ХИМИЯ НЕФТИ И ГАЗА
Л.5 Гипотезы происхождения нефти. Классические гипотезы минерального и органического происхождения нефти. Новейшие представления об образовании нефти и газа. Представления об образовании основных классов углеводородов нефти
Представления об образовании основных классов углеводородов нефти
Нормальные и разветвленные алканы нефти С_9-40 могут образоваться тремя путями и все они связаны с организмами:


Изопреноидные алканы – разновидность разветвленных алканов.

Циклические алканы (нафтены), присутствующие в нефтях от 25 до 75 %, также характерны для организмов

Источником их в нефти могут быть легкие эфирные масла, стероиды и терпеноиды




Распространены в организмах линейные терпеноиды, каротиноиды, непредельные жирные кислоты из которых в результате циклизации в осадках образуются циклоалканы
(СН3)₂С=СНСН₂СН₂С(СН3)=СНСН₂СН₂С(СН3)=СНСН₂ОН
фарнезол


Ароматические углеводороды. Эти вещества для организмов не характерны. В нефтях их содержание высоко 10-20 %, в ароматических нефтях до 35 %.

В организмах есть арены – в лигнине, некоторые аминокислоты, но это в основном одинарные кольца с алкильными заместителями или фенолы. Их доля в организмах мала, так как это яды, бактерицидные вещества.

Основной синтез аренов происходит при глубоком изменении органики при высоких температурах. Например, при повышенных температурах в недрах происходит дегидрирование циклов нафтеновых в ароматические.

---

При пожарах обнаруживают огромное количество образующейся полиароматики.
Метан и некоторые низкомолекулярные углеводороды нефти – бензиновые компоненты – могут образовываться непосредственно из углерода и водорода в недрах на больших глубинах. Земля дегазирует метаном, водородом и другими газами, в местах, где нет органических осадков. То есть легкие углеводороды могут попасть в нефть при миграции с больших глубин и их образование может быть не связано с организмами.
Все эти научные данные и результаты множества специальных лабораторных экспериментов позволили появиться множеству гипотез происхождения нефти.
Разработка теории нефтегазообразования насчитывает более 2,5 веков. В основе ее изначально лежали две противоположные гипотезы – органического и неорганического происхождения.

Гипотезы неорганического или минерального происхождения нефти
Нефть и углеводородные газы образуются за счет глубинной энергии Земли.
На сегодня их существует несколько: карбидная гипотеза Менделеева, космическая (или метеоритная) гипотеза, гипотеза глубинного неорганического синтеза (эндогенная).

В основе этих теорий лежит представление об образовании углеводородов в результате синтеза из простых элементов С, Н₂, СО, СО_2, СН₄, Н₂О при высокой температуре.

Карбидная гипотеза. Менделеев считал, что основой процесса образования УВ является взаимодействие карбидов металлов глубинных пород с водой.

Д. И. Менделеев впервые изложил в виде стройной научной концепции представления о глубинном происхождении углеводородов и доложил ее на заседании Всероссийского химического общества 13 января 1877 г. и в том же году опубликовал специальный раздел «О происхождении нефти» в работе «Нефтяная промышленность в Северо-Американском штате Пенсильвания и на Кавказе». В этих работах и в статье «Нефть» в словаре Брокгауза и Ефрона (1897 г.) уже содержатся те главные аргументы в пользу неорганического происхождения нефти, которые используются и в настоящее время:

• 
  связь месторождений с глубинными разломами и газовым (грязевым) вулканизмом;
  
• 
  наличие аномального высокого пластового давления (АВПД) в пластах, вызывающее фонтанирование нефти;
  
• 
  присутствие в метеоритах углеродистых соединений (в том числе битумов), а в глубоких недрах Земли – сильных восстановителей, среди которых особое значение придавалось неокисленному железу в изверженных породах.
  

