4 місяці тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Вопрос о происхождении нефти и газа длительное время волно­вал исследователей всех стран. Важность решения этой проблемы трудно переоценить. Еще акаде­мик И. М. Губкин писал, что без решения проблемы происхожде­ния нефти ее нельзя будет до­статочно эффективно искать. И действительно, пока нефть ис­кали вблизи ее естественных ис­точников, отсутствие знаний о генезисе (т. е. происхождении) нефти существенно не влияло на ее поиски: так, еще в древние времена были открыты месторож­дения на Апшеронском полуост­рове, на Кубани, во многих странах Ближнего и Среднего Вос­тока, Средиземноморья, в Индии, Бирме и Южной Америке и дру­гих странах и континентах.

Однако шло время, многие районы были разведаны, и выбор новых областей для поисков мог быть осуществлен только на осно­вании суммы представлений о происхождении нефти. В 30-х гг. нашего столетия академик И. М. Губкин на основании глубокого анализа ранее проведенных иссле­дований и представлений о про­исхождении нефти выявил основ­ные закономерности распростра­нения этих месторождений и ука­зал на Волго-Уральские области и Западную Сибирь как на объ­екты поисков нефти. Как извест­но, в этих районах позже были открыты месторождения нефти и газа и установлены новые провин­ции нефтегазонакопления — За­падно-Сибирская и Волго-Уральская. Решение проблемы проис­хождения нефти и газа позволило открыть также нефтегазоносные области в Северной и Западной Африке, Австралии, на Аляске и т. д. Была установлена их генети­ческая связь с мощными толщами (не менее 2—3 км) осадочных по­род, выполняющих крупные об­ласти прогибания земной коры. Такие области, где происходили мощные процессы генерации и миграции углеводородов, аккумуляции их в ловушках, обеспе­чивающие консервацию (т. е. пре­дохранение от рассеивания), назы­ваются осадочными бассейнами.

Во всех водных бассейнах, на­чиная с мелкой лужицы и кон­чая огромными океанами, идет непрерывная работа: все вещест­ва, вынесенные с суши, будь то крупные валуны, мелкие колоидные частицы или даже соли в растворе, осаждаются на дне этих бассейнов, образуя те идеальные параллельные слои, которые часто можно видеть в горных об­рывах, туннелях, штольнях и шах­тах. На дне водных бассейнов вместе с материалом, вынесенным с поверхности Земли, накаплива­ются и твердые тела, образую­щиеся в водном бассейне в ре­зультате жизнедеятельности орга­низмов или различных химических процессов.

Толщина (мощность) накапли­вающихся в течение года осадков в бассейнах различная: от сотых долей миллиметра в центральных частях океанов до десятков сан­тиметров в отдельных углубле­ниях дна. Вместе с осадками все­гда захороняется и органическое вещество: это и обрывки расти­тельных тканей, и частицы жи­вотных организмов, и бактерии, грибки и просто вещества, адсор­бированные на глинистых и дру­гих частицах и растворенные в воде.

Чем чувствительнее становятся методы анализов, тем чаще обна­руживается органическое вещест­во в осадках самых различных бас­сейнов, даже в бассейнах выпари­вания морской воды для получе­ния соли. Органическое вещество образуется и в зонах распростра­нения высокотемпературных вод. Так, например, на Камчатке в кальдере вулкана Узон во многих мес­тах бьют ключи горячих ( + 95 —98°С) высокосернистых вод. На расстоянии 1,5—2,0 м от выхода, где температура воды снижается до +75—80°С, вдоль такого ру­чейка бурно развиваются сине-зеленые и бурые водоросли, остатки которых здесь же отлага­ются вместе с взвешенными гли­нистыми частицами.

Общее количество органиче­ского вещества, содержащегося в водах Мирового океана, огромно. И хотя ежегодно захороняется не­большая часть органического ве­щества, оно составляет десятки миллионов тонн. Если же учесть, что этот процесс происходит в те­чение геологических периодов продолжительностью десятки миллионов лет, то становится по­нятным, что в аспекте геологи­ческого времени только в морях и океанах органического вещест­ва накапливаются триллионы тонн. К этому следует прибавить еще и органическое вещество, накап­ливающееся в озерах и болотах.

