Экологические катастрофы на нефтяных и газовых предприятиях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

Введение 3

Состав и свойства нефти 4

Условия формирования залежей 5

Зарождение дискуссии 8

Теории органического  происхождения нефти 11

Основоположник учения о нефти 13

Флюидно-диффузионная теория 15

Осадочно-миграционная гипотеза 18

Нефть из микробов 21

Теории неорганического  происхождения нефти 24

Вулканическая гипотеза 28

Космическая теория 30

Взрывная концепция 32

Вывод 34

Библиографический список 35

Приложение 36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Значение нефти и газа для энергетики, транспорта, обороны страны, для разнообразных отраслей промышленности и для удовлетворения бытовых нужд населения в наш век исключительно велико. Нефть и газ играют решающую роль в развитии экономики любой страны. Из нефти вырабатываются все виды жидкого топлива: бензины, керосины, реактивные и дизельные сорта горючего - для двигателей внутреннего сгорания, мазуты - для газовых турбин и котельных установок. Из более высококипящих фракций нефти вырабатывается огромный ассортимент смазочных и специальных масел и консистентных смазок. Из нефти вырабатываются также парафин, сажа для резиновой промышленности, нефтяной кокс, многочисленные марки битумов для дорожного строительства и многие другие товарные продукты. О нефти пишут в газетах и популярных журналах, издают фундаментальные монографии и научно-популярные книги.

Пользуясь многочисленными  благами, произведёнными благодаря  нефти, человек не раз задавался  вопросом происхождения нефти. Ещё  в 1966 году в специальном библиографическом указателе  в рубрике «Происхождение нефти» перечисляется около 12 тысяч печатных научных трудов. За последние 40 лет информация по этому вопросу как минимум удвоилась.  Однако до сих пор проблема эффективного поиска нефти, эксплуатации её месторождений остаётся актуальной, решением её занимаются учёные многих научно-исследовательских институтов. И, несмотря на успешное решение многих инженерных задач, недра земли таят в себе много загадочного. И одна из загадок природы – происхождение нефти. Существует множество гипотез, но ни одна из них не является общепринятой. Дискуссия ведётся вокруг главного вопроса: нефть – органическая, то есть производная от животных и растений, или же нефть неорганическая, образовавшаяся в земных глубинах и по трещинам поднявшаяся вверх и напитавшая пористые пласты?

В данной работе будут приведены  основные теории происхождения нефти и газа. В результате этой работы будет выбрана одна, наиболее обоснованная теория.

 

 

 

 

 

 

Состав и свойства нефти

 

Нефть и газ – горные породы. Они относятся к группе осадочных вместе с песками, песчаниками, глинами, глинами, известняками, каменной солью и т.д. Одно из важных их свойств – способность гореть. Таким же качеством обладает и ряд других осадочных пород: торф, бурый и каменный уголь, антрацит. Все вместе горючие породы образуют особое семейство, Получившее название каустобиолитов. Среди них различают каустобиолиты угольного порядка и каустобиолиты нефтяного порядка, последние называются битумами. К ним-то и относятся нефть и газ.

В химическом отношении нефть  – это сложная смесь углеводородов и углеродистых соединений, содержащая также кислород, азот, серу и другие элементы. Она состоит из следующих основных элементов: углерод (83-87%), водород (12-14%), кислород, азот и сера (1-2%). В нефтях выделяют углеводородную часть, асфальто-смолистую, парафины, серу и зольную часть.

Химический состав нефтей берётся за основу при их классификации. В настоящее время химический состав полностью не изучен.  Наиболее распространено деление нефтей по содержанию различных углеводородов.

Важным показателем химического  состава нефтей являестся их фракционнвй состав, который определяется разделением нефтей по раздличной температуре кипения ей составных частей. Фракция – это доля нефти, выкипающая в определённом интервале температур. Обычно они следующие: бензиновая (170-350⁰С), лигроиновая (160-210⁰С), керосиновая (200-300⁰С), газойлевая (270-350⁰С).

К физическим свойствам нефтей относят плотность, вязкость, температуры застывания, кипения, испарения, теплотворную способность, растворимость, электрические и оптические свойства, люминесценцию и др.

Важнейшее свойство нефти, благодаря  которому она обрела мировую славу, - теплотворная способность. Теплота сгорания нефти горазда выше, чем у пороха, нетроглицерина и даже тротила.

Итак,  мы видим что  нефть и газ – это очень  сложные естественные соединения углеводородов. Нефть имеет чёрный цвет, хотя известны бурые и светлоокрашенные, почти бесцветные нефти, резкий специфический запах, маслянистая на ощупь, плотность её меньше 1 г/см³. Газ бесцветен и не имеет запаха.

