Нефть это полезное ископаемое или горная порода
Современному человеку трудно представить себе мир без нефти. Из нее получают топливо для автомобилей, ракет, самолетов, судов. После изобретения двигателя внутреннего сгорания нефть стали называть «черным золотом». В ХХ-ХХI веке мы не можем обойтись без нее, но до сих пор точно не знаем, как появилось это полезное ископаемое. Есть несколько популярных гипотез происхождения нефти, которые были предложены величайшими умами своего времени.
Полезное ископаемое – нефть
Нефть– это маслянистая жидкость, горючее вещество, которое считается полезным ископаемым. Несмотря на то, что ее называют «черным золотом», она может быть и другого цвета (коричневого, вишневого, изумрудного, янтарного) или же абсолютно прозрачным. Окраска зависит от смолистых веществ, которые в ней содержатся.
Ее находят на глубине до 6 км под поверхностью, но чаще всего – до 1-3 км. Ученые уверены, что процесс образования нефти занимает от 50 до 350 млн. лет. Ее состав довольно сложный, но примерно 84-87% – это углерод, кроме этого водород, азот, сера и другие составляющие.
О нефти люди знали давно. Около 6 тыс. лет до н.э. ее применяли при строительстве, как связующее вещество, а в Древнем Египте она была нужна для бальзамирования умерших. Египтяне придумали примитивные лампы, топливом для которых была нефть. Первую нефтяную вышку соорудили китайцы в 347 году, используя стволы бамбука. Они называли нефть «ши йоу», что означало «горное масло».
Первое время нефть добывали для производства керосина. Полученный во время переработки бензин считался побочным продуктом, дешевым и никому ненужным. При помощи бензина избавлялись от вшей или же оттирали жирные пятна на ткани. Многие нефтяные компании просто сбрасывали его в реку, это было дешевле, чем пытаться его продать.
Все изменилось после того, как стали популярны двигатели внутреннего сгорания, работающие на нефтяном топливе. Сейчас из нефти изготавливаются самые неожиданные вещи. Это и одежда из полиэстера, и нейлоновые колготки, и губная помада, подводка для глаз, и даже жевательная резинка. Пластмасса появился тоже благодаря нефти, а знакомые нам полиэтиленовые пакеты изготавливаются из продуктов переработки этого полезного ископаемого.
Как появилась нефть
Есть вопросы, на которые ученые до сих пор не нашли точного ответа. Они строят предположения, гипотезы, некоторые из которых становятся более популярными, другие же отвергаются научным сообществом. Так и с нефтью. Имеется ряд теорий ее происхождения, но основными считаются 3 из них.
Биогенная или органическая
Впервые ее смог четко сформулировать знаменитый ученый М.В. Ломоносов. Это одна из самых популярных и поддерживаемых учеными теорий. Согласно этой гипотезе нефть появилась из-за разложения на дне водоемов животных и растений.
Остатки скапливались и собирались, постепенно уплотнялись, потом частично разлагались, попадали на глубину 3-4,5 км. При температуре 140-160 градусов углероды отделялись от органической массы, получалась нефть, заполнявшая все подземные пустоты.
Немецкие ученые Энглер и Гефер смогли доказать верность этой теории. После перегонки рыбьего жира под давлением и высокими температурами они получили вещество, напоминающее нефть. Русский ученый Н.Д. Зелинский провел свои опыты, используя растительность с озера Балхаш. Он смог добыть из них керосин, бензин и метан.
Абиогенная или неорганическая
Эту теорию происхождения нефти, которую также называют карбидной, предложил Д.И. Менделеев. Она также популярна среди ученых. Менделеев был уверен, что наша планета состоит из расплавленного железа, а его спутниками являются карбиды. Нефть – это продукт, получившийся после реакции воды, попавшей в разломы горных пород, и карбидов железа.
