Нафта

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

, Газ ...

У кращому сорті вугілля-антрациті, наприклад, на вуглець припадає 94%. Останнє дістається водню, кисню і деяким іншим елементам.

Спеціаліст, правда, неодмінно додасть, що чистого вугілля в природі практично не буває: його пласти завжди засмічені порожньою породою, різними вкрапленнями і включеннями ... Але в даному випадку ми ж говоримо не про пластах, родовищах, а лише про вугілля як таке.

У нафти міститься майже стільки ж вуглецю, скільки й у кам'яному вугіллі-близько 86%, а от водню побільше-13% проти 5-6% у вугіллі. Зате кисню в нафті зовсім мало-всього 0,5%. Крім того, в ній є також азот, сірка та інші мінеральні речовини.

Така спільність по елементному складу, звичайно, не могла пройти непоміченою для вчених. І тому нафту разом з газом відносять до того ж класу гірських порід, що і вугілля (антрацит, кам'яне і буре), торф і сланці, а саме-до класу каустобиолитов.

Це мудре слово складене з трьох грецьких слів: kaustikos-пекучий, bios-життя і lithos-камінь. Можете тепер перевести самі.

- Назва не зовсім точне,-можливо, помітите ви .- Як це до класу каменів, нехай органічного походження, нехай навіть і горючих, можна віднести рідку нафту, а тим більше природний газ? ...

Зауваження цілком резонне. Однак, напевно, ви здивуєтеся ще більше, коли дізнаєтеся, що нафту фахівці відносять до мінералів (хоча латинське слово minera означає "руда"). Разом з газом вона відноситься до числа горючих корисних копалин. Так уже склалося історично, і не нам з вами цю класифікацію змінювати. Просто давайте мати на увазі, що мінерали бувають не тільки твердими.

У хімічному відношенні нафта-складна суміш вуглеводнів, що підрозділяється на дві групи-важку та легку нафту. Легка нафта містить приблизно на два відсотки менше вуглецю, ніж важка, зате, відповідно, більшу кількість водню і кисню.

Головну частину нафт складають три групи вуглеводнів-алкани, нафтени й арени.

Алкани (у літературі ви можете також зіткнутися з назвами граничні вуглеводні, насичені вуглеводні, парафіни) хімічно найбільш стійкі. Їх загальна формула СnН2n + 2. Якщо число атомів вуглецю в молекулі не більше чотирьох, то при атмосферному тиску алкани будуть газоподібними. При 5-16 атомах вуглецю це рідини, а понад-вже тверді речовини, парафіни.

До нафтенами відносять алициклические вуглеводні складу СnН2n, СnН2n - 2 і СnН2n - 4. У нафтах містяться переважно циклопентан С5Н10, циклогексан С6Н12 та їх гомологи. І нарешті арени (ароматичні вуглеводні). Вони значно біднішими воднем, співвідношення вуглець / водень в аренах найвище, набагато вище, ніж у нафти в цілому. Вміст водню в нафтах коливається в широких межах, але в середньому може бути ухвалене на рівні 10-12%, тоді як вміст водню в бензолі 7,7%. А що говорити про складні поліциклічних з'єднаннях, в ароматичних кільцях яких багато ненасичених зв'язків вуглець-вуглець! Вони складають основу смол, асфальтенів і інших попередників коксу, і будучи вкрай нестабільними, ускладнюють життя нафтопереробникам.

Подивіться, як влаштовані молекули пентану C5H12, циклогексану C6H12 і бензолу С6Н6-типових представників кожного і цих класів:

Крім вуглецевої частини в нафті є асфальто-смолиста складова, порфірини, сірка та зольні частину.

Асфальто-смолиста частина-темне щільне речовина, яка частково розчиняється в бензині. Растворяющуюся частину називають асфальтеном, а нерастворившаяся, зрозуміло, смолою.

Порфірини-особливі органічні сполуки, що мають своєму складі азот. Багато вчених вважають, що коли-то oни утворилися з хлорофілу рослин і гемоглобіну тварин.

Сірки в нафті буває досить багато-до 5%, і вона приносить чимало клопоту нафтовикам, викликаючи корозію металів.

І, нарешті, зольна частину. Це те, що залишається після спалювання нафти. У золі звичайно містяться сполуки заліза, нікелю, ванадію і деяких інших речовин. Про їх використанні докладніше - у четвертому номері розсилки (у розділі "А чи знаєте ви, що ...").

До сказаного, мабуть, можна додати, що і геологічний сусід нафти-природний газ-теж непросте за своїм складом речовину. Більше всього-на-до 95% за обсягом-в цій суміші метану. Присутні також етан, пропан, бутани та інші алкани-від C5 і вище. Більш ретельний аналіз, проведений в останні роки, дозволив виявити в природному газі і невеликі кількості гелію.

