Органическая теория происхождения нефти. Органическая теория происхождения нефти


Основные положения современной органической теории происхождения нефти

Нефтеобразование по механизму имеет много общего с углеобразованием, является длительным сложным многостадийным биохимическим, термокаталитическим и геологическим процессом преобразования исходного органического материала - продукта фотосинтеза - в многокомпонентные смеси углеводородов парафинового, нафтенового, ароматического рядов и гибридного строения . В отличие от генезиса твердых горючих ископаемых нефтесинтез включает дополнительно осадочно-миграционные стадии с накоплением первоначально рассеянной по осадочным породам микронефти в природных резервуарах макронефти. По этому признаку термин «месторождение» справедливо применять только к твердым горючим ископаемым, по отношению к нефтям и природным газам он не имеет смысла как места их рождения. Правильнее употреблять термины «залежи» нефти или «залежи» газов. Не исключено, что каустобиолиты как твердые, так и жидкие и газообразные, первоначально на химических стадиях их синтеза имели общую «родину», затем расслоились и разошлись по новым «квартирам». В настоящее время по генетическому признаку в качестве близких «родственников» природных нефтей признают сапропелитовые угли. Следовательно, нефть, природный газ, сланцы, сапропелитовые угли и богхеды, исходным материалом для синтеза которых являются водная растительность (планктон, водоросли, бентос) и микроорганизмы, генетически взаимосвязаны и образуют группу сапропелитовых каустобиолитов. Торф, бурые и каменные угли и антрацит принадлежат к группе гумусовых каустобиолитов. В процессе образования нефти, особенно природного газа, может в принципе участвовать и легко разрушаемая биоорганизмами часть органики (например, липиды и белки) наземной растительности.

Выделяют 5 основных стадий осадконакопления и преобразования органики в нефть.

Первая стадия - осадконакопление. После отмирания остатки растительных и животных организмов выпадают на дно морских или озерных бассейнов и накапливаются в илах, рассеиваясь среди привнесенных или образуемых на месте минеральных осадков.

Вторая стадия - биохимическая, подобная торфогенезу в процессах углеобразования. Накопленный на дне бассейнов органический осадок медленно преобразуется, уплотняется, частично обезвоживается за счет протекания биохимических процессов в условиях ограниченного доступа кислорода. Процесс сопровождается выделением углекислоты, воды, сероводорода, аммиака и метана. Осадок одновременно пополняется углеводородами нефтяного ряда за счет биосинтеза их в телах бактерий и образования из липидных компонентов. В керогене возрастает содержание углерода и водорода за счет деструкции периферийных гетероорганических функциональных групп молекулярной структуры органического вещества.

Третья стадия - протокатагенез. Пласт органических осадков медленно со скоростью 50-300 м/млн. лет опускается на глубину до 1,5-2 км, обусловливаемую скоростью прогибания земной коры и возрастом осадочного слоя. Пласт сверху покрывается слоем новых молодых осадков. По мере погружения в пласте повышаются давление и температура (подъем температуры на 1°С примерно за 60-400 тыс. лет). Биохимические процессы вследствие гибели микроорганизмов полностью затухают. При мягких термобарических параметрах в пласте (температура 50-70°С) активного процесса нефтеобразования не происходит, поскольку любое самое продолжительное геологическое время (вплоть до 400-600 млн. лет) не может компенсировать недостаток температуры. Концентрация битуминозных веществ возрастает незначительно.

Четвертая стадия - мезокатагенез: осадок погружается на глубину 3-4 км, температура возрастает до 150°С. Органическое вещество подвергается термокаталитической деструкции с образованием значительного количества подвижных битуминозных веществ - до 30% масс, на исходный кероген сапропелитового типа. Битумоиды содержат практически весь комплекс углеводородов нефтяного ряда. Эта стадия деструкции значительной части керогена с образованием преобладающей массы нефтяных углеводородов получила название главной фазы нефтеобразования (ГФН). Одновременно с образованием (генерацией) основного количества углеводородов в ГФН происходит отгонка за счет перепада давления и эмиграционный вынос вместе с газом и водой битумоидов керогена из глинистых и карбонатно-глинистых уплотняющихся осадков в проницаемые песчаные пласты-коллекторы и далее в природные резервуары макронефти. В начале ГФН скорость генерации рассеянной нефти еще преобладает над скоростью ее эмиграции, с ростом глубины наблюдается значительное обогащение органического вещества битуминозными компонентами. При дальнейшем погружении осадочных пород процесс генерации углеводородов постепенно затухает вследствие израсходования основной части керогена, а скорость их эмиграции возрастает. В результате при дальнейшем росте глубины погружения нефтематеринских пород интенсивность (скорость) генерации микронефти снижается и ГФН завершается.