Ученый провел эксперимент, подтвердивший его слова. Но у нее есть и свои противники. Если бы данная теория оказалось истинной, то можно было бы пробурить более глубокие скважины, и получить неограниченные запасы «черного золота». Те, кто придерживаются биогенной гипотезы, говорят, что запасы нефти не возобновляемы, то есть через какое-то время закончатся.
Космическая
Основоположником этой теории является В.Д. Соколов, который был уверен, что нефть появилась из-за того, что к нам из космоса попали неорганические компоненты. И, несмотря на то, что этот русский ученый жил в конце XIX века, современные исследования подтверждают его гипотезу, у нее все больше сторонников.
Получается, что мы до сих пор точно не знаем, как появилась нефть, хватит ли человечеству тех запасов, что у нас имеются. Не исключено, что уже через несколько веков люди придумают что-то новое, и «черное золото» обесценится, но пока без него мы не справляемся.
Минералы и горные породы / органогенный минерал Нефть
Нефть – природное минеральное образование; горючая маслянистая жидкость со специфич. запахом, способная перемещаться в недрах, не смешиваясь с водами, насыщающими горные породы. Среди горючих ископаемых (каустобиолитов) нефть является начальным звеном ряда нафтидов, генетически представляя собой обособившиеся в самостоятельные скопления жидкие продукты преобразования в осад. толще Земли захороненного ОВ. В физическом отношении Нефть – коллоид.-дисперс. сложноорганизованная система.
Плотность нефти колеблется в пределах 730–1040 кг/м3 (обычно 820–950). По плотн. (кг/м3, при t = 20 °С) Нефти подразделяются на особо легкие (< 834,5) и легкие (834,5–874,5). Нефть начинает кипеть при t = 20–100 °C и выше; застывать – при t от +23 до −60 °С; теплоемкость – 1,7–2,1 кДж/(кг·К); вязкость при t = 50 °C равна 0,012–0,550 см2/с. Нефть хорошо растворима в орг. растворителях, в воде практически нерастворима, но может образовывать с водой стойкие эмульсии. Она может растворять газы, их растворимость зависит при прочих равных условиях от состава газа. Растворимость газ. компонентов в нефти понижается с увеличением их сред. молекуляр. массы и изменением состава от алкановых к ареновым и далее к циклановым. Количествово растворенного в нефти газа называют газосодержанием пластовой нефти.
Специфическим свойством нефти является ее оптическая активность. Почти все нефть вращают плоскость поляризации вправо, по часовой стрелке; величина вращения в градусах пересчитывается на уд. вращение.
Сред. молекуляр. масса – 220–300. Молекулярная массы входящих в состав нефти органических соединений варьируют в очень широких пределах: от 100 до 40000. В химическом отношении нефть – сложная смесь УВ и гетероатомных (преимущественно серо-, кислород- и азотсодержащих) органических соединений. Сред. элемент. состав (мас. %): C – 85,0; H – 13,5; O – 0,7; N – 0,3; S – 0,5. В соответствии с отечеств. технологич. классификацией нефти по содерержанию серы (%) делятся на малосернистые, сернистые и высокосернистые (соответственно < 0,50; 0,51–2,00 и > 2,00). 70–90% серы сосредоточено в высших фракциях нефти и особенно в асфальто-смолистых веществах, поэтому наиболее высоким содер. серы характеризуются обычно тяжелые нефти и асфальты. Согласно современным представлениям содер. серы в нефти может определяться как характером исходного живого в-ва и условиями его преобразования в седиментогенезе и диагенезе (первичное осернение), так и условиями нахождения нефти в залежи, в частности, контактом с сульфатсодержащими п. и водами (вторичное осернение). Вторичное осернение происходит гл. обр. в результате биохимич. восстановления сульфатов сульфатвосстанавливающими бактериями. УВ легких фракций нефти представлены алканами, цикланами и аренами.