Використання природного газу почалося давно, але здійснювалося спочатку лише в місцях його природних виходів на поверхню. У Дагестані, Азербайджані, Ірані та інших східних районах з незапам'ятних часів горіли ритуальні "вічні вогні", поруч з ними процвітали за рахунок прочан храми.

Пізніше відзначені випадки застосування природного газу, одержуваного з пробурених свердловин або з колодязів і шурфів, що споруджуються для різних цілей. Ще в першому тисячолітті нашої ери в китайській провінції Сичуань при бурінні свердловин на сіль було відкрито газове родовище Цзилюцзинь. Практичні люди з Сичуані досить скоро навчилися використовувати цей газ для випаровування солі з розсолу. Ось вам приклад типово енергетичного застосування.

Протягом багатьох століть людина використовувала такі дарунки природи, але промисловим освоєнням ці випадки не назвеш. Лише в середині XIX століття природний газ стає технологічним паливом, і одним з перших прикладів можна навести скляне виробництво, організоване на базі родовища Дагестанські Вогні. До речі, в даний час більше 60% скляного виробництва базується на використанні в якості технологічного палива саме природного газу.

Взагалі кажучи, переваги газового палива стали очевидні досить давно, мабуть, з моменту появи промислових процесів термічної (без доступу повітря) деструкції твердих палив. Розвиток металургії призвело до заміни примітивних смолокурів коксовими печами. Коксовому газі швидко знайшлося побутове застосування-з'явилися газові ріжки для освітлення вулиць і приміщень. У 1798 році в Англії було влаштовано газове освітлення головного корпусу мануфактури Джеймса Уатта, а в 1804 році утворилося перше товариство газового освітлення. У 1818 році газові ліхтарі освітили Париж. І дуже скоро коксування стали застосовувати для одержання не стільки металургійного коксу, скільки спочатку світильного, а потім і побутового газу. Газифікація побуту стала синонімом прогресу, процеси газифікації палива удосконалювалися, а отримуваний газ стали все частіше називати "міським газом".

Цікаво відзначити, що вдосконалення пірогенетичний технології йшло по шляху більш повного використання паливного потенціалу. При сухій перегонці типу коксування в газ переходить ие більше 30-40% теплоти палива. При окисної газифікації з додаванням кисню, повітря, водяної пари можна добитися перекладу в газ до 70-80% і більше потенційної теплоти. Практично при газифікації твердого палива в зольних залишків органічних сполук не залишається.

Однак у газу, одержуваного при окисної газифікації, теплота згоряння нижче, ніж у газу при коксуванні. Тому при виробництві міського газу комбінували процеси коксування з газифікаційними. Згодом, вже в нашому столітті, з'явилася можливість підвищити калорійність побутового газу, включивши в схему газифікації операцію каталітичного метанірованія-перетворення частини оксиду вуглецю і водню, що містяться в газі окисної газифікації, у метан. Тим самим вдалося досягти необхідної для нормальної роботи пальників теплоти згоряння одержуваного побутового газу не менш 16,8 Мдж/M3 (4000 ккал/м3).

Отже, газ замінив інші види палива спочатку для освітлення, потім для приготування їжі, опалення осель. Але майже сторіччя для цих цілей використовувався практично тільки штучний газ, отриманий із твердих палив. А що ж природний газ? Найдешевший, найзручніший, найдоступніший ... Стоп! Ось в цьому-то й заковика.

Справа в тому, що всерйоз стали шукати і розробляти родовища природного газу в 20-х роках нашого століття. І лише в 30-х роках техніка буріння на великі глибини (до 3000 м і більше) дозволила забезпечити надійну сировинну базу газової промисловості.

Розвитку нової галузі перешкодила друга світова війна. Тим не менш вже в 1944 році почалися дослідницькі роботи з прокладки першого промислового газопроводу Саратов-Москва. Це був первісток, за яким у 50-х років було ухвалено Дашава-Київ, Шебелинка-Москва. У наступні десятиліття весь Радянський Союз перетнули потужні траси, по яких в даний час передаються величезні кількості природного, газу. Саме тому газ стає поступово енергоносієм номер один для комунально-побутових потреб і промислових енергетичних установок. Частка природного газу перевищила 60-відсотковий рубіж в енергетиці виробництва цементу, скла, кераміки, інших будівельних матеріалів, наближається до 50% в металургії і машинобудуванні. Застосування природного газу в стаціонарних енергетичних установках дозволяє з урахуванням зниження витрати на власні потреби електростанцій збільшити їх ККД на 6-7%, підвищити продуктивність на 30% і більше. Особливо ефективним є застосування природного газу на енергоустановках малої продуктивності, в першу чергу на так званих пікових потужностях. Там відносний ефект заміни рідких і твердих палив вище.

За перерахованих причин ми спостерігаємо постійне збільшення частки природного газу в паливно-енергетичному балансі багатьох країн. Але ось що дивно. Газифікація твердих і рідких палив і раніше, розвивається якщо не кількісно то якісно. Навіть у таких благополучних по ресурсах природного газу Росії і США, не кажучи вже про Західну Європу, убожій з цієї точки зору.