При эмиграции микронефти из глинистых нефтематеринских пород в прилегающие пласты пористых водонасыщенных песчаников возникает хроматографическое разделение образовавшейся смеси жидких и газообразных углеводородов. Глинистый пласт представляет собой естественную хроматографическую колонку, а газы и низкокипяшие углеводороды исполняют роль элюента. В природной хроматографической колонке происходит частичная задержка асфальто-смолистых веществ. В песчаный коллектор выносится смесь нефтяных углеводородов с содержанием 5-10% асфальто-смолистых веществ. Это уже настоящая нефть.

Пятая стадия - апокатагенез керогена - на глубине более 4,5 км, где температура 180-250°С. Органическое вещество исчерпало свой нефтегенерирующий потенциал, продолжает реализовываться метаногенерирующий потенциал, благодаря чему эта стадия получила наименование главной фазы газообразования (ГФГ). С ростом глубины осадочных пород ниже ГФН нефть становится более легкой с преобладанием доли алканов, обогащается низкокипящими углеводородами; залежи нефтей постепенно исчезают, замещаются сначала газоконденсатами, затем залежами природного газа, состоящего преимущественно из метана. Нефть, попав при эмиграции близко к поверхности, теряет легкие фракции, окисляется и утяжеляется. Она характеризуется повышенной плотностью, низким содержанием бензиновых фракций и высоким содержанием асфальто-смолистых веществ.

ВЫВОД: Таким образом, имеющихся на сегодня результатов химических, геохимических, биологических и космических исследований достаточно, чтобы считать концепцию органического происхождения нефти научно аргументированной теорией. Те немногие геологические факты, которые пока трудно объяснимы с позиций этой теории ( обнаружение нефти вне осадочных пород) следует рассматривать как исключительные, учитывая сложность и многообразие химического синтеза от исходной биомассы до природной нефти и использовать их для установления более полной картины в рамках органической теории происхождения не только нефти, но и каустобиолитов в целом.

Вопросы для самопроверки

  1. Сущность теории происхождения нефти, выдвинутой М.В.Ломоносовым.

  2. Гипотеза минерального происхождения нефти Д.И. Менделеева.

  3. Космический аргумент в доказательство биогенного происхождения нефти.

  4. Почему лагерь сторонников органического происхождения нефти более многочислен?

  5. Какой аргумент сторонников минеральной теории происхождения нефти сложно опровергнуть?

studfiles.net

Органическая теория происхождения нефти — курсовая работа

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МИНИСТЕРСТВА ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

 

Государственное учреждение высшего  профессионального образования

«Пермский Государственный Университет»

ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ

кафедра региональной и  нефтегазовой геологии

 

 

 

 

Курсовая работа

Теории органического  происхождения нефти

 

Введение

органический  нефтеобразование теория

Проблема происхождения  нефти и углеводородного газа давно привлекает внимание исследователей – геологов и геохимиков.

Происхождение нефти и газа является очень сложной проблемой, поскольку здесь тесно переплетаются вопросы химии, физики, геологии, геохимии и биохимии. Образование углеводородов и других веществ, входящих в состав нефти и газа, и их изменения представляют собой ряд химических, а образование нефтегазовых залежей – ряд физических и физико-химических процессов. Всё это происходит на фоне процессов геологического развития, влияющих на образование и миграцию нефти и газа и при том в аспекте геологического времени.

Нефть и все другие горючие полезные ископаемые, так же как рассеянное органическое вещество осадочных пород, генетически связаны с живым веществом нашей планеты, с биосферой прошлых геологических эпох. Проблема происхождения нефти, нижний возрастной предел её образования тесно связаны с возрастом возникновения жизни на Земле. На протяжении веков учёными было выдвинуто множество теорий происхождения нефти, но более правдоподобными и обоснованными на сегодняшний день являются теории, которые принимают за исходный материал для образования нефти органическое вещество, их ещё можно назвать органогенными. Данный вид теорий и будет рассмотрен в настоящей работе.

