Экологические катастрофы на нефтяных и газовых предприятиях

   Второй этап, протекающий в условиях катагенетической трансформации осадочных пород, характеризуется процессами термодеструкции геополимеров и термокаталитического синтеза нефтяных и газовых УВ из фрагментов липидных и изопреноидных соединений, высвобождающихся из керогенной формы рассеянного ОВ. Миграционно-способные жидкие и газовые УВ, удаляясь из материнской породы, образуют углеводородные растворы, которые могут концентрироваться в виде скоплений нефти и газа. Именно на этом этапе реализуются главные фазы нефте- и газообразования, отвечающие  за реальную нефтегазоносность осадочных бассейнов. На третьем и последующих этапах продуктами уже значительно истощённого ОВ являются газы.

   Суммируя сказанное, можно утверждать, что нефть и газ в осадочных бассейнах возникает в результате взаимодействия двух разнонаправленных вещественно-энергетических потоков. Один из них связан с погружением и катагенетическим преобразованием пород и рассеянного в них ОВ – продуктов жизнедеятельности биосферы, а с другой – с подъёмом конвективно-кондуктивного теплового потока, осуществляющего тепломассоперенос из недр Земли к её поверхности. Нефтеобразование – саморазвивающийся автоколебательный процесс, контролируемый рядом объединённых в пространстве и во времени факторов, как экзогенных, так и эндогенных.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Осадочно-миграционная гипотеза

 

Осадочно-миграционная гипотеза происхождения нефти впервые  появилась в США и получила широкое распространение на территории бывшего СССР. В силу своей простоты она пользовалась и пользуется широкой  популярностью как в научной  среде, так у большинства геологов- практиков во всем мире . Глубоко и детально она получила развитие в многочисленных работах Н.Б.Вассоевича (см. рисунок 5).

Рисунок 5. Н.Б. Вассоевич

Аргументы в пользу осадочно-миграционной гипотезы происхождения нефти приводят следующие:

1. Все осадочные породы, от рифейских до современных, содержат углеродистое биоорганическое вещество, среднее содержание которого в пределах континентов составляет 12-15 кг на 1 м³ породы. Рассеянное углистое вещество по своему составу близко к керогену горючих сланцев и углям. Для осадочных пород характерно преобладание сапропелевого или гумусо-сапропелевого органического вещества. Во всех случаях определенную часть органики составляют битумоиды - углеродистые соединения, растворяющиеся в органических растворителях типа СС₁₄, СНС₁₃, CS₂, С₆Н₆ и др. В их состав входит масляная и смолисто-асфальтовая части. Среднее содержание углеводородов, по данным Н.Б.Вассоевича, составляет в осадочных породах 250-300 г/м³. Присутствие битумоидов считается проявлением одного из законов фоссилизации живого вещества в пределах биосферы, в которой осуществляются седиментация осадков во всех без исключения водоемах. Органические вещества находится во всех типах осадков: в глинах органического углерода в два раза больше, чем в алевритах, а в алевритах - в среднем в два раза больше, чем в песках. Таким образом, «нефть - детище литогенеза». Это положение объединяет всех сторонников биогенной теории происхождения нефти.

2. Наличие зависимости между количеством и типом битумоидов и составом углеводородов, с одной стороны, и нерастворимой его частью в породах - с другой стороны, установлено многочисленными исследованиями в нашей стране и за рубежом. Это, по мнению сторонников органической гипотезы, происхождение нефти не оставляет никаких сомнений в том, что в осадочных породах существует свой автохтонный битумоид с присущими только ему углеводородами, составляющими основу микронефти. В битумоидах и в нефтях главную роль играет углерод, но присутствуют также водород, кислород, азот, сера и нередко металлы, в частности никель и ванадий.

3. Микронефть, способная иметь несколько этапов генерации - это наиболее восстановленная, наиболее миграционная и нейтральная часть автохтонных битумоидов (в основном их масляной фракции), состоящая преимущественно из смеси углеводородов и растворенных в ней низкомолекулярных смол. Установлены стадии и этапы литогенеза, каждой из которых свойственны свои генерации УВ и свои пред- УВ. С одним из этапов, который протекает при мощности перекрывающих отложений 2-4 км и при температурах 80-150°С, связана главная фаза нефтеобразования. В течение этой стадии значительно активизируются процессы формирования микронефти и увеличивается ее содержание, осуществляются процессы десорбции микронефти, ее отрыв от материнской органики. Иногда микронефть выделяется в отдельную фазу и образует уже собственно нефть, которая классифицируется как аллохтонный битумоид. Породы, в которых протекают эти процессы, называются нефтематеринскими, или нефтепроизводящими. В качестве доказательства возможности этого процесса в природе приводятся результаты моделирования процессов термолиза сапропелевого вещества, горючих сланцев, бу¬рых углей, битуминозных глин и др., при нагревании которых получали битумоиды. При этом время нагрева имеет существенное значение, т.е. при образовании микронефти - чем длительнее температурное воздействие, тем ниже порог критической температуры главной фазы нефтеоб- разования, требуемой для созревания микронефти. Микронефть и нефть являются звеньями одной цепи. Микронефти в десятки раз больше, чем всех запасов нефтей.