 

Условия формирования залежей

 

Теперь, когда были рассмотрены химические и физические свойства нефти и газа, можно перейти к рассмотрению условий, которые определят процесс их формирования в коре.

Залежь - это единичное  скопление нефти или газа в горных породах. Совокупность залежей, приуроченных к единой геологической структуре, называется месторождением.

Чтобы образовалась залежь или месторождение, необходимо сочетание  определенных условий (коллекторы, покрышки, ловушки, миграция).

Коллекторы - любые горные породы, которые могут вмещать  в себя и отдавать жидкости и газы. Наилучшими коллекторскими свойствами обладают пески, песчаники и другие такого же осадочные породы, состоящие из обломков различной величины. Эти коллекторы получили название гранулярных. Коллекторские свойства их определяются пористостью и проницаемостью.

Пористость - это суммарный  объем всех пустот (пор) в породе. У песчаников и песков коэффициент  пористости составляет 25 %, у известняков  химического происхождения - 3-5 %, магматические  и метаморфические породы практически  не имеют пор. Проницаемость - способность пород пропускать сквозь себя  жидкости или газ.

Кроме гранулярных известны еще и трещинные коллекторы. В этом случае способность вмещать в себя жидкости или газ порода приобретает за счет трещин. Известняк, который в обычном виде непроницаем для нефти, будучи иссеченным микро- и макротрещинами, становится коллектором. Взаимосвязанные системы трещин создают иногда целые каналы для движения флюидов протяженностью в десятки километров. Проницаемые горные породы являются резервуарами, где происходит движение и накопление нефти и газа.

Однако если бы вся толща  осадочных пород состояла из коллекторов, то нефть и газ не смогли бы скопиться в залежь. Они поднимались бы вверх, всплывая в водной среде, пока не достигли бы дневной поверхности и не испарились. Следовательно, необходимым условием накопления залежи является присутствие в осадочной толще пласта или пластов, непроницаемых для нефти и газа пород - своеобразных экранов, способных задержать вертикальное движение флюидов к поверхности Земли. Такие практически непроницаемые породы получили название покрышек. Обычно ими бывают глины, каменная соль, гипсы, а иногда известняки и мергели, не нарушенные трещинами. Чаще всего роль покрышек выполняют глины. Непроницаемые качества их во многом зависят от состава. Для накопления нефти и газа наиболее благоприятно частое чередование коллекторов и покрышек. Такую модель осадочной толщи иногда называют «слоеным пирогом».

Также необходимо наличие ловушки (см. рисунок 1) — пласта особой формы, попав в который нефть и газ оказываются как бы в тупике. Здесь-то и происходит постепенное накапливание этих продуктов и образование залежи.

Рисунок 1. Типы ловушек для  нефти и газа.

а – антиклинальная; б  – солянокупольная; в – тектонически экранированная; г – стратиграфическая; д- литологическая; е – погребённый риф; 1 – непроницаемые породы типа глин (покрышки); 2 – проницаемые породы типа песков или песчаников (коллекторы); 3 – непроницаемые известняки; 4 – проницаемые известняки; 5 – каменная соль; 6 – залежи нефти; 7 – залежи газа; 8 – линии тектонического нарушения

 

Антиклиналь - изгиб пласта, направленный выпуклостью вверх. Обратная форма называется синклиналью. Антиклиналь - наиболее распространенная ловушка. Обладая меньшей плотностью, чем  вода, нефть и газ скапливаются в верхней части антиклинали  в виде пузырьков. образуя соляный шток и антиклинально изгибая вышележащие пласты.

Размеры антиклинальных структур могут быть различны: в среднем  длина 5-10 км, ширина 2-3 км, высота (амплитуда) 50-70 м. Известны гигантские антиклинали. Например, самое крупное в мире нефтяное месторождение Гавар (Саудовская Аравия) имеет размеры 225x25 км, высоту 370 м, а размер самого крупного газового месторождения Уренгой (СССР) 120x30 км при высоте 200 м.

К ловушкам структурного типа относятся еще тектонические  краны, которые возникают при  разрыве пластов сбросом или  взбросом и притыкании коллекторов к непроницаемым породам.

Миграция нефти и газа - важнейшее условие формирования месторождений. Миграция происходит в  проницаемых породах вместе с  подземной водой, которая обычно насыщает поровое пространство. Перемещение  нефти и газа по пласту может происходить в растворенном или в свободном состоянии. Различают боковую (латеральную) и вертикальную миграции. В  первом случае флюиды перемещаются в пределах одного пласта, во втором - из одного пласта в другой, обычно снизу вверх.

