нефтегазовых ресурсов в Мировом океане. М., 1985
3. Шахновский И.М., Копылова О.Ю. 1999г., Формирование месторождений нефти и газа, связанных с зонами перерывов в осадконакоплении: Геология нефти и газа, 5-6.
4. Ю.К. Щукин, К.П. Астахов, А.А. Белов, И.Н. Кудрин, Л.В. Ивановская. 1998г., Геолого — геофизические условия в очаговой зоне Спитакского землетрясения: Геофизика, 5.

yaneuch.ru

Происхождение нефти

Федеральное агенство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарский государственный технический университетКафедра «Геология и геофизика»

Контрольная работа

по дисциплине«Геология нефти и газа и инженерная геология»Выполнил: студент 5 — ФДО — 7 Сапунов В.А.

Проверил: доцент                          Даниелян Б.З. Самара 2009

Содержание:Ведение.........................................................................................................3

1.     Теоретическая часть..........................................................................4

а — Происхождение нефти.........................................................................4

б — Состав и свойства нефти …...............................................................9

2.     Расчетная задача................................................................................14

Заключение..................................................................................................15

Список литературы.....................................................................................16Введение.

         Бурный научно-технический прогресс и высокие темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX – XX вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых заняла нефть.

         Считают, что современный термин “нефть” произошел от слова “нафата”, что на языке народов Малой Азии означает просачиваться. Нефть начали добывать на берегу Евфрата за 6 – 4 тыс. лет до нашей эры.

         Использовалась она и в качестве лекарства. Древние египтяне использовали асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов. Нефть входила в состав “греческого огня”. В средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов на Ближнем Востоке, Южной Италии. В начале XIX века в России, а в середине XIX века в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX века нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.

         Современный уровень цивилизации и технологии был бы немыслим без той дешевой и обильной энергии, которую предоставляет нам нефть. Сегодня она имеет несколько значений для народного хозяйства страны: сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей, источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут).

         Нефть – наше национальное богатство, источник могущества России, фундамент ее экономики.

Теоретическая часть

Происхождение нефти.

1. Современный взгляд.

Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существует множество мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главным образом российских  геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее время установлено, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.

Наиболее благоприятные условия для формирования нефти – морские, с так называемым некомпенсированным прогибанием. В теплых водах, на дне доисторического моря, веками накапливалась сапропель – глинистая почва, перемешанная с органическими останками умерших рыб, водорослей, моллюсков и прочей живности. В ней шла биохимическая стадия образования нефти.

         Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывали белки, углеводы и т.д. При этом образовывался метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходила в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотнился: произошел диагенез. Вследствие природных процессов дно моря опускалось, а сапропель накрывали материалы, которые из- за природных разрушений или потоками воды сносились с гор. Органика попадала в застойные, бескислородные условия. Когда сапропель опустилась до глубины в 1,5 км, подземная температура достигла 100°C и стала достаточной для нефтеобразования. Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые. Биохимические процессы затухают. Потом породу должна накрыть соль (в Прикаспийской впадине ее толщина достигает 4 км) или глина. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5-8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150-200°С образуется метан. По мере уплотнения сапропели микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения.

Весь процесс занимает сотни миллионов лет.2.     Другие теории образования нефти.         Один из первых, кто высказал научно обоснованную концепцию о происхождении нефти, был М.В. Ломоносов. В середине XVIII века в своём тракте «О слоях земных» великий русский учёный писал, что нефть произошла из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть. М.В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными ископаемыми – углём и нефтью и выдвинул первую в мире гипотезу о происхождении нефти из растительных остатков.

         В XIX в. среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям М.В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала: животные или растения? Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов. Была произведена перегонка сельдевого жира при температуре 400 °С и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло, горючие газы, вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла (299 кг, или 61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета.

         Последующей разгонкой из масла получили предельные УВ (от пентана до нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили олефины и ароматические УВ. Позднее, в 1919 г. академиком Н.Д. Зелинским был осуществлен похожий опыт, но исходным материалом служил органогенный ил преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш. При его перегонке были получены: сырая смола – 63,2 %; кокс – 16,0%; газы (метан, оксид углерода, водород, сероводород) – 20,8 %. При последующей переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла.

         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. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных месторождений.

         Академик В.И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире.

         Предшественники академика И.М. Губкина, русские геологи Андрусов и

Михайловский также считали, что на Кавказе нефть образовалась из органического материала. По мнению И.М. Губкина, родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть – члены одного и того же генетического ряда горючих ископаемых.Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и животных, но в других условиях. Нефть постепенно образовывалась в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн. лет назад, до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад.

         Накопление органического материала для будущего образования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем.

         По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы, планктона), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ.

         И.М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теория, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теория, где преобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теория смешанного животно- растительного происхождения нефти.

         Последняя теория, детально разработанная И.М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” – глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространены различные виды сапропелитов. Различие в исходном органическом веществе является одной из причин существующего разнообразия нефтей. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть.