В зависимости от преобладающей гр. УВ в дистиллатной части нефти подразделяются на классы:
- а) метановые малосмолистые (с содер. алканов (%): в бензиновых фракциях – > 50; в масляных – > 30);
- б) метаново-нафтеновые малосмолистые (соизмеримые кол-ва алканов и цикланов при содер. аренов ≤ 10%,);
- в) нафтеновые (с содер. 60% и более цикланов во всех фракциях при низком содер. алканов);
- г) нафтеново-метаново-ароматические (примерно равное содер. всех гр. УВ при содер. асфальто-смолистых компонентов около 10%);
- д) нафтеново-ароматические (преобладание цикланов и аренов, алканы присутствуют только в легких фракциях, содер. асфальто-смолистых компонентов до 20%);
- е) ароматические (крайне редко встречающийся класс нефти с повышенным содер. аренов во всех фракциях).
Основную массу сред. и высш. фракций составляют алканы с длинной углеродной цепью (н-алканы) и гибридные УВ, молекулы которых содержат как алкановые цепи, так и алициклические и ароматические циклы. Большая часть этих УВ по структуре углеродного скелета близка к природ. липидам, составляя вместе с порфиринами важнейшую в геохимич. отношении гр. соединений нефти – биомаркеров, или «химических ископаемых», широко используемых в современной орг. геохимии для определения исходного материала нефтеобразования, корреляций ОВ – нефть, нефть – нефть и т. д. Для выявления генезиса Н. разработаны разл. геохимич. показатели (коэффициент метаморфизма нефти, коэффициент нечетности, соотношения между биомаркерами и т. д.), позволяющие с той или иной достоверностью восстановить эту историю. Н., находящуюся в первичном залегании, т. е. возникшую в той серии отл., к которой она приурочена, называют нефтью первичной. В этом смысле она противопоставляется нефти вторичной, т. е. находящейся вне тех отл., где происходило ее образование. В зависимости от того, какой именно фактор нефтеобразования рассматривался как доминирующий, в качестве первичной нефти принимались либо тяжелые циклические, способные вследствие термокаталитических процессов в самой залежи превращаться в легкие алкановые нефти, либо легкие алкановые, способные под действием гипергенных процессов превращаться в тяжелые высокосмолистые нефти.
Многочисленные гипотезы происхождения нефти, высказанные начиная с XVII в., укладываются в две гр. – органического и неорганического происхождения. Все гипотезы органического происхождения нефти при значительном расхождении в частных вопросах рассматривают ее как продукт преобразования исходного живого в-ва биосферы. Изучение стадийности, глубины зональности и количественной стороны процессов нефте- и газообразования при катагенезе РОВ материнских п. и геолого-историч. развития этих процессов в ходе формирования бассейнов позволило создать осад.-миграционную теорию нефтегазообразования, позволяющую определять время формирования основных масс нефти и газа, вести раздельный прогноз зон преимущественного нефте- и газонакопления и количественно оценивать потенциальные ресурсы нефти и газа в осадочных бассейнах и их частях. Особенности химич. состава нефти, в первую очередь обнаружение в ее составе биомаркеров, наряду с оптич. активностью также рассматривается как одно из неоспоримых доказательств генетической связи нефти с живым веществом.