Сначала в исходном веществе содержится незначительное коли­чество углеводородов, а после за­хоронения углеводородов в нем образуется все больше и больше. Когда слой осадков еще сравни­тельно небольшой (не превышаю­щий нескольких сот метров), микроорганизмы, без доступа кислорода перерабатывают орга­ническое вещество, образуя ме­тан. Этот процесс давно был заме­чен и даже закреплен во втором названии метана — болотный газ. Образование метана происходит сейчас в осадках почти любого во­доема — от небольшой лужицы до глубоководных океанических же­лобов, имеющих глубину до 10— 11 км. Исследователи, изучающие осадки современных морей и океанов, заметили, что где бы они ни поднимали керн пробу­ренных скважин, из него с шипе­нием выделяется метан, нарушая слоистость осадков и мешая изу­чению их последовательности.

По мере погружения осадков все время повышается темпера­тура, которая на глубине 1000— 1500 м достигает 50—60°С. Такой прогрев вызывает разложение ор­ганического вещества, приводя­щего к образованию самых раз­нообразных углеводородов (газо­образных, жидких и твердых), смол и асфальтенов и других сложных неуглеводородных со­единений.

Образующиеся нефть и газ по­ступают в пористые породы (кол­лекторы), чаще всего в пески, пес­чаники, известняки и доломиты, двигаясь по которым, они вместе с водой занимают наиболее по­вышенные участки в природных ловушках. Расстояния, на которых мигрируют нефть и газ, пока не попадут в природные ловушки, могут достигать десятков и даже в отдельных случаях первых со­тен километров. Иногда объем природных ловушек незначителен по отношению к образовавшему­ся количеству нефти, и в таких случаях нефть продолжает дви­гаться вверх, пока не достигнет земной поверхности, где она, окисляясь, превращается в би­тумы, количество которых может быть огромно. Таким путем обра­зовалось, например, в Западной Канаде самое большое в мире Атабасское месторождение би­туминозных песков (запасы 50—60 млрд. т).

Пожалуй, ни одно из природ­ных веществ, содержащихся в земной коре, не вызывало и не вызывает столько споров, как нефть. Ученые спорят о том, мож­но ли называть ее минералом или следует относить к горным по­родам, о том, сколько содержит­ся нефти в земной коре, до какой глубины она встречается, что про­исходит с ней с течением време­ни? Дискуссионность всех этих вопросов обусловлена не только недостаточной изученностью (ведь нефть уже изучается более 100 лет), сколько своеобразием и сложностью этого вещества.

Нефть можно назвать парадок­сом земной коры: в мощной тол­ще горных пород, пропитанных и содержащих воду в самых раз­личных состояниях, вдруг появ­ляется вещество, по всем своим свойствам противоположное во­де, «не любящее» воду — гид­рофобное, имеющее плотность всегда меньше воды. Мало того, если с глубиной плотность воды повышается, то нефти, как прави­ло, снижается. Если вода стремит­ся занять в породах в первую очередь самые мелкие поры и трещины, то нефть, наоборот, в первую очередь — самые круп­ные. Перечисление оригинальных свойств нефти можно было бы продолжать еще долго.

Что же такое нефть? Нефть представляет собой жидкость, чаще всего коричневого цвета, с зеленоватым или другим оттен­ком, иногда она почти черная и очень редко бесцветная. Нефть всегда легче воды, ее плотность — 0,80—0,87 г/см3, но она изменя­ется в довольно широких преде­лах — от 0,77 до 0,99 г/см3, поверхностное натяжение нефти — 17—28 дин/см2 — почти в 3 раза меньше поверхностного натя­жения воды — 75 дин/см2, по­этому вода всегда вытесняет нефть из более мелких пор в крупные.

Температура кипения нефти ко­леблется от 70 до 250°С. Нефть может содержать большое коли­чество растворенных углеводородистых газов — до 400 м3 в 1 м3 нефти (в зависимости от ее состава, состава газов, величин давления и температуры) и сама растворяется в газах (обратная, ретроградная растворимость) — до 400 г в 1 м3 газа.

Использование нефти как энер­гетического сырья связано с тем, что она обладает максимальной для минерального топлива теп­лотворной способностью — 10—11 тыс. ккал/кг (для сравнения от­метим, что теплотворная способ­ность торфа 2500—3500, каменно­го угля — 5000—7200, антрацита — 6500—7500 ккал/кг).

Нефть обладает интересными оптическими свойствами: люми­несцентным — светится под ульт­рафиолетовыми лучами, вращает плоскость поляризации светового луча и т. д. Молекулярный вес нефти колеблется в пределах 240—290, но иногда превышает эту величину. Изменения всех физических свойств нефтей вы­званы изменением их химическо­го состава.

Газы содержатся в легкой фрак­ции нефтей, иногда образуют са­мостоятельные залежи.