Походження нафти

Про вугілля, ви, мабуть, вже знаєте. Точка зору з цього приводу досить усталена: він утворився (і продовжує утворюватися) із залишків буйної вічнозеленої рослинності, що покривала колись всю планету, включаючи навіть нинішні райони вічної мерзлоти, і занесеної зверху звичайними гірськими породами, під впливом тиску надр та за браком кисню.

Логічно припустити, що і нафта була виготовлена ​​за аналогічним рецептом на тій же кухні природи. До XIX століття суперечки, в основному, зводилися до питання, що послужило вихідним матеріалом, сировиною для утворення нафти: залишки рослин або тварин?

Німецькі вчені Г. Гетер, і К. Енглер у 1888 році поставили досліди по перегонці риб'ячого жиру при температурі 400 ° С і тиску близько 1 МПа. Їм вдалося отримати і граничні вуглеводні, і парафін, і мастила, до складу яких входили алкени, нафтени й арени.

Пізніше, в 1919 році, академік М. Д. Зелінський провів схожий досвід, але вихідним матеріалом послужив органічний мул рослинного походження-сапропель-з озера Балхаш. При його переробці вдалося отримати бензин, гас, важкі масла, а також метан ...

Так досвідченим шляхом була, здавалося б, доведена теорія органічного походження нафти. Які ж тут можуть бути ще складності? ...

Але з іншого боку, в 1866 році французький хімік М. Бертло висловив припущення, що нафта утворилася в надрах Землі з мінеральних речовин. На підтвердження своєї точки зору він провів декілька експериментів, штучно синтезувавши вуглеводні з неорганічних речовин.

Десять років по тому, 15 жовтня 1876 року, на засіданні Російського хімічного товариства виступив з грунтовною доповіддю Д.. І. Менделєєв. Він виклав свою гіпотезу утворення нафти. Вчений вважав, що під час горотворних процесів по тріщинах-розламах, розтинає земну кору, вглиб надходить вода. Просочуючись у надра, вона врешті-решт зустрічається з карбідами заліза, під впливом навколишніх температур і тиску вступає з ними в реакцію, в результаті якої утворюються оксиди заліза і вуглеводні, наприклад етан. Отримані речовини за тим же розломах піднімаються у верхні шари земної кори і насичують пористі породи. Так утворюються газові і нафтові родовища.

У своїх міркуваннях Менделєєв посилався на досліди з отримання водню і ненасичених вуглеводнів шляхом впливу сірчаної кислоти на чавун, що містить достатню кількість вуглецю.

Щоправда, ідеї "чистого хіміка" Менделєєва спочатку не мали успіху у геологів, які вважали, що досліди, проведені в, лабораторії, значно відрізняються від процесів, що відбуваються в природі.

Проте несподівано карбідна або, як її ще називають, абіогенним теорія про походження нафти отримала нові докази-від астрофізиків. Дослідження спектрів небесних тіл показали, що в атмосфері Юпітера та інших великих планет, а також у газових оболонках комет зустрічаються сполуки вуглецю з воднем. Ну, а раз вуглеводні широко поширені в космосі, значить в природі все ж йдуть і процеси синтезу органічних речовин з неорганіки. Але ж саме на цьому припущенні і побудована теорія Менделєєва.

Отже, на сьогоднішній день в наявності дві точки зору на природу походження нафти. Одна-біогенна. Відповідно до неї, нафта утворилася із залишків тварин чи рослин. Друга теорія-абіогенним. Детально розробив її Д. І. Менделєєв, який припустив, що нафта в природі може синтезуватися з неорганічних сполук.

І хоча більшість геологів дотримується все-таки біогенної теорії, відгомони цих суперечок не затихли і до цього дня. Аж надто велика ціна істини в даному випадку. Якщо праві прихильники біогенної теорії, то вірно і побоювання, що запаси нафти, що виникли давним-давно, незабаром можуть підійти до кінця. Якщо ж правда на боці їхніх опонентів, то ймовірно, ці побоювання марні. Адже землетрусу і зараз приводять до утворення розломів земної кори, води на планеті достатньо, ядро ​​її, за деякими даними, складається з чистого заліза ... Словом, все це дозволяє сподіватися, що нафта утворюється в надрах і сьогодні, а значить, нема чого боятися, що завтра вона може скінчитися.

Давайте подивимося, які доводи наводять на захист своїх точок зору прихильники однієї та іншої гіпотез.

