Стадии появления нефти на земле

Как образовалась нефть

Современная мировая экономика не может обойтись без нефти. Именно поэтому ее все чаще сравнивается с золотом. Спрос на этот энергоресурс возрастает с каждым днем, позволяя компаниям, занимающимся добычей углеводородов, получать солидные прибыли. Каково же происхождение нефти? Почему одни страны богаты этим ресурсом, а другие страдают от его недостатка?

Для того, чтобы понять, как образуется этот ресурс, важно разобрать его состав. Нефть состоит из:

• Метановых, парафиновых, нафтеновых и других углеводородов
• Смолистых веществ и асфальтенов
• Серосодержащих веществ
• Азотистых и кислородных соединений
• Меньше 1% составляют тяжелые металлы

Откуда взялась нефть на нашей планете? Проанализировав состав этого вещества ученые разработали несколько теорий происхождения нефти. Причем каждая из них имеет многочисленное число сторонников и ярых противников остальных теорий. Наиболее популярные гипотезы происхождения нефти:

• Биогенная
• Неорганическая
• Космическая

Современные теории происхождения нефти появились в начале XIX века и лишь в XX столетии приобрели более научный вид. Но, о том, как образуются углеводороды в недрах земли, спорят и по сей день. На данный момент ученые не пришли к единому мнению на этот счет. Поэтому точного ответа на вопрос, откуда берется это вещество под землей, вам никто не даст.

Органический генезис

По мнению М.В. Ломоносова, впервые предложившего гипотезу об органическом генезисе янтаря, нефти, угля, торфа они образовались под воздействием «подземного огня на окаменелые уголья», в результате чего возникли асфальты, нефти и «каменные масла».

Нефтеобразование является длительным сложным многостадийным биохи­мическим, термокаталитическим и геологическим процессом преобразования исходного органического материала – продукта фотосинтеза – в многокомпонентные непрерывные смеси углеводородов па­рафинового, нафтенового, ароматического рядов и гибридного стро­ения.

Не исключено, что каустобиолиты (органические горючие материалы) 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. А 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.

Стадии появления

В настоящее время выделяют 5 основных стадий осадконакопления и преобразования органики в нефть.

Первая стадия

Первая стадия – осадконакопление, образование сапропеля. 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

Вторая стадия – биохимическая, подобная торфогенезу в процес­сах углеобразования. Накопленный на дне бассейнов глубиной в несколько метров органический осадок медленно преобразуется, уплотняется, частично обезвоживается за счет протекания биохими­ческих процессов в условиях ограниченного доступа кислорода. Этот процесс сопровождается выделением углекислоты, воды, сероводо­рода, аммиака и метана.

Осадок одновременно пополняется, хотя незначительно, углеводородами нефтяного ряда за счет биосинтеза их в телах бактерий и образования из липидных компонентов. В керогене несколько возрастает содержание углерода и водорода за счет деструкции периферийных гетероорганических функциональных групп молекулярной структуры органического вещества.

Третья стадия

Третья стадия – протокатагенез. Пласт органических осадков медленно со скоростью 50-300 м/млн. лет опускается на глубину до 1,5-2 км, обусловливаемую скоростью прогиба земной коры и воз­растом осадочного слоя. Пласт сверху покрывается слоем новых мо­лодых осадков. По мере погружения в пласте медленно 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 образования нефти 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

Четвертая стадия – мезокатагенез: осадок погружается на глу­бину 3-4 км, температура возрастает до 150°С. Органическое веще­ство подвергается активной термокаталитической деструкции с об­разованием значительного количества подвижных битуминозных веществ – до 30% масс, на исходный кероген сапропелитового типа. Битумоиды содержат уже практически весь комплекс нефтяных углеводоро­дов. 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 миграции, в результате 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 миграции возрастает. В результате при дальнейшем росте глубины погруже­ния нефтематеринских пород интенсивность (скорость) генерации микронефти снижается и ГФН завершается.

При миграции микронефти из глинистых нефтематеринских пород в прилегающие к ним пласты пористых водонасыщенных пес­чаников возникает хроматографическое разделение образовавшей­ся смеси жидких и газообразных углеводородов. Глинистый пласт представляет собой естественную хроматографическую колонку, а газы и низкокипящие углеводороды выполняют роль элюента. В ней происходит частичная за­держка асфальтосмолистых веществ. В песчаный коллектор выно­сится смесь нефтяных углеводородов с содержанием 5 – 10% асфальто-смолистых веществ. Это, по существу, уже настоящая нефть.

Пятая стадия

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. 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.

Искусственное «черное золото»

«Позвольте!» – спросите вы, – «если нефть можно получать в лабораториях, то зачем тогда вообще тратить огромные средства на её добычу из земных недр?» Тут все не так просто, и главная проблема заключается в том, что себестоимость искусственной нефти очень высока. Другими словами, по тем ценам, по которым её станут продавать, её никто не купит, и производство такого продукта будет нерентабельным. Получение этого продукта в лабораторных условиях было интересно лишь с научной точки зрения, поскольку сама возможность такого процесса лишний раз подтверждала теорию Менделеева.