         В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т.Л. Гинзбург-

Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений. Она установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.

         Целый ряд бактерий живёт в нефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И.М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-

Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные органические продукты в битуминозные.

         Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород, необходимый для превращения органического материала в нефть.Состав нефти.

1. Состав нефти и химические свойства.

         Нефть – это горная порода. Она относится к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Мы привыкли считать, что порода – это твердое вещество, из которого состоит земная кора и более глубокие недра Земли. Оказывается, есть и жидкие породы, и даже газообразные. Одно из важных свойств нефти – способность гореть.

         В зависимости от месторождения нефть имеет различный качественный и количественный состав. Нефти состоят главным образом из углерода – 79,5-

87,5% и водорода – 11,0-14,5% от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5-8%. В незначительных концентрациях в нефтях встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий. Их общее содержание не превышает 0,02-0,03% от массы нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может встречаться в свободном состоянии или входить в состав сероводорода.

         В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Главную часть нефтей составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические. По углеводородному составу все нефти подразделяются на: 1) метаново- нафтеновые, 2) нафтеново-метановые, 3) ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические, 5) ароматическо-метановые, 6) метаново- ароматические и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые. Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше.         Метановые УВ (алкановые или алканы) химически наиболее устойчивы, они относятся к предельным УВ и имеют формулу Cnh3n+2. Если количество атомов углерода в молекуле колеблется от 1 до 4 (СН4-С4Н10), то УВ представляет собой газ, от 5 до 16 (C5h26-C16h44) то это жидкие УВ, а если оно выше 16. (С17Н36 и т.д.) – твердые (например, парафин).

Нафтеновые (циклановые или алициклические) УВ (Cnh3n) имеют кольчатое строение, поэтому их иногда называют карбоциклическими соединениями. Все связи углерода с водородом здесь также насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами.

         Ароматические УВ, или арены (СnНn), наиболее бедны водородом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Они так и называются – ненасыщенными, или непредельными УВ. Отсюда их неустойчивость в химическом отношении.

         Наряду с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу гетеросоединений (греч. “гетерос” – другой). В нефтях также обнаружено более 380 сложных гетеросоединений, в которых к углеводородным ядрам присоединены такие элементы, как сера, азот и кислород. Большинство из указанных соединений относится к классу сернистых соединений – меркаптанов.Это очень слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтях меркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводородным радикалам присоединена группа SH. Метилмеркаптан.

         Меркаптаны разъедают трубы и другое металлическое оборудование буровых установок и промысловых объектов.

         В нефтях так же выделяют неуглеводородные соединения: асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть.         Асфальто-смолистая часть нефтей – это темноокрашенное вещество. Оно частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть называется асфальтеном, нерастворившаяся – смолой. В составе смол содержится кислород до 93 % от общего его количества в нефтях.

         Порфирины – особые азотистые соединения органического происхождения. Считают, что они образованы из хлорофилла растений и гемоглобина животных. При температуре 200-250оС порфирины разрушаются.

         Сера широко распространена в нефтях и в углеводородном газе и содержится либо в свободном состоянии, либо в виде соединений (сероводород, меркаптаны). Количество ее колеблется от 0,1% до 5%, но бывает и значительно больше. Так, например, в газе Астраханского месторождения содержание Н2S достигает 24 %.

         Зольная часть – остаток, получающийся при сжигании нефти. Это различные минеральные соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

         Кислород в нефтях встречается в связанном состоянии также в составе нафтеновых кислот (около 6%) – Cnh3n-1(COOH), фенолов (не более 1%) –

C6H5OH, а также жирных кислот и их производных – C6H5O6(P). Содержание азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах.

Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов –16%.

         Асфальтены представляют собой черное твердое вещество. По составу они сходны со смолами, но характеризуются иными соотношениями элементов. Они отличаются большим содержанием железа, ванадия, никеля и др. Если смолы растворяются в жидких углеводородах всех групп, то асфальтены нерастворимы в метановых углеводородах, частично растворимы в нафтеновых и лучше растворяются в ароматических. В “белых” нефтях смолы содержатся в малых количествах, а асфальтены вообще отсутствуют.

2. Физические свойства.

         Нефть – это вязкая маслянистая жидкость, темно-коричневого или почти черного цвета с характерным запахом, обладающая слабой флюоресценцией, более легкая (плотность 0,73-0,97г/см3), чем вода, почти нерастворимая в ней. Нефть сильно варьирует по плотности (от легкой 0,65-0,70 г/см3, до тяжелой 0,98-1,05 г/см3). Нефть и ее производные обладают наивысшей среди всех видов топлив теплотой сгорания. Теплоемкость нефти 1,7-2,1 кДж/кг, теплота сгорания нефти – 41 МДж/кг, бензина – 42 МДж/кг. Температура кипения зависит от строения входящих в состав нефти углеводородов и колеблется от 50 до 550°С.