Благоприятное сочетание  рассмотренных и ряда других факторов  приводит к формированию залежей  нефти и газа. Чаще всего это  происходит в бортовых и внутренних зонах крупных депрессий (впадин, прогибов), на склонах сводовых поднятий и в их центральных частях. Как правило, в земной коре не встречается единичных скоплений нефти или газа. Они распространены целыми «семействами» - нефтегазонаклплениями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зарождение дискуссии

 

Попытки объяснить происхождение  нефти предпринимались очень  давно. Советский ученый профессор  М. К. Калинко, много сделавший для выяснения интересующего нас вопроса, в одной из своих книг приводит высказывания древнегреческого ученого Страбона, жившего 2 тыс. лет назад. Он наблюдал в Албании извержения вулканов и одновременное высачивание нефти на поверхность Земли в Албании. Однако теперь мы знаем, что ни в Албании, ни в районе Мертвого моря нет действующих вулканов. То, что наблюдал Страбон, было извержение грязевых вулканов.

Несмотря на ошибку Страбона, его толкование происхождения нефти имело под собой материалистическую основу. В отличие от мыслителей древности, которые часто высказывали удивительную прозорливость, последующие взгляды на природу образования нефти носили порой курьезный характер и имели религиозные корни. Одна из таких гипотез, сведения о которой дошли до нас, была высказана польским натуралистом каноником К. Клюком, жившим в XVIII в. Он полагал, что нефть образовалась в раю и является остатком той благодатной почвы, на которой произрастали райские кущи. Гипотеза каноника К. Клюка часто упоминается в популярных статьях и книгах о происхождении нефти в качестве курьеза.

Одним из первых, кто попытался дать истинно научное объяснение происхождению нефти, был великий русский ученый М. В. Ломоносов (см. рисунок 2). Свои взгляды на природу нефти М. В. Ломоносов основывал на химических опытах, из которых ему было известно, что при перегонке каменного угля от «крутого» огня выходит масло черное и густое, от «легкого» огня — светлое и прозрачное. Великий ученый полагал, что именно каменный уголь является исходным веществом для получения нефти.

Рисунок 2. М.В. Ломоносов

Таким образом, более 200 лет назад была высказана мысль об органическом происхождении нефти из каменного угля. Исходное вещество одно — органический материал, преобразованный сначала в уголь, а затем в нефть и газ. Возникла органическая гипотеза.

В 1847 г. английский промышленник Дж. Юнг организовал даже добычу нефти на Олфертонской угольной копи в Дербишире. Полученную нефть он перерабатывал на осветительные масла. Когда нефть иссякла, Дж. Юнг пытался наладить переработку угля, но тот не давал таких масел, как нефть. В поисках подходящего исходного материала промышленник наткнулся на битуминозный сланец. При сравнительно невысоких температурах перегонки ему удалось получить из сланца минеральные масла, близкие по своим качествам к нефтяным. Дж. Юнг в 1850 г. запатентовал свое изобретение, а в геологию стали проникать идеи формирования нефти из битуминозных сланцев. В общем-то, это была разновидность гипотезы М. В. Ломоносова, менялся лишь исходный материал — сланец на уголь, но суть геологических процессов оставалась прежней.

В середине и особенно в конце XIX в. больших успехов достигла химия. Мимо внимания химиков не прошла и проблема происхождения нефти. Химическими анализами было доказано, что состав вещества, полученного при перегонке углей, отличается от нефти. При перегонке угля образуется вовсе не природная нефть, а смола! Это сильно поколебало идеи, высказанные еще в свое время М. В. Ломоносовым. И химики повели атаку на органическую гипотезу.

Однако первым, кто высказал идею о неорганическом (магматическом) рождении нефти, был немецкий физик и математик Л. Гумбольдт.

В 1805 г. он сделал заключение: «...мы не можем сомневаться в том, что нефть представляет продукт перегонки на громадных глубинах и происходит из примитивных горных пород, под которыми покоится энергия всех вулканических явлений». Таким образом, была сформулирована неорганическая гипотеза происхождения нефти.

В 1866 г. французский химик М. Бертло, искусственно получив всю гамму нефтяных углеводородов, высказал мысль о том, что нефть образуется в глубинных зонах земной коры из минеральных веществ. С того момента неорганическая гипотеза происхождения нефти набирает силу, а химики начинают участвовать в разработке этой проблемы не менее активно, чем геологи. В 1877—1878 гг. проводит свои знаменитые опыты французский химик С. Клоэц. Воздействуя соляной или серной кислотой на зеркальный чугун, содержащий 4% углерода, он получил водород и значительное количество углеводородов с запахом, напоминающим нефть, а удалив из сырой смеси олефины, путем фракционирования выделил углеводороды метанового ряда: С₁₀Н₂₂ и другие до С₁₆Н₃₄.