Проблема происхождения  нефти имеет не только теоретическую, но и практическую значимость. Изучение происхождения нефти необходимо для определения критериев возможного нахождения месторождений нефти при их поиске. Зная палеогеографические, фациальные, геохимические условия образования нефти, можно будет получить данные, какие территории являются перспективными для поисков и добычи нефти. Кроме того, знание условий образования нефти и закономерностей размещения её скоплений в земной коре позволяет научно обоснованно и эффективно вести поиски месторождений, подходить к открытию новых нефтеносных областей независимо от существования обычных видимых признаков нефтегазоносности. «Зная, где, из чего и при каких условиях образуется нефть, мы можем искать эти условия в природе и подходить к открытию новых нефтеносных областей, независимо от существования обычных видимых признаков нефтегазоносности в виде выходов нефти, газов и т.д.» - А.Д. Архангельский.

Для объяснения механизмов происхождения нефти и образования  её залежей было выдвинуто много  гипотез и теорий. Вполне законченная  теория генезиса нефти должна дать достаточно подробный ответ на следующие основные вопросы:

  1. Из каких исходных веществ образовалась нефть и сопровождающий её газ?
  2. Какие причины обусловили образование нефти и газа, и каков был ход нефте- и газообразования?
  3. Каким путём образовались скопления или залежи нефти и газа?

Законченная теория генезиса нефти должна, следовательно, подробно и научно обоснованно объяснить весь путь от исходного вещества до крупных скоплений нефти и газа в многочисленных промышленных месторождениях, приуроченных к различным геологическим условиям.

Наиболее полно и  обоснованно, на мой взгляд, на перечисленные выше вопросы отвечает теория органического происхождения нефти. Поэтому основной целью курсовой работы было детальное рассмотрение вопросов, касающихся органической теории. Поскольку, основываясь на теории органического происхождения нефти и газа, советские геологи-нефтяники открыли крупнейшие нефтегазоносные провинции и зоны нефтегазонакопления в различных частях России (например, месторождения нефти Западной Сибири). Эта теория имеет огромное количество сторонников, как в России, так и за рубежом.

 

Факторы нефтеобразования

 

По современным представлениям основными факторами, обусловливающими возникновение и развитие процесса преобразования органического вещества в углеводороды нефтяного ряда, являются деятельность бактерий, каталитические свойства горных пород, температура, давление, радиоактивность вмещающих пород и геологическое время.

Деятельность  бактерий активно проявляется в начальной стадии накопления и переработки рассеянного органического вещества в осадке. Исследованиями Т.А. Гинзбург-Карагичевой, К. Зобелла и других установлено, что организмы играют активную роль:

В процессе распада органического  вещества в начальной стадии преобразования его в анаэробной обстановке;

При создании в осадке геохимической обстановки с низкими отрицательными значениями окислительно-воссиановительного потенциала, благоприятной для развития процессов преобразования органического вещества осадка в направлении битумообразования;

В качестве биокатализатора  в процессе образования битумной части органического вещества осадка.

Исследования химиков  и геохимиков (Зелинского, Фроста, Сатар-Заде и других) показали, что при образовании  углеводородов из органического  вещества большое значение имеют  каталитические свойства некоторых минералов, в частности алюмосиликатов. Лабораторными опытами доказано, что при каталитическом воздействии на органические соединения (спирты, эфиры, кетоны) алюмосиликатов при определённых температурных условиях образуются углеводороды, входящие в состав природных нефтей. В природных же условиях такими катализаторами, вероятно, служат алюмосиликатные соединения, т.е. глинистые образования, слагающие разрезы большей части нефтегазоносных районов.

По мере погружения осадка с рассеянным органическим веществом ведущими факторами, способствующими образованию углеводородов нефтяного ряда, становятся температура и давление. Установлено, что в нефтях содержится ряд углеводородов, которые не сохраняются при температуре 200-250 о С. Предполагается, что нижний предел существования углеводородов в жидкой фазе не может быть выше 200 о С. По мнению большинства учёных образование нефти в недрах происходит при сравнительно небольших температурах, колеблющихся в зависимости от геологических и геохимических условий в пределах от 50 до 200 о С.

Исследованиями В.А. Соколова (1937) впервые показано, что определённую роль при образовании углеводородов  нефтяного ряда из рассеянного в  породах ОВ может играть радиоактивность пород, что экспериментально подтверждено в лабораторных условиях.