Как добывают нефть

Происхождение нефти довольно глубоко. Нефть залегает в недрах от нескольких десятков метров до 5-6 километров. Большое количество пластов содержится от 1-6 км в глубину, причем содержать они могут не только нефть. Но и газ.

Горные породы, в которых находится нефть, называют коллекторы. Представить себе можно ее в виде твердой и плотной пористой мочалки, в порах содержится нефть.

Как добывают нефть кратко можно представить следующим образом:

1. Геологоразведка. Происходит определение координат и границ месторождения, состав и количество нефти. Определяется рентабельность разработки найденного месторождения разными способами добычи – фонтанным, компрессорным или насосным.
2. Бурение. В каждом методе бурят скважину толщиной от 10 до 100 сантиметров разной глубины.
3. Разработка. Самый простой и дешевый способ – фонтанный. Доступен в отдельных месторождениях только на начальном этапе разработки, когда давление в скважине высокое. Компрессорный – подразумевает закачку в резервуар газа или воздуха, в результате чего увеличивается давление и нефть выходит. Преимуществом такого метода является простота в управлении и отсутствие деталей в установке подверженных быстрому износу. Недостаток – высокая стоимость оборудования. Насосный – самый распространенный. Подбирается насос необходимый для разработки в конкретном месте, даже в море. В России 855 добывают подобным способом.

Таблица – Топ-10 стран по объему добычи нефти в мире

Название	Млн. баррелей в день	Запасы, млн. баррелей
Россия	10,2	80 000
Саудовская Аравия	10	266 455
США	9	35 230
КНР	4	25 244
Канада	3,3	169 709
Иран	3,2	158 400
Ирак	3	142 503
Кувейт	2,8	101 500
ОАЭ	2,7	97 800
Венесуэла	2,5	300 878

Процесс нефтедобычи имеет множество нюансов. Для начала рассмотрим кратко, как добывают нефть, на примере пошагового алгоритма:

1. Разведка и поиск месторождения (например, с помощью научных геофизических методов по разведке земной поверхности колебаниями);
2. Бурение и оценка экономической перспективности;
3. Установка оборудования для добычи;
4. Добыча сырой нефтегазовой смеси из скважины, как правило, её находят в так называемых «ловушках», т.е. подземных резервуарах;
5. Отправка сырья по нефтепроводу в дожимную насосную станцию (ДНС);
6. Удаление путём сепарации газа, технической воды и иных тел;
7. Отправка очищенной нефти в цех подготовки и переработки (ЦППН);
8. Финальная очистка и отправка «товарной» нефти логистическими путями по необходимому адресу, например, в нефтеперерабатывающий завод (НПЗ).

Известно, что добыча нефти производится обычно в труднодоступных местах. Платформы могут располагаться в море, болотистых и иных местностях, даже вблизи ледников. Ниже представлен пример схемы работы оборудования платформы «Приразломная» по добыче нефти от Газпром Нефть и Время Арктики в России.

Как видите, скважина достигает в длину порядка 8 км, при этом в глубину (вертикально) около 2,3-2,7 км. Нефть окружена множеством других пород и глиной, а также газом. Специальные разветвления в скважине позволяют добираться до самых труднодоступных источников.

Такой способ добычи нефти не единственный. Всего принято выделять три способа добычи:

1. Фонтанный — из-за очень высокого пластового давления нефть сама выходит на поверхность;
2. С помощью штангового глубинного насоса — дополнительно к фонтанной арматуре установлен станок-качалка, который двигается за счёт электродвигателя;
3. С помощью электроцентробежного насоса — создаёт дополнительное давление за счёт электрического питания.

Более наглядно со способами добычи вы можете ознакомиться в коротком информационном ролике от Роснефти:

Для чего используется нефть

Наиболее известно в широких кругах применение нефти в качестве топлива:

• бензин;
• керосин;
• дизельное топливо;
• мазут;
• смазочные материалы.

Тем не менее, топливо — далеко не единственное применение нефти. Как уже упоминалось, продукты переработки нефти широко используются в производстве повсюду:

• полиэтилен (пакеты, трубы, плёнки и т.д.);
• полипропилен (детали для автомобилей, ковры, посуда, бытовая техника, медицинские инструменты и иное);
• полистирол (утеплитель для жилых помещений, упаковки, пластмассовые бочки и т.д.);
• поливинилхлорид (пластиковые окна, подвесные потолки и иное);
• синтетический каучук (резина, обувь, одежда и т.д.).

Нефть применяется в различных отраслях, в том числе косметологии. В сыром виде нужна для строительства ЛЭП и трубопроводов.