Горючие углеводородные газы бесцветны, почти в 2 раза легче воздуха, не имеют запаха. Тепло­творная способность — 6500— 9000 ккал/нм3, а попутных га­зов и нефтяных месторождений достигает 10—17 тыс. ккал/нм3.

Из каких же элементов состо­ят нефти и природные горючие газы? Главным (первым) компо­нентом и в нефтях и газах является углерод, составляющий от 80 до 88% нефти и до 78% газа. Второе место занимает водород, содержание которого в нефтях обычно колеблется в пределах 10—14, а в газах — 14—24%. Третье место в составе нефтей за­нимает группа гетероэлементов (кислорода, азота и серы), сум­марное содержание которых ко­леблется в пределах 0,3—7%, а количество каждого из них со­ставляет несколько процентов. Иное распределение азота, кис­лорода и серы в природных га­зах: во многих районах мира нередко наблюдаются переходы горючих газов в азотные или уг­лекислые или со значительным содержанием сероводорода.

В нефти в небольших количест­вах встречаются фосфор, вана­дий, никель, железо, алюминий, кальций, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, бор и др.

В природных горючих газах иногда в небольшом количестве содержится гелий и совсем мало бывает аргона, неона, ксенона и других инертных газов.

По соотношению углерода и во­дорода углеводороды подразде­ляются на три группы: 1) парафи­новые, или насыщенные, в химии они называются алканами; 2) наф­теновые, или полиметиленовые, и 3) ароматические (арены). Еще в нефти содержатся нафтено-ароматические углеводороды. Всего в нефти определено 425 углево­дородов, но их значительно больше.

Существенный процент в неф­тях занимают смолы и асфальтены, химическая природа кото­рых достаточно точно не опреде­лена. При этом чем нефть тяжелее, т. е. имеет большую плотность, тем больше она содер­жит смол и асфальтенов.

В нефтях также содержатся еще и металлоорганические комплек­сы — сложные полициклические углеводороды, в молекуле кото­рых отдельные атомы водорода или метильные группы замещены атомами металлов. Среди этих комплексов особое значение име­ют порфирины, являющиеся про­изводными зеленых частей расте­ний хлорофилла.

Всего в нефтях идентифициро­вано более 805 химических со­единений, причем нет еще ни одного образца нефти, в котором были бы определены полностью все имеющиеся индивидуальные соединения.

Основным компонентом при­родных горючих газов является метан, содержание которого мо­жет достигать 99,5%, но чаще все­го колеблется в пределах 85—95%. В газах довольно часто содержат­ся и гомологи метана: этан, про­пан и бутан, а также их изомеры: изопропан и изобутан, содержа­ние которых обычно 10—15%, но иногда достигает и 50—60%.

Среди неуглеводородных ком­понентов в составе природных га­зов наиболее часто встречаются азот (90—95%), углекислый газ (95%) и сероводород.

Наличие сероводорода в газе — это одновременно и «зло», и «добро». Зло заключается в ток­сичности и большой агрессив­ности по отношению к металлам. Поэтому все оборудование на нефтепромыслах, начиная от труб в скважинах, изготавливается из специальных сталей. Добро же заключается в том, что при очи­стке такого газа получают боль­шое количество серы, которое не­обходимо промышленности и сельскому хозяйству.

Мало имеется в земной коре полезных ископаемых, которые имели бы такое широкое рас­пространение, как нефть и газ. Скопления нефти и газа обнару­жены на всех континентах, за исключением Антарктиды (где они, вероятно, имеются и пока не открыты лишь потому, что там еще не было поискового буре­ния), и почти на всех крупных ост­ровах мира, на которых проводи­лись поиски: от островов Канад­ского Арктического архипелага на севере и до о-ва Огненная Земля на юге, от Шпицбергена до юго-восточного побережья Южно-Африканской Республики. Признаки нефти и газа отмечены на дне океанов на глубинах в несколько тысяч метров и в вы­сокогорных областях на высоте в несколько тысяч метров над уров­нем моря. Нефть и газ встреча­ются почти в любых горных по­родах, но больше всего в песках, песчаниках и известняках.

Признаки нефти и газа отмече­ны, начиная от .поверхности зем­ли до глубин 9560 м и при тем­пературах от —12°С в зоне вечной мерзлоты до +250°С на больших глубинах. Промышлен­ные залежи нефти обнаружены до глубин 6620 м, а газа — до 7500 м.