4. Сходство химических соединений в битумоидах, микронефти и нефти

5. Вопрос о начальной миграции нефти из нефтематеринских пород и поступлении ее в коллектор был решен после установления того факта, что растворение битумоидов и микронефти осуществляется сжатыми газами С02, СН4 и его гомологами, а также водами различной солености. Опыты проводились в термодинамических условиях, близких к пластовым. Растворение и вынос микронефти осуществлялись как в раздробленных образцах, так и в керне пород. При этом одним из аргументов возможности миграции из глин считается то обстоятельство, что в глинистых породах поровое давление выше гидростатического, а иногда приближается к геостатическому . Это, с одной стороны, создает условия для миграции микронефти в смежные коллекторы, а с другой - препятствует поступлению абиогенной нефти, в соответствии с теорией ее неорганического происхождения.

Приведем некоторые примеры.

Флюидодинамическими процессами в неоген-четвертичное время объясняется формирование месторождений углеводородов Байкитской антеклизы и Катангской седловины Сибирской платформы. Обоснованием для этого служит следующее. Послекембрийский трапповый магматизм и гидро-термальные процессы привели к существенной метасоматической переработке карбонатных отложений рифея. Эти процессы неминуемо разрушили бы залежи углеводородов, превратив жидкую нефть в графиты если бы внедрение интрузий, магматических пород и термальных растворов в осадочные комплексы осуществлялось после формирования скоплений углеводородных масс, то есть в то время, когда нефть и газ уже были локализованы в осадочной толще. Следовательно, возраст месторождений УВ ограничивается временем формирования неотектонических структур и «аномальных поверхностных газо- и литохимических полей, возникших флюидодинамических процессов».

Таким образом, осадочно-миграционная гипотеза, дополненная сведениями о флюидодинамических процессах, широко используется для объяснения процессов нефтегазообразования в различных регионах. Такие примеры многочисленны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нефть из микробов

 

Важный вклад в развитие органических представленийо происхождении нефти был сделан американскими учеными Г. Уриссоном, П. Альбрехтом и М. Ромером.

На основе многочисленных химических анализов различных органических осадочных образований, включая уголь и нефть, ученые пришли к выводу о поразительном сходстве между ними. Исследованию подвергались сотни образцов осадочных отложений из разных районов земного шара. И все это органическое вещество содержало остатки клеток микроорганизмов.

Предшественники органических соединений, из которых состоит нефть, найдены в клеточных мембранах одноклеточных организмов планктона, а также бактерий и других микроорганизмов, живущих на морском дне. Многие вещества, которые экстрагируются из угля, образовались, как считают американские ученые, не непосредственно из остатков древесных и других высших растений, а являются продуктами переработки этих остатков бактериями и грибами, живущих на дне болот. Сравнивая между собой газовые хроматограммы образцов совершенно различного происхождения и возраста (например, уголь из Лотарингии и нефть из Аквитании), ученые обнаружили удивительное совпадение формы пиков органических веществ с числом углерода от 27 до 35 (рис. 10). Отсюда следует, что соединения, дающие эти пики, в угле такие же, как и в нефти. Более того, было обнаружено сходство между массами этих веществ (масс-снектр), что позволяет предполагать гомологическую семейственность этих соединений, имеющих общего предшественника.

Американские ученые проанализировали тысячи образцов из разных районов  нашей планеты, варьирующих от современных почв до пород возрастом более 500 млн лет и представляющих все типы обстановок осадконакопления. В образцах были обнаружены представители сложного углеродного соединения — гопана (С₃₀Н₅₂), — получившие название гопаноидов. Оказалось что они являются чрезвычайно важным компонентом органического вещества осадочных отложений. В живой материи гопаноиды содержатся в некоторых древесных и травянистых растениях, в частности в папоротниках, в синезеленых водорослях, в некоторых видах бактерий.

Вначале происхождение гопаноидов было во многом загадкой, ибо современные гопаноиды имеют 29 или 30 атомов углерода в молекуле, а ископаемые — 35 и даже 36 атомов углерода. Только в 1973 г. сотрудникам Массачусетского технологического института удалось выделить из бактерий Acetobacter xylinum гопаноид С₃₅, который получил название бактериогопантетрола. В дальнейшем гопаноид С₃₅ был выделен почти из половины исследованных современных бактерий и синезеленых водорослей. Был обнаружен также и гопаноид С₃₆.

