Нефть Удмуртии

  I.Введение.

  Бурный  научно-технический прогресс и высокие  темпы развития различных отраслей науки и мирового хозяйства в XIX – XX вв. привели к резкому увеличению потребления различных полезных ископаемых, особое место среди которых заняла нефть.

  Считают, что современный термин “нефть”  произошел от слова “нафата”, что  на языке народов Малой Азии означает просачиваться.

  Нефть начали добывать на берегу Евфрата  за 6 – 4 тыс. лет до нашей эры. Использовалась она и в качестве лекарства. Древние  египтяне использовали асфальт (окисленную нефть) для бальзамирования. Нефтяные битумы использовались для приготовления  строительных растворов. Нефть входила  в состав “греческого огня”. В  средние века нефть использовалась для освещения в ряде городов  на Ближнем Востоке, Южной Италии. В начале XIX века в России, а в середине XIX века в Америке из нефти путем возгонки был получен керосин. Он использовался в лампах. До середины XIX века нефть добывалась в небольших количествах из глубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность. Изобретение парового, а затем дизельного и бензинового двигателя привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.

  Современный уровень цивилизации и технологии был бы немыслим без той дешевой  и обильной энергии, которую предоставляет  нам нефть. Сегодня она имеет несколько значений для народного хозяйства страны:

  ·              сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей;

  ·              источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт);

  ·              сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста.

  Нефть – наше национальное богатство, источник могущества России, фундамент ее экономики.

  Основным  ресурсом недр республики Удмуртия является нефть. Нефтепоисковые работы в республике начаты в 1945 и продолжаются в настоящее время. Нефтепроявления различной интенсивности встречены почти во всех стратиграфических подразделениях палеозойного осадочного чехла. Разведанные промышленные запасы нефти составляют приблизительно 300 млн тонн, при ежегодной добыче в 10 млн тонн. Всего государственным балансом учтены 114 месторождений нефти, 72 из которых находятся в разработке, а 32 подготовлены для промышленного освоения. Промышленные залежи нефти выявлены в основном в девонских и каменноугольных отложениях и приурочены к пликативным антиклинальным, братихиантиклинальным складкам, рифогенным массивам.  Крупнейшие месторождения — Чутырско-Киенгопское, Мишкинское, Гремихинское, Ельниковское, Вятское, Карсовайское.

  В целом нефти тяжелые, смолистые, с абсолютной глубиной залегания от 680 до 2000 м. плотность колеблется от 0,870 до 0,910 г/, цвет от черного смолистого в вендских и нижнекаменноугольных залежах до темно-коричного и коричного в девонских и среднекаменноугольных отложениях. 
 

  II.Происхождение нефти.

  В современном научном мире существуют две основные гипотезы о происхождении  нефти.

• Биогенная (органическая) теория.

      Ее сущность заключается в том, что все горючие углеродистые ископаемые (нефть, газ, уголь, горючие сланцы)  являются генетически родственными образованиями. Все они возникли из отмерших остатков живых организмов, обитавших на Земле в разные геологические эпохи. Источником образования нефти являются органические остатки преимущественно низших растительных (планктон, водоросли, и др.) и животных (рачки, бактерии, и др.), обитавших в толще воды и на дне водоемов. Под действием окружающей среды водоемов происходило разложение отмерших организмов. В результате нефть содержит соединения с унаследованной структурой исходного растительного материала и соединения, полученные в результате его дальнейших превращений.

   Впервые гипотеза об органическом происхождении нефти была высказана М.В. Ломоносовым еще в 1763г. по мнению М.В. Ломоносова, нефть образовалась под действием «подземного огня на окаменелые уголья», в результате чего возникли асфальты, нефти и «каменные уголья».

   Позже было приведено множество  экспериментальных работ в подтверждение  этой гипотезы. В 1932г. И.М. Губкин  сформулировал положения о биогенном  происхождении нефти. В качестве  исходного вещества для образования  нефти он рассматривал сапропель.  Сапропель – органические илы,  состоящие из разложившихся остатков преимущественно низших водорослей и микроорганизмов водоемов. По мере погружения сапропелевого пласта, обогащенного органическими остатками, в глубину земных недр в нем возрастают давления и температуры. В результате термокаталитических процессов органическое вещество превращалось в нефть.

   Академик И.М. Трофимчук, дополнив  и уточнив основополагающие взгляды  Академика И.М. Губкина, предложил  выделить пять основных  стадий  образования нефти: осадконакопление, биохимическая стадия, протокатагенез, мезокатагенез, апокатагенез.

  В процессе образования нефть способна перемещаться в земной коре по проницаемым проводам не только в глубину. При эмиграции к поверхности нефть теряет легкие фракции, окисляется и утяжеляется. Она характеризуется повышенной плотностью, низким содержанием бензиновых фракций и высоким содержанием тяжелых высокомолекулярных веществ.

• Абиогенная (неорганическая) теория.

       Эту гипотезу высказал Д.И. Менделеев в 1877 г. в основе этой теории лежит возможность образования углеводородов при взаимодействии расплавленных карбидов металлов с водой.

    + 2O => + Ca(OH.

К сожалению, эта гипотеза не объяснила причин многообразия состава нефтей даже в  одном месторождении, а также  того, что нефть обнаруживают в  осадочных породах, содержащих остатки  живых организмов.

• Современный взгляд.

