Этап - (1860-1905).
Немецкие учёные Г. Гефер и К. Энглер в 1888 поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов. Позднее, в 1919 академиком Н.Д.Зелинским был осуществлен опыт, исходным материалом которого был органогенный ил преимущественно растительного происхождения из озера Балхаш. При его перегонке были получены: сырая смола -63,2%,
кокс-16%, газы (метан, окись углерода, водород, сероводород.)-20,8%. При последующей переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла. Итак, опытным путём было доказано, что нефть - производные при разложении органики либо животного, либо растительного происхождения, либо их смеси. Таковой была органическая гипотеза. Но также существовала и неорганическая гипотеза, выдвинутая Д. И. Менделеевым, и получившая название карбидной. Ученый считал, что во время горообразовательных процессов по трещинам, рассекающим земную кору, поверхностная вода просачивалась вглубь Земли к металлическим массам. Взаимодействие ее с карбидами железа приводило к образованию окислов металла и углеводорода. У.В. по тем же трещинам поднимались в верхние слои земной коры и насыщали пористые породы, образуя месторождения. Однажды, побывав в г. Баку, Менделеев от русского учёного Г. В. Абиха узнал, что часто месторождения нефти территориально приурочены к сбросам - особого типа трещинам земной коры. В этом Менделеев видел неоспоримые докозательства своих воззрений. Таким образом, к концу прошлого столетия четко обособились 2 полярных взгляда на проблему происхождения нефти: органическая и неорганическая.
Этап- (1932-1950).
Выход в свет в 1932 книги академика И. М. Губкина "Учение о нефти " положил конец колебаниям между указанными группами представлений, и в течение последующего этапа господствовала гипотеза образования нефти из рассеянного органического вещества, накапливавшегося в значительных количествах в осадках морских бассейнов.
этап - (1951 - настоящее время).
Этот этап можно смело назвать этапом становления теории органического происхождения нефти, или, как ее правильно назвал Н.Б. Вассоевич, теории осадочно-миграционного происхождения нефти и углеводородных газов. Начало данного этапа следует считать 1950 год потому, что именно этот год почти одновременно с советскими и американскими учёными были обнаружены У.В. в современных осадках. Американские исследователи под руководством П.В.Смита открыли углеводороды в современных осадках Мексиканского залива, прикалифорнийской части Тихого океана, а также некоторых пресноводных бассейнов. И хотя дальнейшие исследования показали, что углеводороды, содержащиеся в современных осадках, существенно отличаются от нефти, значение указанных открытий трудно переоценить. Они показали, во-первых, что углеводороды образуются в осадках из остатков растительных и животных организмов. Тем самым был положен конец продолжавшейся в течение более двух столетий дискуссии о том, какое органическое вещество может быть исходным для образования нефти. Во-вторых, оказалось, что процессы нефтегазообразования могут развиваться почти в любых субаквальных осадках и что для этого не требуется каких-то особых экстраординарных условий.
Наиболее благоприятные условия для формирования нефти – морские, с так называемым некомпенсированным прогибанием. В теплых водах, на дне доисторического моря, веками накапливалась сапропель – глинистая почва, перемешанная с органическими останками умерших рыб, водорослей, моллюсков и прочей живности. В ней шла биохимическая стадия образования нефти.
Микроорганизмы при ограниченном доступе кислорода перерабатывали белки, углеводы и т.д. При этом образовывался метан, углекислый газ, вода и немного углеводородов. Данная стадия происходила в нескольких метрах от дна моря. Затем осадок уплотнился: произошел диагенез. Вследствие природных процессов дно моря опускалось, а сапропель накрывали материалы, которые из- за природных разрушений или потоками воды сносились с гор. Органика попадала в застойные, бескислородные условия. Когда сапропель опустилась до глубины в 1,5 км, подземная температура достигла 100°C и стала достаточной для нефтеобразования. Начинаются химические реакции между веществами под действием температуры и давления. Сложные вещества разлагаются на более простые. Биохимические процессы затухают. Потом породу должна накрыть соль (в Прикаспийской впадине ее толщина достигает 4 км) или глина. С увеличением глубины растет содержание рассеянной нефти. Так, на глубине до 1,5 км идет газообразование, на интервале 1,5-8,5 км идет образование жидких углеводородов – микронефти – при температуре от 60 до 160°С. А на больших глубинах при температуре 150-200°С образуется метан. По мере уплотнения сапропели микронефть выжимается в вышележащие песчаники. Это процесс первичной миграции. Затем под влиянием различных сил микронефть перемещается вверх по наклону. Это вторичная миграция, которая является периодом формирования самого месторождения
2. Другие теории образования нефти.