Н.Д. Зелинским, П.Ф. Андреевым, М.Ф. Двали, А.Ф. Добрянскими другими исследователями было установлено, что при процессах преобразования органического вещества в осадках значение имеют также и внутренние источники энергии самого органического вещества. Активизация внутренней химической энергии органического вещества может происходить в связи с молекулярной перестройкой структуры вещества, возникающей при сочетании определённых геологических, физико-химических и биогеохимических условий окружающей среды. Однако механизм и масштабы действия внутренних источников энергии органического вещества на отдельных стадиях его преобразования изучены ещё слабо и многие аспекты этого вопроса ещё не выяснены.

История вопроса

 

Основоположником органической теории происхождения нефти является М.В. Ломоносов. Он объяснял образование каменного угля за счёт болотного торфа путём его обугливания при повышении температуры и давления. С этим же явлением он связывал возникновение нефти. В середине 18 века в своем трактате "О слоях земных" великий русский ученый Ломоносов писал: " Выгоняется подземным жаром из приготовляющихся каменных углей бурая и черная масляная материя... и сие есть рождение жидких разного сорта горючих и сухих затверделых материй, каковы суть каменного масла, жидковская смола, нефть. Которые хотя чистотой разнятся. Однако из одного начала происходят" Таким образом, более 200 лет назад была высказана мысль об органическом происхождении нефти и каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть и газ. Родилась органическая гипотеза. М.В.Ломоносов был не единственный, кто высказался по интересующему нас вопросу в 18 веке. Правда, другие гипотезы того времени носили курьёзный характер. Так, один варшавский каноник утверждал, что Земля в райский период была настолько плодотворна, что на большую глубину содержала жировые примеси. После грехопадения этот жир частично испарился, а частично погрузился в землю, смешиваясь с различными веществами. Всемирный потоп содействовал превращению его в нефть.

Идеи Ломоносова поддерживали такие учёные как Ч. Лайель, Потонье, Д. Уайт.

В конце 19 века К. Энглер развивал гипотезу о животном происхождении нефти, позднее – о смешанном, растительно-животном характере исходного вещества. Он провёл первые экспериментальные исследования для подтверждения органического происхождения нефти.

В начале 20 века в работах  Г. Потоноье (1904, 1908), Г.П. Михайловского (1906) и Н.И. Андрусова (1908) были выдвинуты  положения об образовании нефти из сапропелевого органического вещества. Г. Потонье считал, что нефть является продуктом перегонки сапропелевых горных пород под действием подземного тепла. Г. Потонье в начале 20 века связывал образование нефти с сапропелевым органическим веществом, обогащенным живыми компонентами.

Позже, почти до начала ХХ в., исследователями предлагались различные гипотезы органического  происхождения нефти, причем одни учёные считали, что нефть образуется из растительных осадков, а другие основное значение придавали ОВ животного происхождения. Однако все варианты теории органического происхождения углеводородов объединяет то, что исходным материалом для образования нефти считается органическое вещество.

В 1906 году Михайловский выдвинул свою гипотезу происхождения нефти. Её можно охарактеризовать по следующим пунктам.

  1. Исходное вещество – смешанное, растительно-животное.
  2. Захоронение приурочено к глинистым илам
  3. Первая стадия образования материнского органического вещества связывается с бактериальными процессами
  4. Последующие стадии являются физико-химическими, а главными факторами – температура и давление
  5. Первичная нефть – дифузионно-рассеянная
  6. Скопление нефти в коллекторах является вторичным
  7. Образование залежей нефти происходит в результате тектонических нарушений.

Эта схема получила развитие у Губкина («Учение о нефти» 1937)

С этими положениями  соглашается большинство геологов-нефтяников.

А.Д. Архангельским в 1925-1926 впервые были проведены работы по изучению состава и распределения  органического вещества осадочных пород. А.Д. Архангельский (1927) рассматривал образование нефти как процесс, обусловленный действием бактерий, и считал, что материнским веществом нефтей были органические соединения, содержавшиеся в глинистых отложениях. Аналогичные исследования были проведены П. Траском в США (1932, 1942). Он изучил около 35 тысяч образцов. Исследования Архангельского и Траска заложили основы представлений о нефтематеринских свитах.