Гипотезы неорганического происхождения нефти объединяет идея неорганического синтеза сложных компонентов нефти из простых исходных в-в – C, H2, CO, CO2, CH4, H2O и др. простейших углеродистых соединений, будь то в космосе, в зем. коре или в мантии Земли. Основные доводы в пользу этой гипотезы сводятся:
- а) к наличию углеродистых соединений, в т. ч. УВ, во внеземном (космич.) в-ве, из которого произошла аккреция Земли;
- б) к термодинамически доказанной возможности существования метана в условиях мантии Земли;
- в) к наличию углеродистых соединений в продуктах магматизма мантийного происхождения;
- г) к существованию явления углеводород. дегазации в-ва мантии, проявляющейся как в горячих, связанных с магматизмом, так и в холодных (амагматич.) условиях;
- д) к связи ресурсов нефти и газа с осадочным бассейнами, тяготеющими к глубокопогруженным (6–10 км и более) краям литосферных плит, а также генетическая связь многих нефтегазоносных бассейнов с грабенами и глубинными разломами;
- е) к существованию парагенеза эндогенной средне- и низкотемператур. рудной минерализации (полиметаллы, ртуть, уран и др.) с непром. проявлениями УВ на складчатой периферии бассейнов;
- ж) к распространению Н. и газа по разрезу нефтегазоносных районов до фундамента включительно (т. н. закономерность Н. А. Кудрявцева);
- з) к молодому кайнозойскому возрасту залежей природ. газа и постпалеозойскому, преимущественно кайнозойскому возрасту залежей нефти древних платформ, не согласующемуся со временем проявления нефтегазообразования во вмещающих нефти отл.
Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.
Нефть известна с древнейших времен. Более 6,5 тысяч лет назад люди, проживавшие на территории нынешнего Ирака, добавляли данную жидкость в цементирующий материал, а также в стройматериалы. Жители древнего Египта применяли ее для освещения. Еще она использовалась ими в целях герметизации лодок.
В Древнем Вавилоне нефть продавалась очень активно. В то далекое время на торговле этим природным ресурсом выросли многие города. При сооружении Висячих садов Серамиды было использовано именно это полезное ископаемое. Нефть и сейчас во многих регионов является мощьным двигателем для роста.
В Китае для добычи нефти раньше использовали стволы бамбука. Причем изначально такие стволы создавались для того, чтобы добыть соль.
Путешественник Марко Поло рассказывал в своих трудах, что он видел, как нефть использовали обитатели Апшеронского полуострова. Они использовали ее в качестве топливного сырья для ламп, а также как медикамент от различных кожных недугов.
На территории современной России о нефтяных месторождениях впервые узнали в XV столетии. Впервые этот ресурс был найден на р. Ухта. Использование нефти сводилось к качественым лекарствам, и для хозяйственных нужд.
Месторождения и запасы
Месторождения нефти есть в Азербайджане, Алжире, Бразилии, Венесуэле, Ираке, Иране, Казахстане, Катаре, Китае, Кувейте, Ливии, Мексике, Объединенных Арабских Эмиратах, Норвегии, России, Саудовской Аравии, Узбекистане, а уж сколько стран хотели бы обладать запасами нефти трудно себе даже представить.
Нефть — ресурс невозобновляемый. Запасы нефти до определенного момента росли. Но с 1984 года годовой объем добычи нефти в мире превышает объем обнаруженных запасов этого природного ископаемого.
Особенности использования
Нефть в ее первозданном виде почти не используется. В целях получении из этой жидкости ценных продуктов, ее подвергают переработке. Из нефти создают преимущественно моторное топливо и разнообразные масла.
Также из нефти изготавливают пластмассы, синтетические волокна и каучук, красители, присадки, пластификаторы, моющие средства и многое другое.
Фото органогенного минерала
Статьи по теме
- Западно-Сибирская нефтегазоносная провинция
Первая советская геологическая экспедиция прибыла на югорскую землю в феврале 1935 года. Возглавил ее 24-х летний инженер-геолог Виктор Григорьевич Васильев.
- Что все должны знать о нефти
Райян Карлайл, бакалавр наук в области химического машиностроения, работающий в нефтедобывающей компании инженером по управлению оборудованием для глубоководного бурения, в течении этой недели рассказывает нам пять основных фактов, которые все должны знать про нефть и о компаниях ее добывающих.
- Нефть. Мировая динамика
Сегодня углеводороды это не просто продукт, добываемый из недр земли, их по праву можно назвать кровью человеческой цивилизации.