Один из первых, кто высказал научно обоснованную концепцию о происхождении нефти, был М.В. Ломоносов. В середине XVIII века в своём тракте «О слоях земных» великий русский учёный писал, что нефть произошла из каменного угля. Исходное вещество было одно: органический материал, преобразованный сначала в уголь, а потом в нефть. М.В. Ломоносов первый указал на связь между горючими полезными ископаемыми – углём и нефтью и выдвинул первую в мире гипотезу о происхождении нефти из растительных остатков.
В XIX в. среди ученых были распространены идеи, близкие к представлениям М.В. Ломоносова. Споры велись главным образом вокруг исходного материала: животные или растения? Немецкие ученые Г. Гефер и К. Энглер в 1888 г. поставили опыты, доказавшие возможность получения нефти из животных организмов. Была произведена перегонка сельдевого жира при температуре 400 °С и давлении 1 МПа. Из 492 кг жира было получено масло, горючие газы, вода, жиры и разные кислоты. Больше всего было отогнано масла (299 кг, или 61 %) плотностью 0,8105 г/см3, состоящего на 9/10 из УВ коричневого цвета.
Последующей разгонкой из масла получили предельные УВ (от пентана до нонана), парафин, смазочные масла, в состав которых входили олефины и ароматические УВ. Позднее, в 1919 г. академиком Н.Д. Зелинским был осуществлен похожий опыт, но исходным материалом служил органогенный ил преимущественно растительного происхождения (сапропель) из озера Балхаш. При его перегонке были получены: сырая смола – 63,2 %; кокс – 16,0%; газы (метан, оксид углерода, водород, сероводород) – 20,8 %. При последующей переработке смолы из нее извлекли бензин, керосин и тяжелые масла.
В конце XIX в., когда в астрономии и физике получило развитие применение спектральных методов исследования и в спектрах различных космических тел были обнаружены не только углерод и водород, но и углеводороды, русский геолог Н.А. Соколов выдвинул космическую гипотезу образования нефти. Он предполагал, что когда земля была в огненно-жидком состоянии, то углеводороды из газовой оболочки проникли в массу земного шара, а впоследствии при остывании выделились на его поверхности. Эта гипотеза не объясняет ни географического, ни геологического распределения нефтяных месторождений.
Академик В.И. Вернадский обратил внимание на наличие в нефти азотистых соединений, встречающихся в органическом мире.
Предшественники академика И.М. Губкина, русские геологи Андрусов и
Михайловский также считали, что на Кавказе нефть образовалась из органического материала. По мнению И.М. Губкина, родина нефти находится в области древних мелководных морей, лагун и заливов. Он считал, что уголь и нефть – члены одного и того же генетического ряда горючих ископаемых.
Уголь образуется в болотах и пресноводных водоёмах, как правило, из высших растений. Нефть получается главным образом из низших растений и животных, но в других условиях. Нефть постепенно образовывалась в толще различных по возрасту осадочных пород, начиная от наиболее древних осадочных пород – кембрийских, возникших 600 млн. лет назад, до сравнительно молодых – третичных слоёв, сложившихся 50 млн. лет назад.
Накопление органического материала для будущего образования нефти происходило в прибрежной полосе, в зоне борьбы между сушей и морем.
По вопросу об исходном материале существовали разные мнения. Некоторые учёные полагали, что нефть возникла из жиров погибших животных (рыбы, планктона), другие считали, что главную роль играли белки, третьи придавали большое значение углеводам. Теперь доказано, что нефть может образоваться из жиров, белков и углеводов, т.е. из всей суммы органических веществ.
И.М. Губкин дал критический анализ проблемы происхождения нефти и разделил органические теории на три группы: теория, где преобладающая роль в образовании нефти отводится погибшим животным; теория, где преобладающая роль отводится погибшим растениям, и, наконец, теория смешанного животно- растительного происхождения нефти.
Последняя теория, детально разработанная И.М. Губкиным, носит название сапропелитовой от слова “сапропель” – глинистый ил – и является господствующей. В природе широко распространены различные виды сапропелитов. Различие в исходном органическом веществе является одной из причин существующего разнообразия нефтей. Другими причинами являются различие температурных условий вмещающих пород, присутствие катализаторов и др., а также последующие преобразования пород, в которых заключена нефть.
В СССР были проведены исследования, в результате которых удалось установить роль микроорганизмов в образовании нефти. Т.Л. Гинзбург-
Карагичева, открывшая присутствие в нефти разнообразнейших микроорганизмов, привела в своих исследованиях много новых, интересных сведений. Она установила, что в нефтях, ранее считавшихся ядом для бактерий, на больших глубинах идёт кипучая жизнь, не прекращавшаяся миллионы лет подряд.
