Раздел 1. Характеристика нефти

1.1. Происхождение нефти

Нефть – жидкий горючий минерал, относящийся к каустобиолитам. По составу нефть представляет собой сопряженный раствор углеводородов и гетероатомных органических соединений.

По внешнему виду нефть – маслянистая темная жидкость, флуоресцирующая на свету. Цвет ее зависит от содержания и строения смолистых веществ. Встречаются красные бурые и почти бесцветные нефти. Нефть легче воды. Взаимная растворимость нефти и воды ничтожна, однако, при интенсивном перемешивании образуются очень стойкие нефтяные эмульсии.

Вязкость нефти зависит от состава, но всегда значительно выше, чем у воды. В отличие от твердых каустобиолитов – каменных и бурых углей, сланцев, торфа – нефть содержит очень мало золы. Нефть – горючий материал. Теплота ее сгорания 42 МДж/кг, т.е. выше, чем у твердых горючих ископаемых.

Нефтеобразование – сложный, многостадийный длительный химический процесс. Исходный органический материал находится в рассеянном состоянии, продукты его превращения – нефть и газ – также первоначально рассеяны в нефтематеринской (глинистой) породе. Вследствие своей подвижности нефть и газ, также как и вода, способны передвигаться в толще пород. Геологи называют эти перемещения миграцией.

Различают первичную и вторичную миграцию. В результате первичной миграции из нефтематеринских пород нефть и газ собираются в соседствующих пористых песчаных и карбонатных породах. Миграция может происходить в результате воздействия различных факторов: отжатия или прорыва, диффузии, перемещения с водой, растворения жидких веществ нефти в газах при высоких давлениях и перемещения в виде парогазовой смеси, фильтрации по порам и трещинам вмещающих пород при наличии перепада давления и др.

В результате движения по пористым пластам и при вертикальной миграции, возникающей под влиянием гравитационного и тектонического факторов, нефть и газ скапливаются в так называемых ловушках, откуда миграция невозможна или очень затруднена.

Скопление нефти в этих ловушках называется нефтяными залежами. Если количество нефти (или газа) в залежи достаточно велико или в данной структуре пластов горных пород имеется несколько залежей, то говорят о нефтяном нефтегазовом или газовом месторождении. Вместе с нефтью и газом в залежах присутствует вода, так как она обладает способностью заполнять поры пород. Большая часть нефтяных ловушек (залежей) находится на глубине 900-2300м.

Если по проблеме происхождения твердых горючих ископаемых среди ученых нет разногласий, то такого единства мнений относительно нефти нет. Со времен М.В. Ломоносова ученые всего мира пытаются решить эту проблему, но пока нет общепризнанной единой теории происхождения нефти.

Дискуссии ведутся вокруг двух гипотез: нефть - биогенного происхождения, т.е. производная от растений и животных; нефть – неорганическая, образовавшаяся в земных глубинах и по трещинам, поднявшаяся вверх и напитавшая пористые пласты.

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

Основоположник гипотезы минерального происхождения нефти Д.И. Менделеев утверждал, что нефть образуется вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов.

За последние два столетия после М.В. Ломоносова накопилось огромное количество химических, геохимических и геологических данных по проблеме происхождения нефти. В настоящее время преобладающая часть ученых считает наиболее обоснованными представления об органическом генезисе нефти. В пользу «органической» гипотезы свидетельствуют обнаруженная генетическая связь между групповыми компонентами нефти, твердых горючих ископаемых и исходных материнских веществ (биологический аргумент), а также прямые эксперименты по органическому синтезу нефти, подобной природной. В нефтях обнаружен ряд органических соединений, являющихся «биогенными метками» от исходного материнского вещества.

К таковым относятся:

- порфирины – структурные фрагменты хлорофилла и гемоглобина животных;

- изопреноидные углеводороды с одним лишь идентичным природному изомером из 366 тыс. теоретически возможных;

- гоманоиды, свойственные сине-зеленым планктонным водорослям;

- нормальные парафины С₁₇ и выше с преобладающим нечетным числом атомов углерода ;

- битуминозные вещества с идентичными хроматографическими пиками, массспектрами и изотопным составом;

- микроэлементы с идентичным распределением металлов, прежде всего, вольфрама и ванадия.

Следует особо отметить такой убедительный геохимический аргумент в пользу органической концепции, как оптическая активность – одно из фундаментальных свойств, общих для живого существа и продуктов его преобразования. Установлено, что нефти минерального синтеза в отличие от биогенного не обладают оптической активностью.

Геологическим аргументом в пользу органической концепции является то обстоятельство, сто подавляющая часть залежей нефти сосредоточена именно в осадочных породах Земли.

Убедительным (космическим) аргументом в доказательство биогенного синтеза нефти являются результаты исследований, полученных межпланетными автоматическими станциями Венера- 5, -6, -7 и американскими станциями, показавшие полное отсутствие углеводородов на Венере и Марсе, где нет биосферы, хотя в атмосфере этих планет содержится в значительных количествах двуокись углерода.

В последние годы и у нас и за рубежом проводились комплексные исследования химизма нефтеобразования в условиях максимально моделирующих природный нефтесинтез (за исключением длительности опытов по причине отсутствия у исследователей времени продолжительностью в миллион лет). В результате установлены общие закономерности образования основных классов углеводородов нефти из отдельных групповых компонентов растений и животных организмов, а также продуктов их первичных превращений (химический аргумент).

Образование нефти непосредственно из СО₂ и Н₂О, из которых состояла материнская атмосфера Земли, термодинамически без фотосинтеза невозможно (термодинамический аргумент). Теоретически более вероятна возможность образования нефти в земных глубинах взаимодействием воды с карбидами металлов.