Месторождения органогенного минерала Нефть
Энергия недр
Фото: ИТАР-ТАСС
Инфографика: Рамблер Инфографика / Алексей Столяров, Анна Деревяненко
Нефтяные месторождения — уникальное хранилище энергии, образованной и накопленной на протяжении миллионов лет в недрах нашей планеты. В этом материале — о том, какой путь проделала нефть, прежде чем там оказаться, из чего она состоит и какими свойствами обладает
Две гипотезы
У ученых до сих пор нет единого мнения о том, как образовалась нефть. Существуют две принципиально разные теории происхождения нефти. Согласно первой — органической, или биогенной, — из останков древних организмов и растений, которые на протяжении миллионов лет осаждались на дне морей или захоронялись в континентальных условиях. Затем перерабатывались сообществами микроорганизмов и преобразовывались под действием температуры и давлений в результате тектонического опускания вглубь недр, формируя богатые органическим веществом нефтематеринские породы.
Необходимые условия для превращения органики в нефть возникают на глубине 1,5–6 км в так называемом нефтяном окне — при температуре от 70 до 190°C. В верхней его части температура недостаточно высока — и нефть получается «тяжелой»: вязкой, густой, с высоким содержанием смол и асфальтенов. Внизу же температура пластов поднимается настолько, что молекулы органического вещества дробятся на самые простые углеводороды — образуется природный газ. Затем под воздействием различных сил, в том числе
градиента
характеризует степень изменения давления в пространстве, в данном случае — в зависимости от глубины пласта
давления, углеводороды мигрируют из нефтематеринского пласта в выше- или нижележащие породы.
60 млн лет может занимать природный процесс образования нефти из органических останков
Природный процесс образования нефти из органических останков занимает в среднем от 10 до 60 млн лет, но если для органического вещества искусственно создать соответствующий температурный режим, то на его переход в растворимое состояние с образованием всех основных классов углеводородов достаточно часа. Подобные опыты сторонники органической гипотезы толкуют в свою пользу: преобразование органики в нефть налицо. В пользу биогенного происхождения нефти есть и другие аргументы. Так, большинство промышленных скоплений нефти связано с осадочными породами. Мало того — живая материя и нефть сходны по элементному и изотопному составу. В частности, в большинстве нефтяных месторождений обнаруживаются биомаркеры, такие как порфирины — пигменты хлорофилла, широко распространенные в живой природе. Еще более убедительным можно считать совпадение изотопного состава углерода биомаркеров и других углеводородов нефти.
Состав и свойства нефти
ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕФТИ МОГУТ ЗНАЧИТЕЛЬНО РАЗЛИЧАТЬСЯ ДЛЯ РАЗНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Основные химические элементы, из которых состоит нефть: углерод — 83–87%, водород — 12–14% и сера — до 7%. Последняя обычно присутствует в виде сероводорода или меркаптанов, которые могут вызывать коррозию оборудования. Также в нефтях присутствует до 1,7% азота и до 3,5% кислорода в виде разнообразных соединений. В очень небольших количествах в нефтях содержатся редкие металлы (например, V, Ni и др.).
От месторождения к месторождению характеристики и состав нефти могут различаться очень значительно. Ее плотность колеблется от 0,77 до 1,1 г/см³. Чаще всего встречаются нефти с плотностью 0,82–0,92 г/см³.Температура кипения варьирует от 30 до 600°C в зависимости от химического состава. На этом свойстве основана разгонка нефтей на фракции. Вязкость сильно меняется в зависимости от температуры. Поверхностное натяжение может быть различным, но всегда меньше, чем у воды: это свойство используется для вытеснения нефти водой из пор пород-коллекторов.