Количество месторождений нефти и газа уменьшается с уве­личением их размеров: из общего количества примерно 30 тыс. мес­торождений нефти в мире место­рождений с запасами порядка 1 млрд. т встречается не более 2—3 десятков. Самое крупное месторождение мира Гхавар на­ходится в Саудовской Аравии.

Недавно крупнейшее месторож­дение газа обнаружено на берегу Персидского залива у г. Кангака. Оно имеет запасы газа почти в 5 триллионов м3, а вблизи берега в пределах акватории Персидского залива открыто еще одно газовое месторождение с запасами 2,8 триллиона м3. Почти нигде не встречаются единичные место­рождения; обычно месторожде­ния распространены в пределах какой-либо нефтегазоносной об­ласти, отличающейся единым ха­рактером геологического строе­ния, а области группируются в целые нефтегазоносные провин­ции, которые распространяются на площадях, измеряемых от не­скольких тысяч до нескольких миллионов кв. км.

Нефть и газ в недрах находятся в горных породах, и поэтому их количество зависит от физических свойств содержащих их пород, наличия в них пустотных прост­ранств: пор, каверн, трещин и пещер. Горные породы, по ко­торым могут двигаться нефть и газ, называются природными кол­лекторами, а горные породы, препятствующие такому движе­нию, называются флюидоупорами, или покрышками.

В природных коллекторах пус­тотные пространства, по которым возможно движение нефти и га­за, могут быть различными: в пес­ках — это пространство между песчинками и скрепляющим их цементом, в известняках и доло­митах — это поры, каверны и тре­щины и, наконец во всех плотных породах — это трещины. Наи­большей пористостью, которая в редких случаях может достигать 35—39%, обладают пески, за ни­ми следуют известняки и доломи­ты и далее остальные породы. Если считать, что наиболее часто природные коллекторы в средних месторождениях имеют пори­стость 20—25% и мощность 20—30 м, то, стало быть, в каж­дом 1 м3 такого пласта может содержаться 170—220 кг нефти.

Поскольку плотность нефти и газа меньше плотности содержа­щихся в горных породах вод, эти ископаемые в пластах, сложенных природными коллекторами, всег­да занимают наиболее высокое ги­псометрическое положение — не­посредственно под флюидоупора­ми. Поэтому наиболее часто неф­тяные и газовые месторождения образуются там, где пласты, кол­лекторы и залегающие над ними флюидоупоры смяты в складки, занимая в последних наиболее вы­сокую часть. Однако природа всегда более «изобретательна», чем можно предполагать, и по­этому месторождения нефти и газа очень разнообразны и на­ходятся в различных условиях.

Много ли нефти и газа в недрах земного шара? Этот вопрос всегда волновал человечество.

Быстрое развитие добычи неф­ти и признаки истощения ее скоп­лений в ряде районов вызвали интерес к определению общей ве­личины нефтяных ресурсов в недрах Земли. За последние 20 лет в советской и зарубежной печати появились многочисленные и довольно разноречивые оценки мировых ресурсов нефти и газа (от десятков до сотен миллиар­дов тонн). Эти различия связаны с неодинаковыми исходными дан­ными, так как большинство расче­тов базируется на эмпирических данных о среднем содержании нефти в 1 м3 пород, а этот по­казатель в разных районах мира изменяется в очень широких пре­делах. Кроме того, подход к этим оценкам также был различен: одни исследователи оцени­вали ресурсы нефти только извест­ных нефтегазоносных провинций, другие — осадочной оболочки земли в целом либо большей ее части, включая акватории шель­фов и даже глубоководных впа­дин Мирового океана.

В конце 1977 г. в Стамбуле (Турция) завершил работу X Ми­ровой энергетический конгресс. Были рассмотрены доклады спе­циалистов из СССР, Аргентины, Великобритании, Венесуэлы, Ин­донезии, Канады, Мексики, Нор­вегии, США и других стран.

Специальная комиссия конгрес­са по сбору и хранению данных в области энергоресурсов пред­ставила обзоры, содержащие оценку мировых запасов нефти и угля. Обзор мировых ресурсов газа дали также Международный газовый союз и Американская га­зовая ассоциация.

Разведанные запасы нефти с конденсатом и неразведанные (именуемые ресурсами) опреде­ляются цифрами от 318 до 393 млрд. т.

Ресурсы горючего газа оцени­ваются в 309—347 триллионов м3, из которых на разведанные запа­сы приходится от 49 до 74 трил­лионов, или 18—21%.

Были и более оптимистичные оценки и менее оптимистичные.