---

Д. И. Менделеев обрабатывал кристаллический марганцовистый чугун (с 8 % углерода) соляной кислотой и получил жидкую смесь углеводородов, по запаху, виду и реакциям идентичную природной нефти. Подобные опыты были повторены позднее Муассаном (1897 г.), К. В. Харичковым (1903, 1911 гг.) и др. Таким образом, была доказана теоретическая возможность синтеза углеводородов в глубоких недрах Земли.

Схема образования жидких и газообразных углеводородов, предложенная Д. И. Менделеевым проста:

2Fe₂C + 6H₂O = 2Fe₂O₃ + C₂H₆ + 3Н₂
Образующиеся по этой схеме углеводороды поднимаются затем в верхнюю холодную часть земной коры, где конденсируются и накапливаются в пористых осадочных породах.

Объясняя широкое распространение месторождений по земному шару, эта гипотеза все же ограничивает их расположение вдоль локальных зон, связанных с глубинными разломами земной коры.

Концепция Д. И. Менделеева получила мощную поддержку ученых-химиков, но приоритет в решении вопроса происхождения нефти химики отдали геологам как обладателям конкретных знаний о залежах нефти и вмещающих ее горных породах.

Карбиды металлов (Fe₂C, TiC, Cr₂C₃, WC) и SiC действительно обнаружены в глубинных горных породах, выносимых с больших глубин. В принципе взаимодействие их с глубинной поровой водой возможно. Но крупных скоплений карбиды не образуют. Пока находят только мельчайшие редкие рассеянные вкрапления в породе. Поэтому говорить о масштабном образовании УВ таким путем пока не приходится.

Космическая (метеоритная) гипотеза была выдвинута Н.А. Соколовым в 1892 г.

Предполагалось, что углеводороды могли образоваться из простых веществ на космической стадии формирования Земли. Сначала они находились в газовой фазе. Сгореть они не могли, так как свободного кислорода практически не было. По мере остывания Земли они поглощались породами. Породы уплотнялись, углеводороды перемещались в верхнюю часть земной коры и образовывали скопления.

Эта гипотиза практически никем не поддерживается, но, как вы увидите далее, по ряду фактов заслуживает внимания. Углерод, водород, углеводороды обнаруживают в метеоритах. В атмосферах Юпитера, Титана обнаружены предельные и непредельные углеводороды, застывший в виде снега и льда метан, аминокислоты. Количества их в абсолютном выражении огромны.

Однако нет объяснения почему основные месторождения нефти находятся в осадочной толще, которая формировалась гораздо позднее остывших магматических пород земной коры. Почему тогда практически не находят месторождений нефти в базальтовом фундаменте.

---

К этой гипотезе исследователи периодически «поворачиваются лицом» (передом). Поиски нефти в фундаменте ведутся. Но из-за неудач интерес каждый раз затухает.
Гипотезы глубинного неорганического синтеза (эндогенная).

В 1950-60 гг. В СССР активно исследовали возможность прямого синтеза углеводородов в глубине Земли из смеси Н₂, СО, СО₂ и СН₄ по схеме каталитических реакций Фишера-Тропша:

СО + 3Н₂ = СН₄ + Н₂

или в общей форме:

nCO + (2n+1)H₂  C_nH_2n+2 + nH₂O
По такой схеме могут образовываться н-алканы, изоалканы, олефины, ароматические УВ. Но нафтеновые углеводороды, широко распространенные во всех нефтях, по такой схеме синтезированы не были. Кроме того осуществление данных реакций требует наличие катализаторов (восстановленные металлы VIII группы, т.е. Со, Ni, Pt), для которых ядами являются сернистые и азотистые соединения, широко распространенные в горных породах. Т.е. образование нефтей в результате таких реакций маловероятно в природных условиях.
Новый этап в развитии неорганической теории связан с именем Н.А. Кудрявцева (Кудрявцев, 1963) и его последователей (Бескровный, 1978). Кудрявцев попытался объединить концепции космическую и эндогенного синтеза. Он основывался на фактах обнаружения месторождений нефти и газа вдоль зон глубинных разломов земной коры; в породах фундамента, в изверженных породах (гипербазиты Кубы и др.)
Главными основаниями неорганической (абиогенной) концепции происхождения нефти в изложении одного из учеников и последователей Н. А. Кудрявцева – Н. С. Бескровного – являются:

1. Наличие углеродистых соединений, в том числе углеводородов, во внеземном (космическом) веществе, из которого произошла аккреция Земли. Космические зонды обнаружили в атмосферах Юпитера и Титана С₂Н₂, С₂Н₄, С₂Н₆, С₃Н₈, HCN, HC₃N, C₂N₂. Эти же и многие другие углеродистые соединения обнаружены в газопылевых облаках межзвездной среды. В разных формах присутствует углерод в метеоритах. Среднее содержание С в наиболее распространенных метеоритах – хондритах – оценивается в 0,04 %, в углистых хондритах достигает 5 %. В состав сложного углеродистого вещества углистых хондритов входят аминокислоты, н-алканы, пристан, фитан, иногда порфирины и даже оптически активные вещества.

---

          2. В условиях мантии Земли метан остается стабильным, не разрушается при температурах до 1300–1500 ºС

         3. Углеродистые соединения присутствуют в продуктах магматизма мантийного происхождения. В кимберлитах и их минералах (алмазах, оливинах, гранатах и др.), перидотах, толеитовых базальтах, нефелиновых сиенитах и других щелочных породах, а также в гидротермальных системах современного и древнего вулканизма содержатся такие вещества, как Н₂, СО, спирты, СН₄ и некоторые более сложные углеводороды.

         4. Вещество мантии дегазирует как в горячих, связанных с магматизмом, так и в «холодных» амагматических условиях. Активный современный вулканизм островных дуг характеризуется углекисло-углеводородным составом продуктов дегазации. Рифты в пределах современных термальных полей отмечаются проявлением водорода и метана. “Холодной” дегазацией мантии объясняются скопления нефти в гранитах кристаллического фундамента при сверхгидростатических давлениях. Примеры холодной водородной и метано-водородной дегазации выявлены в сквозных проницаемых зонах типа сейсмоактивного глубинного сбросо-сдвига Сан-Андреас в штате Калифорния (США) и др. (примеры все связаны с газообразными)

         5. Многие нефтегазоносные бассейны имеют генетическую связь с грабенами и глубинными разломами. Нефть и газ находят в осадочных бассейнах, тяготеющих к глубокопогруженным (6–10 км и более) краям литосферных плит, ограниченным сейсмоактивными геодинамическими поясами на орогенном и рифтовом этапах развития.

           6. Глобальная и региональная неравномерность распространения мировых ресурсов нефти и газа, отражающая очаговый или вертикально-миграционный механизм нефте- и газообразования. Основные мировые ресурсы нефти и газа содержатся в небольшом количестве бассейнов, а в пределах последних – в ряде крупных месторождений. Из 600 осадочных бассейнов, имеющихся на Земле, 400 уже изучены глубоким бурением, из них 240 оказались непродуктивными. Из 160 промышленно нефтегазоносных бассейнов 26 содержат 89 % мировых ресурсов нефти и газа (один Арабо-Иранский – 47,5%), еще 24 – 6,28 % и остальные 110 бассейнов – только 4,72 %. Эта неравномерность проявляется и в том, что 89 % мировых ресурсов нефти сконцентрировано в 37 супергигантских (более 0,8 млрд. м³) и 300 гигантских месторождениях.

7. Распространение нефти и газа по разрезу нефтегазоносных районов до фундамента включительно (так называемая закономерность Н. А. Кудрявцева).

---

Смотрите также файлы

• Описание работы контрольного приспособления.docx

• Компьютерные системы и комплексы.docx

• Задание. В чем разница между имущественным страхованием и страхованием ответственности Объясните на примере осаго и Каско. Ответ.docx

• национальный социальнопедагогический колледж отчет о прохождении учебной.docx

• Оптимизация буровых процессов и планирование эксперимента вариант4.docx