Большинство ученых сегодня объясняют происхождение нефти биогенной теорией. Однако и неорганики приводят ряд аргументов в пользу своей точки зрения. Есть различные версии возможного неорганического происхождения нефти в недрах земли и других космических тел, но все они опираются на одни и те же факты. Во-первых, многие, хотя и не все месторождения связаны с зонами разломов. Через эти разломы, по мнению сторонников неорганической концепции, нефть и поднимается с больших глубин ближе к поверхности Земли. Во-вторых, месторождения бывают не только в осадочных, но также в магматических и метаморфических горных породах (впрочем, они могли оказаться там и в результате миграции). Кроме того, углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов. Наконец, третий, наиболее весомый аргумент в пользу неорганической теории состоит в том, что углеводороды есть не только на Земле, но и в метеоритах, хвостах комет, в атмосфере других планет и в рассеянном космическом веществе. Так, присутствие метана отмечено на Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне. На Титане, спутнике Сатурна, обнаружены реки и озера, состоящие из смеси метана, этана, пропана, этилена и ацетилена. Если на других планетах Солнечной системы эти вещества могут образовываться без участия биологических объектов, почему это невозможно на Земле?
С точки зрения современных сторонников неорганической, или минеральной, гипотезы, углеводороды образуются из содержащихся в мантии Земли воды и углекислого газа в присутствии закисных соединений металлов на глубинах 100–200 км. Высокое давление в недрах земли препятствует термической деструкции сложных молекул углеводородов. В свою очередь сторонники органики не отрицают, что простые углеводороды, например метан, могут иметь и неорганическое происхождение. Опыты, направленные на подтверждение абиогенной теории, показали, что получаемые углеводороды могут содержать не более пяти атомов углерода, а нефть представляет собой смесь более тяжелых соединений. Этому противоречию объяснений пока нет.
Этапы образования нефти
СТАДИИ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ПОРОД И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ НЕФТИ
- осадконакопление (седиментогенез) — в процессе накопления осадка остатки живых организмов выпадают на дно водных бассейнов или захороняются в континентальной обстановке;
- биохимическая (диагенез) — происходит уплотнение, обезвоживание осадка и биохимические процессы в условиях ограниченного доступа кислорода;
- протокатагенез — опускание пласта органических остатков на глубину до 1,5–2 км при медленном подъеме температуры и давления;
- мезокатагенез, или главная фаза нефтеобразования (ГФ Н), — опускание пласта органических остатков на глубину до 3–4 км при подъеме температуры до 150°C. При этом органические вещества подвергаются термокаталитической деструкции, в результате чего образуются битуминозные вещества, составляющие основную массу микронефти. Далее происходит «отжим» нефти за счет перепада давления и эмиграционный вынос микронефти в пласты-коллекторы, а по ним — в ловушки;
- апокатагенез керогена, или главная фаза газообразования (ГФГ ), — опускание пласта органических остатков на глубину (как правило, более 4,5 км) при подъеме температуры до 180—250°C. При этом органическое вещество теряет нефтегенерирующий потенциал и генерирует газ.
В ловушке
Помимо чисто научного интереса гипотезы, объясняющие происхождение нефти и газа, имеют еще и политическое звучание. Действительно, раз уж нефть может получаться из неорганических веществ и темпы ее образования не десятки миллионов лет, как предполагает биогенная концепция, а во много тысяч раз выше, значит, проблема скорого исчерпания запасов становится как минимум не столь однозначной. Однако для нефтяников вопрос о том, откуда берется нефть, принципиален скорее с той точки зрения, может ли теория предсказать, где именно нужно искать месторождения. С этой задачей органики справляются лучше.
В сугубо прагматическом отношении для добычи важно знать даже не то, где нефть зародилась, а где она находится сейчас и откуда ее можно извлечь. Дело в том, что в земной коре большая часть нефти не остается в материнской породе, а перемещается и скапливается в особых геологических объектах, называемых ловушками. Даже если предположить, что нефть имеет неорганическое происхождение, ловушки для нее все равно за редким исключением находятся в осадочных бассейнах.