         Различные компоненты нефти переходят в газообразное состояние при различной температуре. Легкие нефти кипят при 50–100°С, тяжелые – при температуре более 100°С.

         Различие температур кипения углеводородов используется для разделения нефти на температурные фракции. При нагревании нефти до 180-200°С выкипают углеводороды бензиновой фракции, при 200-250°С – лигроиновой, при 250-315°С– керосиново-газойлевой и при 315-350°С – масляной. Остаток представлен гудроном. В состав бензиновой и лигроиновой фракций входят углеводороды, содержащие 6-10 атомов углерода. Керосиновая фракция состоит из углеводородов с C11-C13, газойлевая – C14-C17.

         Важным является свойство нефтей растворять углеводородные газы. В 1 м3 нефти может раствориться до 400 м3 горючих газов. Большое значение имеет выяснение условий растворения нефти и природных газов в воде. Нефтяные углеводороды растворяются в воде крайне незначительно. Нефти различаются по плотности. Плотность нефти, измеренной при 20°С, отнесенной к плотности воды, измеренной при 4°С, называется относительной. Нефти с относительной плотностью 0,85 называются легкими, с относительной плотностью от 0,85 до0,90 – средними, а с относительной плотностью свыше 0,90 – тяжелыми.

         В тяжелых нефтях содержатся в основном циклические углеводороды. Цвет нефти зависит от ее плотности: светлые нефти обладают меньшей плотностью, чем темные. А чем больше в нефти смол и асфальтенов, тем выше ее плотность. При добыче нефти важно знать ее вязкость. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Динамической вязкостью называется внутреннее сопротивление отдельных частиц жидкости движению общего потока. У легких нефтей вязкость меньше, чем у тяжелых. При добыче и дальнейшей транспортировке тяжелые нефти подогревают. Кинематической вязкостью называется отношение динамической вязкости к плотности среды. Большое значение имеет знание поверхностного натяжения нефти. При соприкосновении нефти и воды между ними возникает поверхность типа упругой мембраны.

         Капиллярные явления используются при добыче нефти. Силы взаимодействия воды с горной породой больше, чем у нефти. Поэтому вода способна вытеснить нефть из мелких трещин в более крупные. Для увеличения нефтеотдачи пластов используются специальные поверхностно-активные вещества (ПАВ). Нефти имеют неодинаковые оптические свойства. Под действием ультрафиолетовых лучей нефть способна светиться. При этом легкие нефти светятся голубым светом, тяжелые – бурым и желто-бурым. Это используется при поиске нефти. Нефть является диэлектриком и имеет высокое удельное сопротивление. На этом основаны электрометрические методы установления в разрезе, вскрытом буровой скважиной, нефтеносных пластов.Расчетная часть

Заключение.         В последние годы (наряду с увеличением выработки топлива и масел) углеводороды нефти широко используют как источник химического сырья.

Различными способами из них получают вещества, необходимые для производства пластмасс, синтетического текстильного волокна, синтетического каучука, спиртов, кислот, синтетических моющих средств, взрывчатых веществ, ядохимикатов, синтетических жиров и т.д.

         Нефть останется в ближайшем будущем основой обеспечения энергией народного хозяйства и сырьем нефтехимической промышленности. Здесь будет многое зависеть от успехов в области поисков, разведки и разработки месторождений. Но ресурсы нефти в природе ограничены. Бурное наращивание в течение последних десятилетий их добычи привело к относительному истощению наиболее крупных и благоприятно расположенных месторождений.Список  использованной литературы:1.     Бакиров А.А.  И др. - Геология нефти и газа, М., Недра, 1993 г. с 228.

2.     Бакиров А.А.  И др. - Теоретические основы и методы поисков и разведки скоплений нефти и газа, М. «Высшая школа», 1976, с. 416.

3.     Гаьриэлянц Г.А. - Геология, поиск и разведка нефтяных и газовых месторождений. М., Недра 200, с. 587.

4.     Леворсен А. - Геология нефти и газа., М., «Мир», 1970, с 640.

5.     Основы геологии горючих ископаемых. М., Недра, 1987, с. 397.

6.     Соколов Б.А. - Эволюция и нефтегазоносность осадочных бассейнов. М., Недра, 1980 г., с. 280.

7.     справочник по геологии нефти и газа. М., Недра, 1984, с. 480.

www.coolreferat.com

Смотрите также

• 
  Применение лазера в стоматологии реферат
• 
  Опричнина причины и последствия реферат
• 
  Национальный состав населения россии реферат
• 
  Обязанности и права полиции реферат
• 
  Защитник в уголовном процессе реферат
• 
  Гробница тутанхамона реферат на тему
• 
  Бытие человека в мире реферат
• 
  Авторское право в информатике реферат
• 
  Реферат по биологии роберт гук
• 
  Адекватность реакции на болезнь реферат
• 
  Реферат на тему диоды свч