Широкое распространение  гопаноидов, являющихся компонентами клеточных мембран многих современных микроорганизмов, объясняется тем, что дно океана и верхний слой почвы на континентах «кишат» бактериями. Когда живые организмы умирают, значительная часть их органического вещества разлагается на простые молекулы под действием ферментов этих бактерий. Осадки, перекрывающие органическое вещество, предохраняют его от окисления и захороняют сами бактерии, которые также умирают и разлагаются. Гопаноиды погружаются все глубже вместе с осадочными породами, изменяются под действием других микроорганизмов, а также термокаталитических реакций. Высокие температуры и давления способствуют удалению кислорода и других элементов из начального органического вещества и преобразованию его в углеводороды.

Подсчеты ученых показывают, что количества гопа- ноидов, содержащихся в горючих полезных ископаемых, достаточно для накопления выявленных масс угля и нефти. Так, в 1 м³ бурого угля весом 2 т из месторождения Яллурна в Австралии содержится 1 кг гопаноидной кислоты С₃₂- Казалось бы, не так уж и много. Однако в сравнении с другими органическими соединениями, определенными в угле, концентрация этой кислоты занимает первое место. По расчетам ученых, 90% органического углерода в осадочных породах (ориентировочно 10¹⁶ т) находится в форме нерастворимого керогена — рассеянного органического вещества, которое в результате термокаталитических реакций, происходящих при погружении осадочных пород в земные глубины, трансформируется в нефть и газ. Поскольку кероген нерастворим, то определить, сколько в нем находится вещества микробного происхождения, весьма нелегко. В составе же растворимого органического углерода содержится до 5—10% гопаноидов. Количество растворимого органического углерода на земном шаре оценивается в 10¹⁵ т. Следовательно, мировые запасы гопаноидов должны быть не менее 10¹³ — 10¹⁴ т, т. е. больше, чем органического углеводорода во всех живых организмах (10¹² т).

Исследования американских ученых существенно дополняют органическую концепцию происхождения нефти. Однако рассматривать микробы как  основной источник горючих полезных ископаемых, и прежде всего нефти  и газа, вряд ли обоснованно. Известно, что в нефтях имеются и многие другие органические соединения, кроме гопана. Более правильно считать нефть производной всей массы организмов и растений, роль же микроорганизмов и бактерий проявляется в первую очередь в том, что они способствуют разложению органического вещества, расщеплению его на составляющие части, что облегчает процесс трансформации органического вещества в нефть. Особенно активно бактерии действуют на второй стадии седиментогенеза и преобразования органики. Тем не менее микробы и бактерии играют очень важную роль в круговороте углерода в природе. Цикл начинается с фотосинтеза в растениях и микроорганизмах, в результате которого атмосферный углекислый газ превращается в органические соединения. Сами растения и питающиеся ими организмы разлагают некоторые из этих соединений, превращая их снова в углекислый газ в процессе дыхания. После смерти более крупных организмов их органическое вещество, за исключением небольшой его части, разлагается сапрофитными микроорганизмами и анаэробными бактериями.

Таким образом, микробы и  бактерии играют важную роль в преобразовании органического вещества, перерабатывая, насыщая его своими органическими соединениями. Широкое присутствие остатков микроорганизмов в форме гопана в ископаемых углях и нефтях является хорошим доказательством генетического единства процесса образования и накопления в земной коре различных горючих полезных ископаемых. Происходит своеобразная «утечка» углерода при его круговороте между атмосферой и поверхностью Земли, которая за сотни миллионов лет привела к аккумуляции органического углерода в осадочных отложениях в количестве 10¹⁶ т, что в 10 тыс. раз больше массы всех живых организмов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Теории неорганического  происхождения нефти

 

Впервые в 1866 г. представление  о неорганическом происхождении нефти и газа высказал знаменитый французский химик М. Бертелло. По его представлениям нефтяные углеводороды образуются в недрах Земли при высоких температурах и давлениях вследствие взаимодействия углекислого газа со щелочными металлами: сначала образуется ацетилен, а затем при его полимеризации — бензол и более тяжелые углеводороды.

В нашей стране наибольшую известность приобрела неорганическая (минеральная) гипотеза происхождения нефти, предложенная гениальным русским ученым Д.И. Менделеевым. Впоследствии идеи Д.И. Менделеева были восприняты русским академиком Г.В. Абихом для объяснения нефтеносности Апшеронского полуострова.