Под действием различных факторов углеводороды отжимаются из нефтематеринских пород в породы-коллекторы, способные вмещать флюиды (нефть, природный газ, воду). Таким образом, нефтяное месторождение — вовсе не подземное «озеро», заполненное жидкостью, а достаточно плотная структура. Коллекторы характеризуются пористостью (долей содержащихся в них пустот) и проницаемостью (способностью пропускать через себя флюид). Для эффективного извлечения нефти из коллектора важно благоприятное сочетание обоих этих параметров.
Типы коллекторов
БОЛЬШАЯ ЧАСТЬ ЗАПАСОВ НЕФТИ СОДЕРЖИТСЯ В ДВУХ ТИПАХ КОЛЛЕКТОРОВ
Терригенные (пески, песчаники, алевролиты, некоторые глинистые породы и др.) состоят из обломков горных пород и минералов. Этот тип коллекторов наиболее распространен: на них приходится 58% мировых запасов нефти и 77% газа. В качестве пустотного пространства, в котором накапливается нефть, в основном выступают поры — свободное пространство между зернами, из которых состоит коллектор.
Карбонатные (в основном известняки и доломиты) занимают второе место по распространенности (42% запасов нефти и 23% газа). Имеют сложную трещиноватую структуру. Нефть обычно содержится в кавернах, появившихся в результате выветривания и вымывания твердой породы, а также в трещинах. Наличие трещин влияет и на фильтрационные свойства коллектора, обеспечивая проводимость жидкости.
Вулканогенные и вулканогенно-осадочные (кислые эффузивы и интрузивы, пемзы, туфы, туфопесчаники и др.) коллекторы отличаются характером пустотного пространства — в основном это трещины, — резкой изменчивостью свойств в пределах месторождений.
Глинисто-кремнисто-битуминозные отличаются значительной изменчивостью состава, неодинаковой обогащенностью органическим веществом. Промышленная нефтеносность глинисто-кремнисто-битуминозных пород установлена в баженовской (Западная Сибирь) и пиленгской (Сахалин) свитах.
Двигаясь по коллектору, флюид в какой-то момент может упереться в непроницаемый для него экран — флюидоупор. Слои такой породы называют покрышками, а вместе с коллектором они формируют ловушки, удерживающие нефть и газ в месторождении. В классическом варианте в верхней части ловушки может присутствовать газ (он легче). Снизу залежь подстилается более плотной, чем нефть, водой.
Классификации ловушек чрезвычайно разнообразны (часть из них см. на рис.). Наиболее простая и с точки зрения геологоразведки, и для дальнейшей добычи — антиклинальная ловушка (сводовое поднятие), перекрытая сверху пластом флюидоупора. Такие ловушки образуются в результате изгибов пластов осадочного чехла. Однако помимо изгибов внутренние пласты претерпевают и множество других деформаций. В результате тектонических движений, например, пластколлектор может деформироваться и потерять свою однородность. В этом случае процессы геологоразведки и добычи оказываются намного сложнее. Еще одна неприятность, которая поджидает нефтяников со стороны ловушек, — замещение проницаемых пород, обладающих хорошими коллекторскими свойствами, например песчаников, непроницаемыми. Такие ловушки называются литологическими.
Антиклиналь
Тектоническая экранированная ловушка
Соляной купол
Стратиграфическая ловушка
Ровесница динозавров
Когда же образовались те структуры, в которых сегодня находят нефть? Основные ее ресурсы сосредоточены в относительно молодых мезозойских и кайнозойских отложениях, сформировавшихся от нескольких десятков млн до 250 млн лет назад. Однако добыча нефти ведется и из палеозойских отложений (до 500 млн лет назад), а в Восточной Сибири — даже из отложений верхнего протерозоя, которым более полумиллиарда лет.
Многочисленные нефтяные месторождения встречаются в отложениях девона (420–360 млн лет назад). В этот период на Земле появились насекомые и земноводные, в морях большого разнообразия достигли рыбы и кораллы. Во время пермского периода (300–250 млн лет назад) климат стал более засушливым, в результате чего высыхали моря и образовывались мощные соляные толщи, ставшие впоследствии идеальными флюидоупорами.