Целый ряд бактерий живёт в нефти и питается ею, меняя, таким образом, химический состав нефти. Академик И.М. Губкин в своей теории нефтеобразования придавал этому открытию большое значение. Гинзбург-
Карагичевой установлено, что бактерии нефтяных пластов превращают различные органические продукты в битуминозные.
Под действием ряда бактерий происходит разложение органических веществ и выделяется водород, необходимый для превращения органического материала в нефть.
Основные месторождения.
Мировой запас нефти оценивается в 840 млрд. тонн условного топлива, из них 10% — достоверные и 90% —вероятные запасы.
Основной поставщик нефти на мировой рынок — страны Ближнего и Среднего Востока. Они располагают 66 % мировых запасов нефти, Северная Америка — 4 %, Россия — 8-10 %. Отсутствуют месторождения нефти в Японии, ФРГ, Франции и многих других развитых странах. К 2000 г. объем ввоза нефти в США будет в два раза превышать уровень ее добычи. Экспорт из России предполагается к 2000 г. до 7,0 млн. баррелей в сутки. Прогнозируется рост спроса на нефть — 1,5 % в год.
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ.
Западная Сибирь
Это наша богатейшая кладовая и одна из величайших нефтегазоносных провинций в мире (так называют территории, где располагаются сразу несколько десятков, а то и сотен месторождений). Здесь их открыто уже более двухсот. Они таят в себе около 4 млрд. тонн нефти. В 60-е года 20-го века в Среднем Приобье, прямо посередине этой огромной заболоченной равнины, обнаружили целую «россыпь» нефтяных месторождений. Среди них Самотрол – один из 4-х нефтяных гигантов (2,6 млрд.т.), который разрабатывается с 1969 года. Он имеет 10 залежей нефти, одна из которых с газовой шапкой. Нефть находится в песчаниках нижнего мела и верхней юры на глубине 1610-2350м.
Среди других нефтяных месторождений Западной Сибири. Выделяется Федоровское (400 млн. т.), Варьеганское (200 млн. т.) Усть-Балыкское (170 млн. т.)
Волго-Уральский район
Волго-Уральский район – второй по значимости в России. Здесь разведано несколько миллиардов тонн нефти. Открыто с выше 100 нефтяных месторождений, содержащих более 1400 залежей нефти; 2/3 запасов нефти уже добыто.
В 1948 году в этом районе было открыто крупное Ромашкинское месторождение (3 млрд. т.). Оно расположено в Татарии, в 70 км. К западу от города Альметьевска, в пределах крупного пологого поднятия осадочных пород. Разрабатывается с 1952 года. Здесь уже добыли 1,4 млрд. т. нефти.
Северный Прикаспий.
Эта нефтегазоносная провинция охватывает Южное Поволжье и прилегающие с юго-востока районы, в основном в пределах прикаспийской низменности: частью в Росси частью в Казахстане. Это огромная чаша, заполненная рыхлыми осадками огромной мощности в 17-20 км. В них выделяются две нефтегазовые толщи, разделённые мощным пластом соли.
Тимано-Печёрский район.
Тимано-Печёрский район занимает северо-восток европейской части России. Здесь нефть есть во всех палеозойских и ниже – в мезозойских отложениях, а они располагаются на большой площади. В начале 60-х годов XX века открыто крупное месторождение – Усинское нефтяное. Оно разрабатывается с 1973 года.
Восточная Сибирь и Дальний Восток.
Здесь открыты Енисейско-Анабарское нефтегазоносная, Ленно-Тунгусское нефтегазоносная, Ленно-Вилюская нефтегазоносная, Охотская нефтегазоносная провинции.
Одним из старейших районов нефтедобычи в России является остров Сахалин, Первые нефтяные месторождения – Охинское и Катанглинское – открыты здесь в 1923-1926 годах. К настоящему времени на острове их несколько десятков. Здесь нефтегазоносны молодые неогеновые отложения. В последние годы нефть получают из недр сахалинского шельфа.
Томская область.
Впервые нефть была получена у города Колпашево в 1953.16 августа 1962было открыто второе месторождение в Александровском районе в деревне Соснино. Позднее были открыты Советское, Стрежевское, Малореченское, Северное, Лугинское и т. д. Глубина залегающих нефтяных пластов от 1500 до 2000 метров.