Истина, возможно, лежит по­середине, и половина экспертов остановились на цифре 200 млрд. т.

Рассматриваемые ресурсы и запасы относятся к суше (без по­лярных районов) и акваториям в пределах шельфа, т. е. до глубины моря в 200 м.

За всю историю нефтяной про­мышленности с 1859 г. было до­быто 47 млрд. т нефти и 2 млрд. т конденсата (четвертая часть от оставшихся в недрах ресурсов) и 21 триллион м3 газа. Сейчас в мире добывается 2979 млн. т неф­ти и 1071 млрд. м3 газа (1977 г.), в том числе около 700 млн. т неф­ти и значительное количество га­за со дна морей и океанов.

Следует также учесть, что 360 млрд. т жидких углеводо­родов содержится в битуминоз­ных песчаниках и горючих слан­цах.

Ресурсы битумов наиболее крупного на земном шаре канад­ского месторождения Атабаски равны 50 млрд. т, из него можно извлечь 46 млрд. т жидких про­дуктов, что равно суммарной ми­ровой добыче нефти за всю исто­рию нефтяной промышленности.

В условиях современных цен на нефть на мировом рынке (в среднем 90 долларов за тонну) можно предполагать, что начало XXI в. ознаменуется широкой раз­работкой битуминозных песчани­ков и сланцев.

Расчеты показывают, что миро­вая добыча нефти к 1990 г. до­стигнет 4—5 млрд. т вместо 2,9 млрд. в 1977 г.

Так что в перспективе мировая добыча нефти будет относитель­но высокой. А если учесть и до­бычу газа, то углеводороды оста­нутся основным источником энер­гии на ближайшие годы. В инду­стриально развитых странах на газ уже сейчас приходится от 22 до 50% общего потребления энер­гии, и в будущем с более успеш­ным решением проблемы транс­портировки газа из далеких (в частности, арктических) районов к индустриальным центрам роль газа возрастет.

Ресурсы нефти и газа морского дна составляют половину ресур­сов суши, и если сейчас добыча морской нефти из 700 месторож­дений составляет 20% от мировой добычи, то к 2000 г. она превысит половину мировой добычи. В рав­ной степени это касается и ре­сурсов газа.

Большая роль в энергетическом балансе мира принадлежит также углю.

Интересно, что ресурсы угля, по данным X Международного энергетического конгресса, оце­ниваются в 10,1 триллиона т при разведанных запасах в 637 млрд. т.

В 1977 г. мировая добыча угля составляла 2,6 млрд. т. К 1977 г. в мире (суммарно) было добыто около 130 млрд. т каменного и бурого угля, т. е. начальные запа­сы составляют 740 млрд. т (7% ми­ровых ресурсов).

По предварительным подсче­там, только разведанных запасов угля при современной технике разработки месторождений хва­тит более чем на 270 лет. И хотя ресурсы угля велики, но заменить нефть и газ, хотя бы частично, уголь может лишь в случае соз­дания принципиально новых спосо­бов использования и, разумеется, принятии весьма дорогостоящих мер ho охране окружающей среды.

Значительный рост добычи неф­ти и газа связан с тем, что, во-первых, эти ресурсы самое луч­шее и самое экономичное энерге­тическое сырье, во-вторых, нефть и газ являются подчас и единст­венным сырьем для многих ви­дов современной промышлен­ности: производства пластмасс, синтетических волокон, герби­цидов, различных медицинских препаратов, синтетических каучуков, белковых веществ в качестве корма для животных и т. д.

В мире есть много стран, в которых на суше нет нефтяных и га­зовых месторождений или из об­наруженных добывается лишь незначительное количество угле­водородов, но в акваториях этих стран имеются в перспективе неф­тяные и газовые месторождения. В последние годы исследователи отмечают рост морской добычи нефти, т. е. каждая пятая тонна нефти теперь добывается с мор­ского дна.

Такие страны, как Великобри­тания, где добыча нефти в про­шлом не превышала 80 тыс. т, в 1977 г. со дна Северного моря добыла 37,6 млн. т., а Норвегия, где нефть совсем не добывалась на суше ввиду неблагоприятных геологических условий, теперь добывает со дна Северного моря 13,3 млн. т.

Первые девять нефтедобываю­щих стран по размерам добычи располагаются, как показано в табл.

Во всех этих странах значитель­ная доля нефти и газа приходит­ся на морские месторождения. Особенно велика добыча мор­ской нефти в Венесуэле, Саудовской Аравии, США, Великобри­тании.