В работах И.М. Губкина (1932, 1938) процесс нефтеобразования рассматривался как начинающийся в мелководных, органогенных илах и продолжающийся в течение всего диагенеза и позднее. На первоначальной стадии преобразования органического вещества основную роль по Губкину играют биохимические процессы, приводящие к образованию жидких и газообразных битумов, рассеянных по всей породе, а в дальнейшем наступает неизмеримо более длительный геохимический период, в которым основными факторами являются температура, давление и время. Миграция нефтесборных площадей приводит по Губкину к образованию нефтегазовых залежей.

С начала 20 века и до сороковых годов  были выдвинуты различные положения  об органическом происхождении нефти, отличавшиеся друг от друга по характеру  предполагаемых исходных для нефти веществ (жиры, белки, углеводы и др.), по факторам, вызывающим образование нефти (температура, давление, катализ, бактерии и др.), а также по другим условиям, касающимся времени и места образования нефти и газа, характера нефтематеринских пород, процессов накопления нефти и т.п.

Разнообразные мнения высказывались в тот период и о миграции нефти и газа, начиная от полного отрицания роли миграции в образовании нефтяных залежей и кончая представлениями, согласно которым накопление нефти и газа происходит вследствие их миграции на очень большие расстояния.

К середине ХХ века было доказано единство всех горючих полезных ископаемых: н6ефти, угля, газа, горючих  сланцев; установлена генетическая связь нефти с ископаемым органическим веществом осадочных пород.

Нужно сказать, что ни одна теория не касается всех трёх упомянутых звеньев генезиса нефти: исходное вещество - образование нефти - образование залежей нефти. Развивая те или иные взгляды на один или два из этих вопросов, выдвинутые теории, как правило, или совсем не касаются остальных вопросов, или если и касаются, то лишь в самых общих выражениях. Большинство гипотез и теорий вообще выдвинуто в виде подобных общих выражений, которые по существу ничего не объясняют и которые нельзя считать теориями, хотя в литературе они и фигурируют под этим термином. Например, во многих случаях выдвигается утверждение, что под действием повышенных температур и давлений органические остатки превращаются в нефть, или, что скопления нефти образовались в результате миграции, или что нефть образовалась благодаря воздействию на вещество анаэробных бактерий и т.д. Подобного рода положения общего характера не имеют доказательной силы и представляют собой лишь гипотезы, касающихся причин или общего направления процесса нефтеобразования.

Гипотезы органогенного  происхождения нефти у разных авторов имеют различие в отношении исходного вещества, из которого образовалась нефть, а также к вопросу о миграции.

Особое внимание при  разработке органической теории уделялось  вопросу об исходном органическом веществе. Одни учёные считали, что нефть образуется из растительных остатков, другие – из остатков животных, третьи – из растительно-животных остатков. Взгляд, предполагающий растительно-животный характер исходного материала, получил широкое признание благодаря исследованиям Потоноье (1905), Губкина (1932), Траска (1939). Надо было также решить, накапливается ли вещество в большой массе или возможно образование нефти из органического вещества, рассеянного в нефтематеринской свите.

freepapers.ru

Почему я сторонник органической теории происхождения нефти / Журнал «Гражданин-Созидатель»

Органическая (или биогенная) теория образования нефти в недрах ныне признана абсолютным большинством геологов и нефтяников. Почти все прогнозы и открытия новых месторождений делаются на ее базе. Однако из нее следует, что нефтяные ресурсы не возобновляются (точнее, для этого необходимы многие миллионы лет) и в обозримом будущем будут исчерпаны.

Неорганические (абиогенные) гипотезы полагают, что нефть образовалась из углеводородных газов, поступающих из недр. Углерод в составе мантии имеется, метан и углекислый газ обнаружены в выбросах вулканов. А поскольку масса мантии на несколько порядков больше, чем земной коры, соблазнительно предположить, что приток из глубин может пополнять наши нефтяные запасы. Периодически такие гипотезы с апломбом высказываются в СМИ. К сожалению, публичной отповеди им не дается, и они вводят в заблуждение и корреспондентов, и читателей.

Поэтому я и решил изложить здесь свою точку зрения на эти вопросы. Отмечу: я не геолог, не геохимик, я специалист по добыче нефти и газа, много занимался физической химией и физикой пласта. Поэтому сложными геологическими рассуждениями постараюсь читателя не томить, ограничусь простыми и понятными фактами.