Нефтяная промышленность
Нефтедобыча - отрасль нефтяной промышленности, осуществляющая извлечение нефти и сопровождающего ее газа из недр с помощью буровых скважин или, в отдельных случаях, шахт и других выработок. Задачами нефтедобычи являются: рациональная разработка нефтяных залежей наиболее совершенными способами, обеспечивающими извлечение подземных запасов нефти в заданные сроки, с минимальными затратами энергии и труда; организация сбора и предварительной обработки (очистки) добытой продукции с наименьшими потерями нефти и газа. Почти вся добываемая в мире нефть извлекается из нефтяных скважин, проходимых бурением с земной поверхности или со дна морских водоемов. Лишь весьма незначительная часть нефти добывается через мелкие скважины, закладываемые в подземных горных выработках. Применительно к неглубоким истощенным залежам, эксплуатация которых с помощью скважин малоэффективна, начинает в единичных случаях использоваться способ открытой разработки нефтяных месторождений. По размерам нефтедобычи Россия находится на одном из первых мест в мире.
Крекинг.
Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке. В настоящее время в США 65% всех бензинов получается на крекинг-заводах.
Аппаратура крекинг-заводов в основном та же, что и заводов для перегонки нефти. Это – печи, колонны. Но режим переработки другой. Другое и сырьё.
Слово “крекинг” означает расщепление. На крекинг-заводах углеводороды не перегоняются, а расщепляются. Процесс ведётся при более высоких температурах (до 600о), часто при повышенном давлении. При таких температурах крупные молекулы углеводородов раздробляются на более мелкие.
Мазут густ и тяжёл, его удельный вес близок к единице. Это потому, что он состоит из сложных и крупных молекул углеводородов. Когда мазут подвергается крекингу, часть составляющих его углеводородов раздробляется на более мелкие. А из мелких углеводородов как раз и составляются лёгкие нефтяные продукты - бензин, керосин. Мазут – остаток первичной перегонки. На крекинг-заводе он снова подвергается переработке, и из него, так же как из нефти на заводе первичной перегонки, получают бензин, лигроин керосин.
При первичной перегонки нефть подвергается только физическим изменениям. От неё отгоняются лёгкие фракции, т. е. отбираются части её, кипящие при низких температурах и состоящие из разных по величине углеводородов. Сами углеводороды остаются при этом неизменёнными. При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические реакции. Эти реакции усиливаются, когда в аппаратуру вводят катализаторы. Одним из таких катализаторов является специально обработанная глина. Эта глина в мелком раздробленном состоянии – в виде пыли – вводится в аппаратуру завода. Углеводороды, находящиеся в парообразном и газообразном состоянии, соединяются с пылинками глины и раздробляются на их поверхности. Такой крекинг называется крекингом с пылевидным катализатором. Этот вид крекинга теперь широко распространяется.
Катализатор потом отделяется от углеводородов. Углеводороды идут своим путём на ректификацию и в холодильники, а катализатор – в свои резервуары, где его свойства восстанавливаются. Катализаторы – крупнейшее достижение нефтепереработки.
На крекинг-установках всех систем получают бензин, лигроин, керосин, соляр и мазут.
Главное внимание уделяют бензину. Его стараются получить больше и обязательно лучшего качества. Каталитический крекинг появился именно в результате долголетней, упорной борьбы нефтяников за повышение качества бензина.
Переработка нефти.
Основным способом первичной обработки нефти является фракционная перегонка сырой нефти. Это приводит к ее разделению на фракции, кипящие в широком температурном интервале,а именно:
· углеводородный газ (пропан, бутан)
· бензиновая фракция (температура кипения до 200 градусов)
· керосин (температура кипения 220-275 градусов)
· газойль или дизельное топливо (температура кипения 200-400 градусов)
· смазочные масла (температура кипения выше 300 градусов)
· остаток (мазут)
В состав бензиновой фракции обычно входят петролейный эфир (температура кипения 20-60градусов) и так называемый экстракционный
бензин (температура кипения 60-120 градусов). Фракция, кипящая при температурах от 40- 200 градусов, называется бензином и относится к наиболее ценным нефтепродуктам, поскольку служит топливом для двигателей внутреннего сгорания. В бензине преимущественно содержатся
углеводороды С6--С9. Керосин, содержащий углеводороды С9--С16, применяется в небольших отопительных установках, а также служит топливом для турбинных двигателей; пиролизуется до низших углеводородов. Газойл, или дизельное топливо, имеет подобное применение, но главным образом, используется, как топливо для дизельных двигателей. Смазочные масла, содержащие углеводороды С20--С50, очищаются и применяются в качестве смазочных материалов. Это такие масла, как: цилиндровое, подшипниковое, низкозастывающее, турбинное, компрессорное, автомобильное, авиационное, изоляционное. Применение этих масел связано с их названием. Остаток после перегонки мазут, используется, как топливо
или подвергается вакуумной перегонке, в результате которой получают следующую высококипящую углеводородную фракцию. Остатком является асфальт, служащий для покрытия мостовых и как изоляционный, влагозащитный материал. Точно такое же применение находит природный асфальт, добываемый на о. Тринидад. Основными способами переработки высококипящих фракций нефтепродуктов, полученных при перегонке парафинистой и нафтеновой нефти, являются крекинг и ароматизация.