      Вопросы об исходном веществе, из которого образовалась нефть, о процессах нефтеобразования и формирования нефти в концентрированную залежь, а отдельных залежей в месторождения до сего времени ещё не являются окончательно решёнными. Существует множество мнений как об исходных для нефти веществах, так и о причинах и процессах, обусловливающих её образование. В последние годы благодаря трудам главным образом советских геологов, химиков, биологов, физиков и исследователей других специальностей удалось выяснить основные закономерности в процессах нефтеобразования. В настоящее время установлено, что нефть органического происхождения, т.е. она, как и уголь, возникла в результате преобразования органических веществ.

   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.

   Весь  процесс занимает сотни миллионов  лет. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   III. Состав нефти.

   Нефть – это горная порода. Она относится  к группе осадочных пород вместе с песками, глинами, известняками, каменной солью и др. Мы привыкли считать, что порода – это твердое вещество, из которого состоит земная кора и  более глубокие недра Земли. Оказывается, есть и жидкие породы, и даже газообразные. Одно из важных свойств нефти –  способность гореть.

   В зависимости от месторождения нефть  имеет различный качественный и  количественный состав. Нефти состоят  главным образом из углерода – 79,5-87,5% и водорода – 11,0-14,5% от массы нефти. Кроме них в нефтях присутствуют еще три элемента – сера, кислород и азот. Их общее количество обычно составляет 0,5-8%. В незначительных концентрациях  в нефтях встречаются элементы: ванадий, никель, железо, алюминий, медь, магний, барий, стронций, марганец, хром, кобальт, молибден, бор, мышьяк, калий. Их общее  содержание не превышает 0,02-0,03% от массы  нефти. Указанные элементы образуют органические и неорганические соединения, из которых состоят нефти. Кислород и азот находятся в нефтях только в связанном состоянии. Сера может  встречаться в свободном состоянии  или входить в состав сероводорода.

   В состав нефти входит около 425 углеводородных соединений. Главную часть нефтей составляют три группы УВ: метановые, нафтеновые и ароматические. По углеводородному  составу все нефти подразделяются на: 1) метаново-нафтеновые, 2) нафтеново-метановые, 3) ароматическо-нафтеновые, 4) нафтеново-ароматические, 5) ароматическо-метановые, 6) метаново-ароматические  и 7) метаново-ароматическо-нафтеновые. Первым в этой классификации ставится название углеводорода, содержание которого в составе нефти меньше.

   Метановые УВ (алкановые или алканы) химически  наиболее устойчивы, они относятся  к предельным УВ и имеют формулу C_nH_2n+2. Если количество атомов углерода в молекуле колеблется от 1 до 4 (СН₄-С₄Н₁₀), то УВ представляет собой газ, от 5 до 16 (C₅H₁₆-C₁₆H₃₄) то это жидкие УВ, а если оно выше 16 (С₁₇Н₃₆ и т.д.) – твердые (например, парафин).

   Нафтеновые (циклановые или алициклические) УВ (C_nH_2n) имеют кольчатое строение, поэтому их иногда называют карбоциклическими соединениями. Все связи углерода с водородом здесь также насыщены, поэтому нафтеновые нефти обладают устойчивыми свойствами.

   Ароматические УВ, или арены (С_nН_n), наиболее бедны водородом. Молекула имеет вид кольца с ненасыщенными связями углерода. Они так и называются – ненасыщенными, или непредельными УВ. Отсюда их неустойчивость в химическом отношении.

  Наряду  с углеводородами в нефтях присутствуют химические соединения других классов. Обычно все эти классы объединяют в одну группу гетеросоединений (греч. “гетерос” – другой). В нефтях также обнаружено более 380 сложных  гетеросоединений, в которых к  углеводородным ядрам присоединены такие элементы, как сера, азот и  кислород. Большинство из указанных  соединений относится к классу сернистых  соединений – меркаптанов. Это очень  слабые кислоты с неприятным запахом. С металлами они образуют солеобразные соединения – меркаптиды. В нефтях меркаптаны представляют собой соединения, в которых к углеводородным радикалам  присоединена группаSH.

  Меркаптаны  разъедают трубы и другое металлическое  оборудование буровых установок  и промысловых объектов.

  В нефтях так же выделяют неуглеводородные соединения: асфальто-смолистую части, порфирины, серу и зольную часть.

  Асфальто-смолистая  часть нефтей – это темноокрашенное  вещество. Оно частично растворяется в бензине. Растворившаяся часть  называется асфальтеном, нерастворившаяся – смолой. В составе смол содержится кислород до 93 % от общего его количества в нефтях.

  Порфирины – особые азотистые соединения органического  происхождения. Считают, что они  образованы из хлорофилла растений и  гемоглобина животных. При температуре 200-250^оС порфирины разрушаются.

  Сера  широко распространена в нефтях и  в углеводородном газе и содержится либо в свободном состоянии, либо в виде соединений (сероводород, меркаптаны). Количество ее колеблется от 0,1% до 5%, но бывает и значительно больше. Так, например, в газе Астраханского месторождения содержание Н₂S достигает 24 %.

  Зольная часть – остаток, получающийся при  сжигании нефти. Это различные минеральные  соединения, чаще всего железо, никель, ванадий, иногда соли натрия.

  Кислород  в нефтях встречается в связанном  состоянии также в составе  нафтеновых кислот (около 6%) –C_nH_2n-1(COOH), фенолов (не более 1%) – C₆H₅OH, а также жирных кислот и их производных – C₆H₅O₆(P). Содержание азота в нефтях не превышает 1%. Основная его масса содержится в смолах. Содержание смол в нефтях может достигать 60% от массы нефти, асфальтенов – 16%.