1. Кратко о горючих подземных ископаемых

Их всего шесть: уголь, торф, горючие сланцы, битум, нефть и газ. Четыре из них – твердые, двигаться под землей не могут. Нефть и газ в проницаемых пластах способны перемещаться и накапливаться в так называемых ловушках.

Уголь совершенно точно имеет органическое происхождение. В нем находят останки животных и растений, даже целые окаменелые деревья. Возраст самых древних углей 300-400 млн лет, они залегают на глубине до 2 км. Это продукт преобразования и уплотнения растительности древних лесов и болот. В отсутствии кислорода, из нее образуются твердые тяжелые углеводороды. В более глубоких пластах уголь обязательно содержит и газ (метан) в количестве до 40 м3/т. При сухой перегонке угля можно получить жидкость, близкую по составу к нефти.

Торф образуется при гниении болотной растительности при недостатке кислорода. Это начальная стадия образования некоторых видов углей, следующая – бурый уголь. Возраст торфяных залежей исчисляется не миллионами лет, а тысячелетиями, их формирование продолжается и поныне.

Горючие сланцы – это окаменевшие илы, сапропели. Они образовались примерно 450 млн лет назад на дне морей и содержат от 10 до 70 % органического вещества (керогена). При сухой перегонке дают смолы, близкие к нефтяным, и метановый газ.

Битумы – тяжелые, часто окисленные фракции нефти. Встречаются на поверхности, образуя т.н. асфальтовые озера (крупнейшее в Венесуэле имеет площадь 4 кв.км). Человек использует природные битумы тысячи лет, а в последние века сам производит их при нефтепереработке. Отмечу такой факт: при извлечении нефти из недр часть битумных фракций может оставаться в породе. Поэтому в поднятых образцах трещиноватых пород (кернах) часто вместо нефти обнаруживается битуминозность.

Залежи природного газа повсеместно найдены в осадочных породах.  Самые глубокие (до 6500 м) находятся в США и на Украине, а самые крупные, наоборот, не слишком глубоко – в Сибири, Персидском заливе, Туркменистане. Не вызывает сомнений органическое происхождение метана в торфяных массивах, этот горючий «болотный газ» известен с давних времен. Глубже в составе газа могут содержаться и более тяжелые углеводороды (газовый конденсат). Открыто также немало газовых месторождений с конденсатом и нефтяной оторочкой, что косвенно указывает на их общее происхождение. Наконец, при низких температурах и высоких давлениях газ может находиться в пластах в твердой форме газовых гидратов; ресурсы их огромны, но добыча пока не выгодна.

Залежи нефти массово встречаются в осадочных породах на глубинах от 0 до 6 тыс. м. Но с увеличением глубины мы все чаще находим в пластах не нефть, а газ. На рис. 1 приведено количество нефтяных и газовых скважин, пробуренных в США на глубины свыше 4500 м. И если в интервале 4500-4800 м доля газовых скважин составляет 72,8%, то с ростом глубины до 6000 м она увеличивается до 94%, а при 6600 м составляет 98,7%.

Рис.1

Были сообщения о нефтяных притоках на огромных глубинах, но они пока не подтверждены эксплуатацией. Так, например, в 2009 г. BP объявила об открытии гигантского месторождения Tiber в Мексиканском заливе. По данным компании залежь находится на глубине 10-12 км от уровня моря при отметке дна 1,3 км. Анонсированные запасы (1,8 млрд т) сомнительны, ибо не могут быть достоверно оценены одной скважиной. К тому же достигшая рекордных глубин платформа Deepwater Horizon через год благополучно утонула, устроив рекордный открытый фонтан на другой площади Мексиканского залива.

Впрочем, определяющим фактором здесь является не глубина, а температура. Мне не известны нефтяные залежи с температурой 200оС или выше, и тому есть вполне исчерпывающее объяснение. При температурах 180-260оС происходит термическая деструкция нефтяных углеводородов, катализатором ее служат имеющиеся в породе минералы, в частности, алюмосиликаты. Конечным продуктом процесса является метан с примесями углекислоты и сероводорода. Обычно температура растет на 3оС при увеличении глубины на 100 м, следовательно, шансы найти нефть глубже 6000 м очень малы. Но все же не нулевые. Есть районы, где температура растет медленнее, там нефть может существовать на глубинах до 9 тыс. м.      