Але кілька слів про будову Землі. Це допоможе нам швидше розібратися в логічних побудовах вчених. Спрощено кажучи. Земля являє собою три сфери, розташовані усередині один одного. Верхня оболонка-це тверда земна кора. Глибше розташована мантія. І нарешті, в самому центрі-ядро. Такий поділ речовини, що почалося 4,5 мільярда років тому, триває і донині. Між корою, мантією і ядром здійснюється інтенсивний тепло-і масообмін, з усіма наслідками, що випливають звідси геологічними наслідками-землетрусами, виверженнями вулканів, переміщеннями "материків ...

Парад неорганіка

Перші спроби пояснити походження нафти сягають ще часів античності. Збереглося, наприклад, висловлювання давньогрецького вченого Страбона, що жив близько 2000 років тому: "В області аполлонійці є місце під назвою Німфей,-писав він,-це скеля, вивергаються вогонь, а під нею течуть джерела теплої води і асфальту, ймовірно, від згоряння асфальтових брил під землею ... "

Страбон об'єднав в ціле два факти: виверження вулканів та освіта асфальтів (так він називав нафту). І. .. помилився! У згаданих ним місцях немає діючих вулканів. Не було їх і двадцять століть тому. Те, що Страбон прийняв за виверження, насправді-викиди, прориви підземних вод (так звані грязьові вулкани), що супроводжують виходи нафти і газу на поверхню. І в наші дні подібні явища можна спостерігати на Апшероне і Таманському півострові.

Втім, незважаючи на помилку, в міркуваннях Страбона було здорове зерно-його тлумачення походження нафти мало під собою матеріалістичну грунт. Ця лінія перервалася надовго. Лише в 1805 році, грунтуючись на власних спостереженнях, зроблених у Венесуелі, на описах виверження Везувію, відомий німецький натураліст А. Гумбольдт знову повертається до матеріалістичної точки зору. "... Ми не можемо сумніватися в тому,-пише він,-що нафта являє продукт перегонки на величезних глибинах і відбувається з примітивні гірських порід, під якими спочиває енергія всіх вулканічних явищ ".

Неорганічна теорія походження нафти викристалізовувалася поступово (згадаємо, зокрема, досліди Бертло), і до того моменту, коли Менделєєв висунув свою теорію карбідного походження нафти, неорганіки накопичили достатньо експериментальних фактів і міркувань. І наступні роки додавали в їх скарбничку нові відомості.

У 1877-1878 роках французькі вчені, впливаючи соляною кислотою на дзеркальний чавун і водяними парами на залізо при білому калі, отримали водень і значне кількості вуглеводнів, які навіть за запахом нагадували нафту.

Крім вулканічної гіпотези у прихильників абіогенного походження нафти є ще і космічна. Геолог В. Д. Соколов у 1889 році висловив припущення, що в той далекий період, коли вся наша планета ще являла собою газовий згусток, у складі цього газу були присутні і вуглеводні. (Пам'ятаєте, що в атмосфері деяких планет були виявлені з'єднання вуглецю з воднем.) По мірі охолодження розпеченого газу і переходу його у рідку фазу, вуглеводні поступово розчинялися в рідкій магмі. Коли ж з рідкої магми стала утворюватися тверда земна кора, вона, згідно із законами фізики, вже не могла втримати в собі вуглеводні, Вони стали виділятися по тріщинах в земній корі, піднімалися у верхні її шари, Згущаючи і утворюючи тут скупчення нафти і газу.

Вже в наш час обидві гіпотези-вулканічна і космічна-були об'єднані в єдине ціле новосибірським дослідником В. Сальниковим. Він використовував припущення, що колись у Землі крім Місяця був ще один супутник. Ця планета, що мала в своєму складі велику кількість вуглеводнів, перебуваючи на занадто низькій орбіті, поступово гальмувалася про верхні шари атмосфери і врешті-решт впала на Землю як це відбувається з штучними супутниками. Різкий поштовх активізував вулканічну і горотворних діяльність. Мільярди тонн вулканічного попелу, найпотужніші грязьові потоки завалили принесені з космосу вуглеводні, поховали їх у глибоких надрах, де під дією високих температур і тисків вони перетворилися на нафту і газ.

Як обгрунтування для своїх висновків Сальников вказує на незвичайне розташування родовищ нафти і газу. Поєднавши між собою великі зони виявлених родовищ, він отримав систему паралельних синусоїдальних ліній, яка, на його думку, вельми нагадує проекції траєкторій штучних супутників Землі ...

Але ми трішки забігли вперед. Наша розповідь про неорганічних гіпотезах освіти нафти в жодному разі не можна буде вважати повним, якщо ми забудемо згадати відомого ленінградського геолога-нафтовика Н. А. Кудрявцева. У 50-і роки він зібрав і узагальнив величезний геологічний матеріал по нафтових і газових родовищ світу.

Перш за все Кудрявцев звернув увагу на те, що багато родовищ нафти і газу виявляються під зонами глибинних розломів земної кори. Сама по собі така думка не була новою: на цю обставину звернув увагу ще Д. І. Менделєєв. Але Кудрявцев набагато розширив географію застосування таких висновків, глибше обгрунтував їх.