Эпоха господства динозавров — юрский (200–145 млн лет назад) и меловой (145–66 млн лет назад) периоды мезозоя — характеризуется максимальным расцветом жизни и связана с высоким осадконакоплением. Некоторые гигантские и крупные месторождения (Иран, Ирак) нефти находят в отложениях палеогена(66—23 млн лет назад). Известны месторождения нефти в четвертичных породах возрастом менее 2 млн лет (Азербайджан).
Впрочем, связь между возрастом пород-коллекторов и временем образования нефти не прямолинейна. Этот процесс может быть последовательным: в юрском или меловом периоде органический осадок начал опускаться вниз и преобразовываться в нефть, которая по прошествии нескольких десятков миллионов лет мигрировала в коллекторы, принадлежащие к более молодым комплексам пород. С другой стороны, древние нефтематеринские породы, образованные в палеозое, могли опуститься на достаточную для созревания нефти глубину намного позднее. Таким образом, в одних и тех же коллекторах можно найти и более молодую, и древнюю нефть, значительно различающиеся по своим свойствам.
Смешанные свойства
Между тем моментом, когда на дно морского бассейна опускается отмерший планктон, и тем, когда накопившийся слой органики, погрузившись на несколько километров вниз, отдает нефть, миллионы лет и целый ряд химических и физических преобразований. Поэтому нет ничего удивительного в том, что состав нефти крайне разнообразен и неоднороден. Именно поэтому сами нефтяники привыкли употреблять это слово во множественном числе — говоря о разведке или добыче нефтей и подразумевая, что каждый раз извлекаемая жидкость будет уникальной, отличающейся от всего, что было добыто ранее.
В своей основе нефть — сложная смесь углеводородов различной молекулярной массы. Преобладают в ней алканы, нафтены и арены. Наиболее простые из них — алканы (парафиновые углеводороды), у которых к атомам углерода присоединено максимальное количество атомов водорода. К алканам относятся метан, этан, пропан, бутан, пентан и т. д. Они могут быть представлены газами, жидкостями и твердыми кристаллическими веществами. Количество алканов в нефти колеблется от четверти до семидесяти процентов объема. При большом проценте алканов нефть считается парафинистой. С точки зрения добычи такое свойство считается проблемным — при подъеме нефти из скважины и соответственном уменьшении температуры парафины могут кристаллизоваться и выпадать на стенки скважин.
Нафтены — соединения, в которых атомы углерода соединяются в циклическое кольцо (циклопропан, циклобутан, циклопентан и др.). Все связи углерода и водорода здесь насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами. Нафтены могут иметь от 2 до 5 циклов в молекуле, по их составу химики пытаются определять зрелость и другие свойства нефти.
В составе аренов, или ароматических углеводородов, также есть циклические структуры — бензольные ядра. Для них характерны большая растворяемость, более высокая плотность и температура кипения. Обычно нефть содержит 10–20% аренов, а в ароматических нефтях их содержание доходит до 35%. Наиболее богаты аренами молодые нефти. Арены — ценное сырье при производстве синтетических каучуков, пластмасс, синтетических волокон, анилино-красочных и взрывчатых веществ, фармацевтических препаратов.
Нефть любят называть черным золотом, однако чистые углеводороды бесцветны. Цвет нефтям придают разнообразные примеси, в основном смолы. Асфальтосмолистая часть нефтей — вещество темного цвета. Входящие в ее состав асфальтены растворяются в бензине.
Нефтяные смолы, напротив, не растворяются. Они представляют собой вязкую или твердую, но легкоплавкую массу. Наибольшее количество смол отмечается в тяжелых темных нефтях, богатых ароматическими углеводородами. Такие нефти обладают повышенной вязкостью, что затрудняет их извлечение из пласта.