С ростом глубины залегания изменяются свойства нефти. Чем дальше от поверхности, тем она более легкая, в ней меньше тяжелых (битумных, асфальтено-смолистых) фракций и больше растворенного газа. На глубинах 4-5 тыс. м газонасыщение нефти достигает 1000 м3/т, это в десятки раз выше, чем на малых глубинах.  

Теперь, вооружившись этим минимумом информации, кратко изложу две концепции происхождения нефти.

2. Органическая теория

Первое предположение о биогенном происхождении нефти и угля высказал еще М.Ломоносов, а в конце XIX века эту гипотезу сформулировал немецкий химик К.Энглер. Но развил и нашел ей практическое применение советский академик И.Губкин; именно его прогнозы подтвердились открытием крупнейших месторождений Урала-Поволжья и Западной Сибири. Перечислю основные постулаты органической теории.

  1. Нефть и газ образуются из растительных и животных остатков, которые накапливаются в илах прибрежных морей и озер.
  2. При погружении осадков на глубины 1,5-2 км температура возрастает до 50-70оС, биологические процессы с образованием метана затухают.
  3. Следующее преобразование органических остатков происходит при погружении залежи на глубину 3-4 км, где температура достигает 120-150оС, именно здесь образуется вся гамма нефтяных углеводородов,
  4. Далее нефть по тектоническим разломам поступает в вышележащие проницаемые пласты и накапливается в ловушках, ограниченных сверху глинистыми породами.
  5. В случае дальнейшего погружения осадочных пород (4,5-6 км) при росте температуры до 200оС происходит термическая деструкция тяжелых углеводородов, образуются залежи с легкой нефтью, газоконденсатом или газом.
Органическая теория хороша тем, что позволяет оперировать расчетами. До нее нефть искали в предгорьях (Баку, Грозный), а И.Губкин обратил внимание на крупные осадочные бассейны. Зная объем осадков, примерное содержание органики можно подсчитать потенциал образования нефти в материнских породах, а уж потом искать ее в вышележащих горизонтах. Так и была открыта нефть Поволжья и Сибири.

Последним и самым непосредственным подтверждением органической теории стала эксплуатация сланцевых пластов. Они являются той самой нефтематеринской породой, в которой сейчас происходит образование нефти из органического вещества – керогена. В таблице приведены некоторые характеристики двух крупнейших сланцевых залежей.

Таблица

Видно, что обе залежи имеют аномально высокие давления и температуры. Коэффициент аномальности (это отношение пластового давления к гидростатическому) указывает на избыток пластовой энергии. А очень малые поры (они соизмеримы с молекулами асфальтенов) препятствуют фильтрации нефти за пределы залежей.

Схема дальнейшей миграции приведена на рис.2. Справа показан наиболее частый случай движения при тектонических подвижках. Нефть по трещинам уходит вверх и собирается в ловушке, под покрышкой непроницаемой породы.

Рис.2

Но, коль при образовании нефти растут температура и давление, они тоже способны деформировать пласты. Такой случай показан на рис. 2 слева. Отметим: при этом движение нефти может происходить и вверх, и вниз.

Сланцевые формации являются полной и всеобъемлющей иллюстрацией биогенной теории. Все они выше или ниже нефтематеринских пород содержат обычные залежи. Дополняет картину 

месторождение Eagle Ford (рис.3), где на глубинах до 2700 м нашли нефть, ниже, до 4000 м – газ с конденсатом, а еще глубже – сухой газ. Термическая деструкция углеводородов в природном исполнении.

Рис.3

3. Неорганическая теория

По привычке я называю ее «теорией», ибо лет 40 назад она соперничала с органической. Фактически это 

несколько гипотез, которые не получили подтверждения практикой. Предположения о неорганическом происхождении нефти высказывали Д.Менделеев, А.Гумбольдт, М.Бертло, более детально их прорабатывали Н.Кудрявцев и Т.Голд.

Кратко изложу 

основные пункты.

1) Нефть и природный газ образуются из водорода и простейших соединений углерода (СО, СО2 , СН4) которые поступают из глубин Земли по тектоническим разломам.

2) При высоких температурах и давлениях из этих компонентов происходит синтез углеводородов парафинового ряда.