Наприклад, на півночі Сибіру, ​​в районі так званого Мархінінского валу, дуже часто зустрічаються виходи нафти на поверхню. На глибину двох кілометрів всі гірські породи буквально просочені нафтою. У той же час, як показав аналіз, кількість вуглецю, що утворився одночасно з породою, надзвичайно невелика-всього 0,02-0,4%. Але в міру віддалення від валу кількість порід, багатих органічними сполуками, зростає, а от кількість нафти різко зменшується.

На підставі цих та інших даних Кудрявцев стверджує, що нафтогазоносність Мархінінского валу швидше за все пов'язана не з органічною речовиною, а з глибинним розломом, який і поставляє нафту з надр планети.

Подібні ж освіти є в інших регіонах світу. Скажімо, в штаті Вайомінг (США) жителі здавна опалюють будинки шматками асфальту, який вони беруть в тріщинах гірських порід сусідніх Мідних гір. Але самі по собі граніти, з яких складаються ці гори, не можуть накопичувати нафту і газ. Ці корисні копалини можуть вступити тільки з земних глибин по утворився тріщин.

Більш того, знайдені сліди нафти в кімберлітових трубках-тим самих, в яких природа здійснила синтез алмазів. Такі канали вибухового розлому земної кори, які утворилися в результаті прориву глибинних газів і магми, можуть виявитися цілком підходящим місцем і для утворення нафти і газу.

Узагальнивши ці та безліч інших фактів, Кудрявцев створив свою магматичну гіпотезу походження нафти. У мантії Землі під тиском і при високій температурі з вуглецю і водню спочатку утворюються вуглеводневі радикали СН, CH2 і СН3. Вони рухаються в речовині мантії від області високого до області низького тиску. А так як в зоні розломів перепад тисків особливо відчутний, вуглеводні і спрямовуються у першу чергу саме сюди. Піднімаючись в шари земної кори, вуглеводні в менш нагрітих зонах реагують один з одним і з воднем, утворюючи нафту. Потім утворилася рідина може переміщатися як вертикально, так і горизонтально за наявними в породі тріщинах, накопичуючись в пастках.

Виходячи з цих теоретичних уявлень, Кудрявцев радив шукати нафту не тільки у верхніх шарах, а й глибше. Цей прогноз блискуче підтверджується, і глибина буріння з кожним роком зростає.

Незадовго до своєї кончини, в одній з останніх статей, присвячених неорганическому синтезу вуглеводнів, Кудрявцев писав: "Прихильники цієї гіпотези, яких стає все більше, впевнені, що саме за нею майбутнє ..." І дійсно, в Ленінграді, Києві, Львові утворилися цілі наукові колективи, які продовжують розвиток ідей свого вчителя.

У середині 60-х років вдалося відповісти на таке важливе питання: "Чому настільки" ніжні "вуглеводневі сполуки, з яких складається нафта, не розпадаються в надрах Землі на, хімічні елементи при високій температурі?" Дійсно, таке розкладання цілком можна спостерігати навіть у шкільній лабораторії. На подібних реакціях грунтується деструктивна переробка нафти. Виявилося, що в природі справа йде якраз навпаки-з простих сполук утворюються складні ...! Математичним моделюванням хімічних реакцій доведено, що подібний синтез цілком допустимо, якщо до високих температур ми додамо ще й високі тиски. Те й інше, як відомо, в надлишку є в земних надрах.

Цікаву гіпотезу висунула група московських вчених з Всесоюзного науково-дослідного інституту ядерної геології і геофізики. Вони розглядають гірські породи як тверду суміш, що складається із зерен та пластин мінералів. При переміщеннях земної кори під час землетрусів та інших сейсмічних процесів складові частини породи труться одна об одну, накопичуючи статичну електрику. За сприяння цього електрики і протікають електрохімічні реакції утворення нафти.

Audiatur et altera pars

Для тих, хто недостатньо знає латинь, переведемо заголовок; це юридична формула, що означає: "Нехай буде вислухана й інша сторона".

У вченій суперечці, за яким ми стежимо, інша сторона-це адепти біогенної теорії.

Хронологія і історична справедливість вимагають згадати про що існувало в середні століття думці, що нафта утворилася в раю, і являє собою залишки тієї благодатного грунту, на якій колись виростали райські кущі.

На цьому початковому рівні доводиться визнати перевагу "неорганіка"-міркування Страбона виглядають вельми солідно порівняно з цією анекдотичною "теорією".

Але біогенної теорії дотримувалися багато серйозних вітчизняних і зарубіжні вчені. Академік В. І. Вернадський, основоположник сучасної геохімії нафти, ще на початку століття писав: "Організми, безсумнівно, є вихідною речовиною нафт."