Методы использования нефти, согласно их популярности и объемам переработки сырья:

1. Производство жидкого топлива – бензина, дизельного топлива, авиационного керосина, мазута.
2. Изготовление пластмассы, которая применяется для производства бытовой техники, проводов, канцелярских товаров, игрушек.
3. Создание лекарственных препаратов. Всем известные – салициловая кислота, аспирин, антибиотики, средства против аллергии и вирусов.
4. Текстильное производство. Является составным элементом синтетических тканей, таких как акрил, нейлон, лайкра, полиэстер из которых шьют обувь, сумки. Нижнее белье, одежду.
5. Косметология – лаки для ногтей, карандаши для глаз и бровей, ароматы.

И также производные нефтяные продукты применяют для изготовления бижутерии и красителей.

Теперь вы понимаете, что от нефти зависит жизнь каждого человека, так как сфера её применения огромна. Что будет с нефтью и её ценой можно узнать на отдельной странице – Прогнозы.

Процесс получения из нефти различной продукции подробно описан в следующем видео:

Интересные факты о нефти

С древности слово нефть переводится как «извергнутое из земли», нестандартные способы применения нефти и история ресурса удивляют.

• Используется людьми больше 6000 лет. Первоначально применяли в светильниках, как средство лечения скота, смазывали наконечники стрел и поджигали их для защиты территорий или при нападении врагов.
• Химический состав соответствует каменному углю и относится с ним к одному классу – каустобиолитов.
• В древности существовала теория, что нефть – моча китов, которая через океан проникает в залежи земли.
• Появление нефти спасло китов как животный вид. Китовый жир применяли для освещения из-за его горючих свойств и отсутствия дыма, смазки механизмов, изготовления свечей, лекарств и косметики. Несть оказалась более дешевым источником для всех этих целей и китов перестали истреблять.
• Пока машины не были популярны и не создали двигатель внутреннего сгорания бензин стоил очень дешево и его не знали куда девать. Активно использовали только керосин, для выведения пятен и лечения от вшей.
• Себестоимость 1 барреля нефти в Саудовской Аравии 2 доллара, а цена продажи более 100. Причем все компании по добычи у арабов государственные. В России с учетом расходов на переработку 21 доллар, а собственники заводов – частные лица.
• В 1900 году РФ добыла 631,1 баррель, что составило 51,6% от общего мирового объема.
• В губной помаде и подводке для глаз содержится пропиленгликоль и краситель каменноугольной смолы, а вазелин является прямым продуктом переработки.
• В результате переработки появился полиэстер, который обеспечивает несминаемость тканей для одежды.
• Состав жевательной резинки содержит природные латексы с нефтепродуктами, парафиновые и полиэтиленовые смолы. Спасибо нефть за свежее дыхание!
• Нефтяные ванны помогают в эффективной борьбе с артритом и болями в суставах. Процедура популярна в Азербайджане.
• Медицинский спирт производится из этилена, а также «нефтяной» спирт применяют для изготовления настоек.

В заключении

В итоге, нефть представляет собой маслянистую жидкость из углеводородных соединений с небольшими примесями. Из неё делают топливо, а также большинство окружающих нас предметов, которые содержат резину или пластмассу (бытовая техника, обувь, пакеты, автомобильные детали, покрышки и многое другое). Добыча нефти происходит под землёй. Сначала ищется месторождение с помощью геофизической разведки, а затем производится бурение. Платформы для добычи могут находиться на суше, морской или болотистой поверхности. Они с помощью насосов качают сырую нефть, которая в дальнейшем очищается от газов и воды. Не только сама товарная нефть, но и практически каждый элемент от очищения поступает на переработку, в том числе, отходы от сжигаемого газа.

Нефть является невозобновляемым ресурсом и сегодня все поверхностные месторождения уже исчерпаны.

Необходимо использовать рационально природные запасы, проводить геологические работы по поиску новых месторождений, ведь НДС от продажи нефти является основным источников пополнения бюджета нашей страны, но и продукту ее переработки можно использовать для сохранения здоровья и красоты, развития промышленности.

Теория космического происхождения нефти

Главной альтернативой вышеописанных гипотез является космическая теория происхождения нефти. Ее основоположник, В. Д. Соколов считал, что образование этого ресурса стало возможным благодаря попаданию на землю неорганических компонентов из космоса. Теория стала возможным, после подтверждения наличия углеводородных радикалов на звездах и метеоритах.

Нефтяная космическая теория находит новых последователей каждый день. Современные исследовательские орбитальные станции, телескопы для проведения спектрального анализа далеких объектов и другие технические возможности науки доказывают право этой гипотезы на существование.

Последние исследования показали наличие метана и аммиака в атмосферах близких планет: Юпитера, Нептуна, Урана и Сатурна. Это позволяет сделать вывод, что углеводород может содержаться на любом космическом теле.

По сути, образование жидких углеводородов по этой версии можно отнести как к органической, так и неорганической теории. Уже доказано, что метеориты могут принести на землю не только минералы, но и различные бактерии и микроорганизмы, которые могут стать сырьем для нефти.