Катализатором процесса являются соли металлов, например, железа: ЗСО2 + 10Н2 = 6Н2О + С3Н8

3) Далее углеводороды мигрируют вверх, частично полимеризуются, образовавшаяся нефть накапливается в ловушках.

Долгое время главным аргументом неорганической теории являлся факт открытия нефти в породах кристаллического фундамента. Всего таких пластов найдено порядка тысячи, но это доли процента в общем числе нефтяных залежей. К тому же и у них поступление нефти из больших глубин не доказано; например, на крупном морском месторождении Белый Тигр (рис.4) породы фундамента в результате тектонической деятельности 

вынесло вверх, и вполне возможна боковая фильтрация из соседних осадочных пород. Кроме того, ранее мы уже отметили, что нефть может двигаться не только вверх, но и вниз.

Рис.4

А вот возражения против неорганической теории весьма существенны. Кратко их перечислю.

Реакция образования углеводородов в лабораторных условиях 

протекает при температурах 300-400оС, но в природе, увы, эти углеводороды разлагаются с образованием метана. Метан достоверно найден в выбросах вулканов, а вот нефть не найдена, она в них даже существовать не может.

Из простых соединений углерода можно получить предельные углеводороды (алканы), очень сложно – непредельные (алкены). А вот синтезировать из них в природных условиях ароматические углеводороды (арены) практически невозможно. Между тем их производные очень распространены в тканях растений и всегда в больших количествах (15-25%) содержатся в нефти.

Неорганическая теория полагает, что нефть надо искать в районах с интенсивной тектоникой. Однако, например, в Японии нефти нет совсем, хотя месторождения битумов 

имеются. Наоборот, огромные нефтяные запасы Западной Сибири найдены на равнине с очень слабыми тектоническими нарушениями. Можно допустить, что какая-то часть метана поступает из мантии при тектонических подвижках или извержениях, но и тут весьма сомнительна возможность его накопления в подземных пластах. Он должен быстро выходить на поверхность и далее в атмосферу.

Некоторые «доводы» нынешних сторонников неорганической теории вызывают улыбку. Вот пример. Грозненские промыслы дважды на длительный срок останавливались из-за военных действий. После возврата в эксплуатацию дебиты скважин оказались более высокими, что трактуется как 

доказательство пополнения нефтяных запасов из глубин Земли.

Миоценовые залежи Чечено-Ингушетии мне хорошо знакомы. Они открыты еще в XIX веке, и всегда эксплуатировались на истощение. Залежи имеют слабый подпор пластовых вод, но отборы обводненной нефти были так велики, что давления в скважинах снизились до атмосферного. За время длительного простоя приток воды повысил пластовое давление; соответственно, увеличились дебиты. К тому же ниже миоценовых в 1956 году были открыты богатые мезозойские залежи. Из них добыто 300 млн т нефти, сейчас они полностью выработаны, и никакая подпитка из неведомых глубин там не обнаружилась.   

4.Резюме

Концепция органического происхождения нефти, в отличие от других, была убедительно подтверждена практикой. Все горючие ископаемые образовались из древних организмов, их запасы сосредоточены в осадочных породах и являются невозобновляемым ресурсом. Однако из этого вовсе не следует, что человечество уже в ближайшие 10-20 лет столкнется с острым дефицитом топлива. Просто заканчивается период дешевой нефти, и начинается эпоха нефти дорогой и трудной.

Геологические запасы крупнейшей в мире сланцевой формации 

Green River оцениваются в 380 млрд т нефти. Это в 1,5 раза больше всех мировых доказанных запасов. Извлечь их пока нельзя. Но еще 20 лет назад сланцевая нефть вообще не добывалась.

Мировые запасы высоковязкой нефти 

оцениваются в 810 млрд т. Они учитываются на балансах с коэффициентом нефтеотдачи примерно 10%, но и его добиться пока не удается. Оцените поле деятельности для нефтяной науки. Отдача сланцевых пластов еще ниже.

Наконец, при нынешних нефтяных ценах становится выгодно получение жидких нефтяных углеводородов из газа и угля.

А их запасы кратно превышают нефтяные.

Мир быстро меняется. Еще 20 лет назад все считали, что нефти – завались, девать некуда, и бездумно ее расходовали.

Теперь придется эту позицию пересмотреть и вместо погони за большой прибылью озаботиться рачительным использованием того, что имеется. Оно и к лучшему: что легко дается, мало ценится.

www.grso.ru