Щоб не займатися довгим перерахуванням імен та фактів, давайте надамо слово на нашій заочній наукової конференції одразу академіку І. М. Губкіна. У своїй книзі "Вчення про нафту", яка вперше побачила світ у 1932 році, він найбільш докладно і повно підвів науковий підсумок тодішньої історії нафтового і газового справи.

В якості вихідної речовини для утворення нафти Губкін розглядав уже знайомий нам сапропель-бітумінозний мул рослинно-тваринного походження. У прибережній смузі моря, де життя особливо активна, відбувається порівняно швидке накопичення цих органічних залишків. Через якийсь час вони перекриваються більш молодими відкладами, які оберігають мул від окислення. Подальші процеси вдути вже без доступу кисню під впливом анаеробних бактерій.

У міру занурення пласта, збагаченого органічними залишками, під впливом подальшого наносу і тектонічних переміщень в глибину, в ньому зростають температури і тиску. Ці процеси, які згодом отримали назву катагенезу, і приводять зрештою до перетворення органіки в нафту.

Погляди Губкіна на освіту нафти лежать в основі сучасної гіпотези її органічного походження. У наш час багато її положень розширені і доповнені. Так, скажімо, тривалий час вважалося, що первісне нагромадження органічних речовин обов'язково має йти в океані. Але, мабуть, нафта може формуватися і в континентальній обстановці, адже в болотах, озерах, річках досить органічної речовини.

Детально розглянуто і сам процес формування нафтових родовищ. Виділяють п'ять основних стадій осадконакопичення та перетворення органічних залишків в нафту.

Перша стадія: в осад, що утворюється в морі або в прісній водоймі, вносяться органічні речовини з невеликою кількістю вуглеводнів нафтового ряду, синтезованих живими організмами.

Друга стадія: накопичений на дні осад перетвориться, ущільнюється, частково зневоднюється. При цьому частина речовини розкладається з виділенням діоксиду вуглецю, сірководню, аміаку і метану. Словом, виходить картина, частенько спостерігається на болотах.

Третя стадія: біохімічні процеси поступово затихають. Порівняно невелика температура земних надр на даній глибині (близько 50 ° С) визначає і низьку швидкість реакцій. Концентрація бітумів і нафтових вуглеводнів зростає слабко, у складі газових компонентів переважає діоксид вуглецю.

Четверта стадія: осад занурюється на глибину 3-4 кілометрів, навколишні температури зростають до 150 ° С. Відбувається отгонка нафтових вуглеводнів з розсіяної органічної речовини в пласт. Потрапивши в проникні породи-колектори, нафта починає нове життя, утворює промислові поклади. .

І нарешті, п'ята стадія: на глибині 4,5 кілометра і більше при температурах понад 180 ° С органічна речовина припиняє виділення нафти і продовжує генерувати лише газ.

Крім температури і тиску в природних процесах бере участь і електрику. Член-кореспондент АН СРСР А. А. Воробйов висунув припущення, що в розвитку нашої планети чималу роль грали саме електричні процеси. На його думку, гірські породи мають набагато більші діелектричними властивостями, ніж атмосфера. А якщо так, то грози можуть вирувати не тільки над, але і під землею!

У результаті сильних електричних розрядів виникають частинки плазми, які володіють високою хімічною активністю. Ця обставина, у свою чергу, створює передумови для протікання таких реакцій, які неможливі при звичайних умовах. На думку Воробйова, метан, що виділяється з органічних сполук, при дії підземного електричного розряду може піддатися часткового дегидрированию тобто втратити деяку частку водню. У результаті утворюються вільні радикали вуглеводневі СН, СН2 і СН3. З'єднуючись між собою, вони утворюють ацетилен, етилен та інші вуглеводні, що входять до складу нафти.

Одним з основних механізмів електризації гірських порід, згідно міркувань Воробйова, є тертя в місці контакту гірських порід при взаємному переміщенні в ході тектонічних процесів. Таким чином, процеси тріщиноутворення в земній корі можуть сприяти перетворенню механічної енергії в електричну.

І уявіть собі, ці досить несподівані міркування знайшли підтвердження в геологічній практиці! Ще в 1933 році було відзначено, що форми хмар у зонах розломів земної кори різко відрізняються від хмар в тих місцях, де тріщин немає. Сучасні геофізичні прилади вказують, що в приземному шарі повітря над зонами розломів земної кори збільшена електропровідність.

Розповімо ще про одну цікаву гіпотезу. Відповідно до неї, нафта утворюється також з органічних залишків, затягнутих разом з океанічними опадами у зону, де відбувався поддвига океанічної плити під континентальну. Кажучи іншими словами, існують тектонічні процеси, які дозволяють органічних речовин надаватися на досить великих глибинах. При цьому механізм затягування опадів у зону поддвига жорстких плит аналогічний механізму потрапляння рідких мастил в зазори між трущимися жорсткими деталями в різних технічних пристроях і машинах.