Крекинг заключается в том, что высшие алканы нагреваются до высоких температур без доступа кислорода. При этом происходит их расщепление на низшие алканы и алкены. При обычной перегонки нефти удаётся получить не больше 15-20% бензина. Крекинг позволяет повысить кол-во этого топлива в несколько раз. В технике используется 2 вида крекинга - термический и каталитический. Термический крекинг - нагревание нефтепродуктов под давлением при температуре до 400--600 градусов;
этот процесс имеет радикальный механизм; так крекинг мазута и гудрона при 400--500 градусах дает примерно 15% бензина, керосина, солярового масла, крекинг солярового масла и газойля при 500--600 градусах дает до 50% бензина. При термическом крекинге образуется довольно много непредельных соединений, плохо выдерживающих хранение. Поэтому крекинг - бензины часто подвергают дополнительной химической обработке - процессам гидрирования. Помимо термического крекинга в промышленности широко используется каталитический крекинг, то есть нагревание нефтепродуктов до 300-500 в присутствии катализатора(AlCl3)
и алюминий силикаты). Этот вид крекинга идет по ионному механизму. При каталическом крекинге получается гораздо меньшее кол-во
непредельных углеводородов, а среди предельных преобладают углеводороды с разветвленным углеродным скелетом молекул. Такие соединения обычно обладают более низкими температурами кипения и являются более ценным топливом для двигателей внутреннего сгорания. Другим способом переработки нефтепродуктов, полученных при перегонке парафинистой и нафтеновой нефти, служат процесс ароматизацией. Большое значение как топливо и химическое сырье имеют попутные газы и газы крекинга нефти. Попутные газы состоят из пропана и бутанов и выделяются из нефти. Попутные газы и газы крекинга обычно подвергают перегонке, выделяя из них индивидуальные У.В.Пропан - бутановая фракция используется в виде сжиженного газа, как топливо и служит ценным хим. сырьем. Кроме того, пропан и бутан подвергают хлорированию, окислению и др. хим. превращениями, что дает разнообразные хим. реактивы и растворители.
На это стоит обратить внимание.
В начале человек не задумывался, что таит в себе интенсивная добыча нефти и газа. Главным было выкачать их как можно больше. Но вот в начале 40-х гг. прошлого столетия появились первые настораживающие симптомы.
В 1939 г. Жители городов Лос-Анджелес и Лонг-Бич почувствовали довольно сильные сотрясения земной поверхности – началось проседание грунта под месторождением. В сороковые годы интенсивность этого процесса усилилась. В период с1949 до1961 год было зарегистрировано 5 крупных землетрясений. Напуганные этими событиями власти Лонг-Бич прекратили разработку до разрешения возникшей проблемы.
К 1954 году было доказано, что наиболее эффективным средством борьбы с проседанием является закачка в пласт воды. Это сулило увеличение нефтедобычи. Первый этап работ по заводнению был начат в 1958 году, когда на южном крыле структуры стали закачивать в продуктивный пласт без малого 60 тыс. м3 воды в сутки. Через 10 лет интенсивность закачки возросла в два раза и составила 122 тыс. м3/сутки. Проседание практически прекратилось. Месторождение вновь вступило в эксплуатацию, при этом на каждую тонну нефти приходилось 1600 литров воды.
Заключение.
Природное полезное ископаемое - нефть - представляет лишь исходный материал, из которого на заводах и фабриках получают разнообразные вещества, необходимые для развития областей природного хозяйства, а также веществ, применяемых в домашнем обиходе. Нефть ценна не только, как источник энергии, но и в большей степени, как сырье для производства пластических масс, синтетических волокон, каучуков и др.
Список используемой литературы.
1. О.К. Баженова. «Геология и геохимия нефти и газа» М. 2004
2. Справочник школьника "Химия"
3."Пособие по химии для поступающих в ВУЗы". Москва:1974г.-382с.
4. "Органическая химия " Й. Пацак, изд-во "Мир"; Москва;1986-366с.
5. Сборник статей «Происхождение нефти и газа» 1971
6. Н. Б. Вассоевич. «Литология и нефтегазоносность» 2000