Ну а далі що утворилася нафту може піддаватися різним впливам. Наприклад, під вагою литосферного виступу, наповзає з материка плити вуглеводні можуть бути "вичавлені" з осадових порід і активно мігрувати в бік від наддвіга. Цим ефектом "гарячої праски" може бути пояснено формування великих покладів нафти на порівняно невеликій площі, як у районі Перської затоки.

В результаті затягування органічних речовин у мантію, їх подальшої переробки та викиду утворилися вуглеводнів геотермальними водами у верхні шари земної кори їх виявляють у вулканічних газах під час вивержень.

Така теорія, що враховує глобальну тектоніку плит земної кори, виявилася вельми продуктивною і з практичної точки зору. У США, наприклад, в останні роки почали бурити в так званих поднаддвігових зонах Скелястих гір. І тут були виявлені як нафтові, так і газові родовища. Але ж за старими, класичним мірками їх тут бути не повинно.

У 1980 році в штаті Вайомінг пошукова свердловина на глибині 1888 метрів увійшла в докембрійський фундамент, складений з граніту. Потім у скельних породах геонефтеразведчікі пройшли ще 2700 метрів і виявили осадкові відкладення крейдового періоду. Незрозумілий, здавалося б, чергування порід різного геологічного віку пояснювалося дуже просто: на осадові породи в свій час була насунута плита граніту.

Буріння було продовжено, і на глибинах 5,5 кілометрів розвідники виявили промислові поклади газу. До теперішнього часу в Скелястих горах ведеться вже промислова розробка, а прогнозні запаси оцінюються в 2,8 мільярда тонн умовного палива! Родовище унікальне!

У Радянському Союзі також є поднаддвіговие зони-в Карпатах, на Уралі, Кавказі, в Сибіру. Не виключено, що ці зони колишніх геологічних катаклізмів теж таять багатющі запаси нафти і газу.

Чи варто сперечатися?

Отже, як бачите, обидві точки зору досить продуктивні, обидві спираються не тільки на логічні висновки, але і на реальні факти. Що ж, треба сперечатися далі? Навряд чи ... Цікаву точку зору на цей рахунок висловлює відомий радянський геолог В. П. Гаврилов.

"Суперечка можна дозволити,-пише він,-якщо простежити круговорот вуглецю в природі. Одним з перших, хто зробив успішну спробу представити глобальний процес кругообігу вуглецю в природі, був В. І. Вернадський. Він вважав, що вуглець і його сполуки, які беруть участь у будові нафти, газу, кам'яного вугілля та інших порід, є частиною глобальної геохімічної системи кругообігу в земній корі ... "

Що ж, давайте простежимо шлях, який проробляють вуглець і його сполуки в природі.

Найбільш поширеним з таких сполук є діоксид вуглецю. Маса цієї речовини в атмосфері оцінюється астрономічної цифрою 4 · 1011 тонн! У процесі вивітрювання і фотосинтезу щороку з атмосфери поглинається більше 8 · 108 тонн СО2. Якщо б не було механізму кругообігу, то за кілька тисяч років вуглець повністю зник би з атмосфери, опинився "похованим" в гірських породах. За сучасними оцінками, маса діоксиду вуглецю, "захованого" в гірських породах, приблизно в 500 разів перевищує його запаси в атмосфері.

Ще одним переносником вуглецю є метан. Його в атмосфері теж чимало-близько 5 · 109 тонн. Однак з атмосфери відбувається витік метану в стратосферу і далі в космічний простір. Крім того, метан витрачається і в результаті фотохімічних реакцій. Тривалість існування молекули метану в атмосфері в середньому становить 5 років.

Отже, щоб поповнити його запаси, у атмосфера щорічно має надходити близько 109 тонн метану з підземних запасів. І він, дійсно, надходить у вигляді метанового випаровування або, як казав Вернадський, "газового дихання Землі".

Якщо обмежитися традиційними рамками вуглецевого циклу, то весь резерв земної атмосфери, океану і біомаси вичерпався б у доврльно короткий термін-за 50-100 тисяч років. Однак цього не відбувається. Чому? Доводиться припустити, що запаси вуглецю на поверхні планети безперервно поповнюються. Основними джерелами надходження вуглецю вчені вважають космос і мантію Землі.

Космічний простір постачає нам вуглець разом метеоритним речовиною. Точніше буде сказати: поставляло даний час надходження космічного вуглецю на планет незначно-всього 10-10 від загальної кількості щорічно "складованого" в процесі осадонакопичення. Але, як вважають багато фахівців, так було далеко не завжди: у минулі геологічні епохи кількість метеоритів і космічного запал було набагато більше.

Другий і на сьогоднішній день основний постачальник вуглецю - мантія планети, причому не тільки під час вивержень вулканів як вважалося раніше, але і при дегазації надр, за рахунок, вужі згадуваного газового дихання планети. Оскільки і тут вуглецеві запаси не безмежні, то вони, природно, повинні якось поповнюватися. І такий механізм поповнення справна діє і до цього дня. Це затягування опадів океанічної кори в мантію при надвигания плит один на одного.

Такий широкий погляд на кругообіг вуглецю в природі. Він повинен примирити органіків і неорганіка. Справді: органіки вважають, що вуглець при утворенні нафти обов'язково повинен пройти через живий організм. І це, швидше за все, дійсно так. Дослідження, виконані міжпланетними автоматичними станціями, показують, що на Венері і Марсі достатню кількість оксиду та діоксиду вуглецю, а ось вуглеводневих газів не виявлено-по всій ймовірності тому, що на цих планетах відсутня біосфера і земної цикл перетворення вуглецю в вуглеводні там неможливий.

Мають рацію і неорганіки: адже самі по собі всі органічні речовини, що становлять життєві цикли, коли-то утворилися з неорганічних. Поки, правда, немає повної ясності, як саме це сталося, але врешті-решт наука це дізнається.

І отже, у практичних пошуках нафти і газу треба використовувати весь арсенал теорій і гіпотез, які має сучасна наука, не обмежувати свій погляд якимись штучними шорами. І тоді успіх прийде. Прийде обов'язково! Як сказав, виступаючи на XXVII Міжнародному геологічному конгресі в Москві відомий американський геолог М. Хелбуті: "Я твердо переконаний, що в майбутньому ми відкриємо в глобальному масштабі стільки ж нафти і значно більше газу, ніж відкрито сьогодні. Я вважаю також, що нас обмежує тільки брак уяви, рішучості та технологія. "

Видобуток нафти (хімічні хитрощі)

Щоб густа нафту з більшою легкістю піднімалася по трубах, треба, звичайно, перш за все зробити її рідшою. Яким чином? "Давайте застосуємо особливі, що розріджують розчини",-запропонували хіміки.

І ось останнім часом на нафтовидобувних промислах стали використовувати особливі речовини, що мають досить складну назву-міцелярні дисперсії. Основними складовими цих композицій є нефтерастворімие поверхнево-активні речовини, спирт, вуглеводневий розчинник типу гасу або легких фракцій нафти. Додають сюди і воду.

Саме тому за зовнішнім виглядом міцелярні дисперсія практично не відрізняються від звичайної води-така ж світла, прозора рідина. Але головну роль тут грають уже не молекули Н2О, а молекули поверхнево-активних речовин. Потрапивши в пласт, вони і утворюють з нафтою емульсію, дисперсну фазу якої складають складного складу частинки-міцели. При цьому нафта як би відривається від породи, і її вдається викачати з колектора практично всю.

Ще одне неоціненне властивість виникають емульсій-вони є зворотними системами. Тобто достатньо на денній поверхні додати надходить зі свердловини емульсію ще трохи води, як з неї виділяється вільна нафту, а поверхнево-активні речовини виявляються знову готовими до роботи.

Взагалі, треба визнати, що хіміки надають нафтовикам і ряд інших важливих послуг.

Відомо, наприклад, що буріння неможливо без спеціальних бурильних розчинів. Зазвичай глинисті бурильні розчини готують прямо на місці, доставляючи в район буріння суху глину. Проте приготування розчину-річ досить тонка: крім глини у воду додають і інші речовини, склад і кількість яких залежить від вживаної техніки, тиску в пласті, геологічної будови надр ...

В даний час існує принаймні два десятки спеціальних інгредієнтів, що поліпшують якість бурильних розчинів і знижують витрати на буріння. У деяких випадках дається ними економія в 10-15 разів перевершує витрати на виготовлення самої добавки!

Ще одна проблема, у вирішенні якої неоціненну допомогу промисловикам надає хімія-захист устаткування від відкладення парафінів. Часто при видобутку високопа нафт фахівці стикаються з неприємним явищем. Поки нафта знаходиться в поклади під тиском, температура її досить висока. Але в міру просування до забою і далі по свердловині і тиск, і температура падають. Важкі парафінові вуглеводні починають виділятися з рідини і відкладатися на всіх поверхнях, з якими стикається нафту. Очищення устаткування від налиплого парафіну пов'язана з величезними витратами і технічними труднощами.

Але вже розроблені речовини, добавка яких в нафту перешкоджає росту кристалів парафіну, сприяє їх змивання з металевих поверхонь обладнання на всьому шляху нафти до споживача. Такі речовини недешеві, але тим не менше їх застосування окупає всі витрати.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
75кб. | скачати


Схожі роботи:
Нафта 4
Каспійська нафта
Нафта і газ їх похідні
Нафта і продукти її переробки
Нафта і продукти е переробки
Нафта газ і основні продукти їх переробки
Геополітичні особливості взаємовідносин МЕРКОСУР ЄС і НАФТА
Конфіденційне діловодство на прикладі ВАТ Газпром-нафта
Асиметрія економічних відносин країн членів НАФТА
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru