Нефть и газ См. также «Большой и малый бизнес» (с.16)Там, где есть мусульмане, есть нефть; обратное утверждение неверно.Чарлз Иссави, британский востоковедСправедливая цена за бензин – столько, сколько можно за него получить, плюс десять процентов.Арабский бизнесмен Али

Нефть - ископаемое вещество, представляющее собой маслянистую горючую жидкость. Залежи нефти находят на глубинах от нескольких десятков метров до 5-6 километров. Максимальное количество залежей располагается на глубине 2-3 километра. Нефть остается главным топливным сырьем в мире. Ее доля в мировом энергобалансе - 46%.

Характеристики и виды нефти

По химическому составу нефть - смесь около 1000 веществ. Главный "ингредиент" - углеводороды с различной молекулярной массой. В составе нефти их около 80-85%. Различают три вида углеводородов: парафиновые (метановые), нафтеновые и ароматические. Последние - самые токсичные.

Около 4-5% в составе нефти занимают органические соединения - сернистые, азотистые и кислородные. Остальные компоненты: углеводородные газы, вода, минеральные соли, металлы, механические примеси (песок, глина, известняк).

Цвет нефти разнится: от светло-желтого до темно-коричневого. Встречается и черная нефть, и насыщенно-зеленая и даже бесцветная. Запах тоже может быть разным: от легкого и приятного до тяжелого. Все зависит от содержания в нефти серы, кислорода и азота.

Самый важный показатель качества нефти - ее плотность. Чем она легче, тем выше ценится. Выделяют: легкую нефть (800— 870 кг/м ³), среднюю (870-910 кг/м ³) и тяжелую (свыше 910 кг/м ³). Показатели зависят от состава нефти, от температуры, давления и количества содержания газов. Плотность нефти измеряют ареометром.

Другие параметры, по которым определяется качество нефти: вязкость, температура кристаллизации, горения и вспышки, электрическая проводимость и теплоемкость.

Месторождение нефти

Нефть относится к невозобновляемым ресурсам. Месторождения этого полезного ископаемого классифицируют по-разному: в зависимости от географического месторасположения, от разведанности и изученности, от форм и размеров залежей.

Самая богатая нефтью страна - Саудовская Аравия (36 млрд. тонн). Далее следуют Канада (28 млрд. тонн), Иран (19 млрд. тонн) и Ливия (15 млрд. тонн). Россия в этом списке на 8-ом месте (13 млрд. тонн).

Супергигантские месторождения нефти, запасы которых превышают отметку 5 млрд. тонн: Румайла в Ираке, Кантарел в Мексике, Тенгиз в Казахстане, Аль-Гавар в Саудовской Аравии, Самотлорское в России, Бурган в Кувейте и Дацин в Китае.

Постоянно ведутся работы по разработке новых месторождений. По оценочным данным BP Statistical review of world energy, весьма перспективны в этом отношении Венесуэла и Канада. Специалисты считают, что при нынешних темпах развития промышленности, нефти только в этих двух странах хватит всему миру на 110 лет.

Добыча и переработка нефти

Добыча нефти - весьма сложный процесс, состоящий из множества этапов.

Выделяют три способа нефтедобычи:

Первичный - нефть сама под естественным давлением верхних пластов фонтанирует. Чтобы нефть поднялась на поверхность, используют погружные насосы и станки-качалки. Таким образом добывают до 15% нефти во всем мире.

Вторичный способ. Когда естественного давления уже не хватает, в пласт для усиления давления закачивают пресную воду, углекислый газ или воздух. Коэффициент извлечения нефти в этом случае составляет 45%.

Третичный метод применяют, когда вторичный становится уже не актуальным. В этом случае либо закачивают водяной пар, либо разжижают нефть, нагревая ее до определенной температуры. Таким образом из месторождения можно выкачать еще процентов 15 нефти.

Переработка нефти - многоступенчатый цикл операций, который проводят с целью получения нефтепродуктов из сырья. Вначале нефть очищают от газов, воды, различных примесей, затем транспортируют на нефтеперерабатывающие заводы, где путем сложных операций получают промышленные продукты.

Применение нефти

Люди стали использовать нефть задолго до нашей эры. Так, например, при строительстве стен Вавилона использовали асфальт и битум. Царь Навуходоносор топил нефтью огромную печь. А древнегреческий историк Геродот описывал способ добычи нефти, которым пользовались древние греки. А в Древней Индии нефть вовсю применяли в строительстве.

В настоящее время перечень продуктов, получаемых из нефти, исчисляется тысячами. Достаточно упомянуть, что продукты из нефти используют практически во всех видах промышленности: энергетической, тяжелой и легкой, химической и пищевой. Нефтепродукты нашли применение в автомобилестроении, медицине, в ракетостроении, сельском хозяйстве и строительстве.

Когда речь заходит об истории нефти, обычно затрагиваются вопросы первых в мире скважин и ее добычи в промышленных масштабах. На самом деле человек был знаком с нефтью еще до нашей эры. Мировая история нефти затрагивает времена более 5 тысяч лет назад, когда древние цивилизации не только приписывали нефти магические свойства и божественное начало, поскольку не понимали ее происхождение, но и использовали нефть, битум и асфальт в повседневной жизни.

Первые способы добычи

«Если в стране будет найден источник нефти,

царь ее сделается всемогущим»

Примета вавилонян

До конца Средневековья люди собирали нефть и асфальт только в местах их естественных выходов на поверхность – из горных пород и водных источников. Позже появился более продвинутый способ добычи – колодезный.

По описанию Геродота на греческом острове Занте (совр. Закинф) в Ионическом море люди добывали нефть длинными шестами с миртовой веткой на конце. С веток нефть сливали в неглубокую яму, и по мере ее наполнения разливали по сосудам.

Знакомы с нефтью уже в XV веке были индейцы племени Сенека, населявшие территории от современного штата Нью-Йорк до реки Аллегейни штата Пенсильвания. Сенеки для сбора нефти приспособили перья и ткань. Если на поверхности водоема обнаруживалось черное пятно, его накрывали тканью. Затем, когда ткань пропитывалась нефтью, ее отжимали в корыто. Нефть добавляли в краску для тела или использовали при растираниях как тонизирующее средство. А вязкий природный битум служил материалом для крепления наконечников стрел и копий.

В трудах древних историков (Корнелий Тацит, Страбон) часто встречаются упоминания о добыче битума в Мертвом море. Отделившиеся куски битума всплывали на поверхность, людям оставалось только их собрать. Кочевники Набатеи, населявшие в IV веке до н.э территорию от Мертвого моря до Акабского залива, продавали битум в Египет.

На месте древнего поселения Тиритаки (совр. Керченский полуостров), основанного около VI века до н.э., при раскопках была найдена амфора с нефтью. Вероятно, нефть в ней сохранилась благодаря тому, что амфора долгое время лежала в земле под углом, а соломенная пробка пропиталась нефтью. Окисляясь, нефть превратилась в твердую смолу, обеспечив полную герметичность сосуда. Предполагается, что здесь использовался ямный способ добычи – в вырытую неглубокую яму, быстро наполнявшуюся нефтью, опускали куски шерсти или войлока, а затем отжимали в сосуды. Подобные ямы были найдены на Таманском полуострове, Иране, Ираке, Ферганской долине.

В «Истории» Геродота рассказывается о нефтяных колодцах Персии. Нефть из колодца вычерпывали половиной винного бурдюка, а затем отстаивали, чтобы примесь асфальта и песка осела, а нефть осталась на поверхности.

Арабский географ Масуди (X век н.э) и Марко Поло (путешествующий по миру в 1272 г.) упоминают о нефти в Баку. По их словам здесь находилось два источника: из одного добывали черную и синюю нефть, из другого – белую и желтую. Марко Поло писал, что добытую нефть грузили на верблюдов и развозили по всей стране. Вплоть до XIX века Баку являлся крупным поставщиком нефти в Иран, Индию, государства Средней Азии. В Индии нефть ценили последователи зороастризма, пользуясь ею для поддержания «вечного огня» в своих обрядах.

В Европе, на территориях современных Германии, Польши, Румынии, Италии и Франции, в средние века были известны выходы нефти. Технологию добычи здесь переняли от арабов. Даже когда питьевую воду уже стали получать с помощью скважин, нефть все еще добывали с помощью собирания с поверхностей водоемов и ям.

Другая, долгое время остававшаяся закрытой от других, древняя цивилизация Китая также не была в стороне. Пока в других частях света нефть отжимали из тряпок и черпали из колодцев, в Китае уже освоили бурение. В 250 году до н.э. инженер-строитель Ли Бин изобрел ударно-канатный способ бурения скважин. И, хотя для этого использовались бамбуковые шесты с медными приспособлениями, а бурить одну скважину могли годами, удавалось проникнуть на глубину в 1000 метров. Для сравнения — глубина первой давшей нефть скважины Э. Дрейка составляет всего 21 метр. Помимо этого Китай первым научился транспортировке газа при помощи трубопровода из бамбука. После маньчжурского завоевания в XVIII веке китайцы утратили свои знания, а добыча нефти и газа практически прекратилась. И только в XIX веке технология бурения была снова привезена в Китай из Европы.

Использование нефти в быту

Невозможно точно сказать, когда началась история нефти и люди стали использовать нефть и битум для улучшения качества жизни. Тем не менее, археологические находки и исторические исследования доказывают, что еще в Шумере – одной из древнейших цивилизаций – битум использовали для смоления сосудов. А в долине Инда, где в III – II тысячелетии до н.э существовало поселение Мохенджо-Даро, при раскопках был обнаружен бассейн, дно которого было выложено битумом.

В IV – III тысячелетии до н.э. стали возникать и разрастаться первые города-государства. Тогда же так называемые «каменная смола» и «каменное масло» стали использовать все шире.

Существует теория, что египтяне для бальзамирования мертвецов использовали асфальт. И хотя только в одной из сотен мумий учеными были обнаружены его следы, можно предположить, что это было правдой. По мнению немецкого археолога Р. Шпильмана вещество, которым пропитаны ткани мумии, представляет собой нечто среднее между битумом и смолой. Возможно, свойства асфальта изменились со временем из-за длительного контакта с другими бальзамирующими веществами.

В строительстве битум заменял тогда еще не изобретенный цемент. В Персии его применяли для сцепления кирпичей и укрепления стен зданий. В Египте и Вавилонии битумом покрывали полы домов и амбаров для защиты от влаги и мышей. Из него делали сосуды, скульптуры и даже скрепляли драгоценные камни в украшениях.

В древнем мире особенно широко нефть использовалась для освещения и отопления жилищ. Нефтью поливали дрова, а для освещения использовали примитивные светильники и лампы. Позже, уже в римскую эпоху, нефтью освещали не только дома, но и городские улицы. А в I веке до н.э. римляне жгли сырую нефть и ею окуривали деревья, порченые вредителями.

«Если почва города будет выделять нефть, город этот погибнет»

Древнее суеверие

Порою контакты с нефтью в быту приводили к трагедиям. Там, где нефти было много, нередко возникали пожары, провалы почвы и отравления газами. В XI веке в Каире начался пожар, уничтожив значительную часть города.

Плутарх во II веке до н.э. упоминает о нефти в связи с жестоким экспериментом Александра Македонского во время его визита в Вавилонию в IV веке до нашей эры. Македонский, желая убедиться в чудесных свойствах до тех пор не известной ему нефти, приказал обмазать ею мальчика-раба и поднести к нему огонь. Нефть тут же вспыхнула, Александр пришел в восторг и ужас, а пылающего раба потушили прислужники большим количеством воды.

История нефти и медицина

«Если масло при выливании в воду облик нефти примет – больной умрет»

Отрывок из Вавилонского текста .

Греческие и византийские писатели называли нефть «фармакон», то есть лекарство. Ее использовали в качестве пластыря, состоящего из смеси нефти или битума и ячменной муки, чтобы остановить кровотечение. В древнем Египетском учебнике по медицине она упоминается как компонент мази для глаз. В древности нефтью пытались лечить экзему и проказу.

В I веке до н.э. римский ученый-энциклопедист Плиний старший отмечал, что битум помогает при дезинфекции ран, снимает зубную боль, останавливает диарею и хронический кашель, ревматизм, а также избавляет от катаракты.

Знали о лечебных свойствах нефти и европейцы. «Масло святого Квирина» — так люди называли нефть, добываемую в баварском Тегернском озере и употребляемую против многих болезней. В Румынии пытались ею лечить даже туберкулез.

Нет сколько-нибудь точных данных об употреблении нефти в медицинских целях на Руси. Археологами был найден древнеславянский горшок с надписью «Гороухща». Некоторые ученые считают, что это название переводится как «горючая» (т.е. нефть). Другие настаивают, что это всего лишь горчица или имя владельца.

Несмотря на широкое применение по всему земному шару в древности и средневековье, добыча ее по всему миру не превышала 10 тысяч тонн. И хотя, интерес к ней рос, ее масштабное применение оставалось невозможным до начала промышленной революции.

ХХ век назвали веком нефти и природного газа. Человечество шагнуло в ХХІ век, но решающее значение для развития мировой экономики осталось пока за этими полезными ископаемыми, которые наряду с углем, являются основным топливом.

История открытия нефти и газа.

Нефть и горючие газы известны человечеству с древнейших времен. Учеными установлено, что более 500 тыс. лет назад нефть уже была обнаружена на берегу Каспийского моря, а за 6 тыс. лет до нашей эры наблюдался выход на поверхность земли нефтяного газа на Кавказе и в Средней Азии.

Археологические раскопки показали, что на берегу Евфрата нефть добывалась еще 6–4 тыс. лет до н. э. Она использовалась для различных целей, в том числе в качестве лекарства. Древние египтяне применяли асфальт (окисленную нефть) при бальзамировании. Добывали они его, по сообщению древнегреческого историка и географа Страбона (63 г. до н. э. – 23–34 гг. н. э.), преимущественно у берегов Мертвого моря. Нефтяные битумы использовались для приготовления строительных растворов и как смазка. Нефть являлась составной частью зажигательного средства, вошедшего в историю под названием «греческого огня». У народов, населявших южные берега Каспийского моря, нефть издавна применялась для освещения жилищ. Об этом свидетельствует, в частности, древнеримский историк Плутарх, описавший походы Александра Македонского.

В средние века нефть применялась для освещения улиц в ряде городов Ближнего Востока, Южной Италии и др. В начале XIX в. в России, а в середине XIX в. в Америке из нефти было получено осветительное масло, названное керосином. Керосин использовался в лампах, изобретенных во Львове в 1853 г. Иваном Зегом та Игнатием Лукасевичем и широко распространившихся по всему миру. В том же году впервые в Украине керосиновая лампа осветила операционный стол во львовском госпитале, где была сделана срочная ночная операция.

До середины XIX в. нефть добывалась в небольших количествах, в основном из неглубоких колодцев вблизи естественных выходов ее на поверхность земли (рис. 8.1). Со второй половины XIX в. спрос на нефть стал возрастать в связи с широким использованием паровых машин и развитием промышленности, которая требовала больших количеств смазочных веществ и более мощных, чем сальные свечи, источников света. Внедрение в конце 60-х годов ХІХ века бурения нефтяных скважин (рис. 8.2) считается началом зарождения нефтегазовой промышленности.

На рубеже XIX–XX вв. были изобретены дизельный и бензиновый двигатели внутреннего сгорания. Внедрение их в практику привело к бурному развитию нефтедобывающей промышленности.

Поверхностные проявления горючих газов также были известны людям с древнейших времен. Выходя по трещинам из глубоких земных недр, газы нередко воспламенялись. Подобные природные газовые факелы назывались «вечными огнями». Они были широко распространены в Месопотамии, Иране, у подножий Кавказского хребта, в Северной Америке, Индии, Китае, на Малайских островах и т. д. и считались «священными». Люди поклонялись такому огню, как божеству, строили рядом храмы.

Свое название нефть получила от индоевропейского слова «нафата» – вытекающая.

Люди уже давно подметили лечебные свойства нефти. Известный естествоиспытатель и врач Древней Греции Гиппократ (около 460 – 377 гг. до н. э.), названный «отцом медицины», описал много рецептов и лекарств, изготовляемых из смеси нефти с различными веществами. В Древнем Египте нефть использовали для бальзамирования. Ныне в фармацевтической и парфюмерной промышленности из производных переработки нефти и природного газа изготовляют нашатырный спирт, хлороформ, формалин, аспирин, уротропин, вазелин, душистые вещества и др.

В Украине нефть была обнаружена в копаных колодцах и грязевых вулканах на Керченском полуострове еще в III ст. до н. э. Торговые пути, проходившие через Крым, способствовали распространению керченской нефти по Киевской Руси. В летописях отмечается, что уже в XIII ст. в Галиции было известно про «скальное масло», то есть нефть, которая использовалась в медицинских целях и для смазки колес телег.

Практическое использование горючего газа началось в первой половине XIX в. Сначала в Лондоне, а затем в Париже, Нью-Йорке, Берлине, Петербурге, Львове, Варшаве, Москве, Одессе, Харькове и Киеве появились газовые горелки, освещавшие улицы и жилые дома. Это был искусственный газ, который получали при переработке каменного угля и горючих сланцев. Широкое применение в промышленных масштабах природный горючий газ получил лишь в 20–30-х годах ХХ столетия.

Сейчас нефть и природный газ являются основой мирового топливно-энергетического баланса. Продукты переработки нефти и горючих газов широко используются во всех отраслях промышленности, сельского хозяйства, на транспорте и в быту. Трудно перечислить все области применения нефти и природного газа, настолько их роль в жизни современного общества многогранна. У человечества с давних пор непреходящей ценностью считается золото. С ним сравниваются все материальные блага, имеющие особую значимость. Образно называют «белым золотом» хлопок, «черным золотом» – нефть, «голубым золотом» – природный горючий газ. Но сама жизнь показывает, что нефть и горючие газы в современном мире значат гораздо больше, чем золото самой высокой пробы.

Откуда же возникла нефть в недрах земли? Как она образовалась? К сожалению, и сегодня этот далеко не праздный вопрос еще не имеет однозначного ответа.

Слово «газ» придумал примерно в 1600 г. голландский химик Гельмонт, произведя его от греческого «хаос», означавшего у древних греков понятие «сияющее пространство». Гельмонту удалось разложить воздух на две части: одна из них поддерживала горение, а другая нет. Он назвал их «газами», то есть составными частями пространства.

В широкий научный обиход слово «газ» ввел А.Лавуазье (1743–1794) начиная с 1789 г., когда вышли его «Начальный учебник химии» и «Анналы химии» – основанный им один из первых химических журналов.

Вместе с тем от правильного ответа на этот вопрос зависит ответ и на другой исключительно важный вопрос: где образуются месторождения нефти и природного газа, в каких конкретных точках земной коры расположены их крупные скопления? С широким развитием работ по поиску нефтяных и газовых месторождений эти вопросы приобрели особую актуальность и практическую значимость. Основоположник российской нефтяной геологии академик И.М. Губкин в 1932 г. писал: «Только тогда, когда мы будем иметь правильное представление о тех процессах, в результате которых возникла нефть, мы будем знать, каким образом в земной коре образуются ее залежи,… и получим... надежные указания, в каких местах надо искать нефть и как надлежит наиболее целесообразно организовать ее разведку».

Губкин Иван Михайлович (1871–1939) – основоположник российской нефтяной геологии, академик. Основные труды посвящены геологии нефти. Его работы по изучению генезиса и условий формирования нефтяных месторождений Северного Кавказа послужили основой для развития там поисковых работ. В классическом труде «Учение о нефти» (1932) он изложил свои представления о происхождении нефти, условиях формирования нефтяных месторождений, в том числе разработал вопросы первичности и вторичности нефтяных залежей, миграции нефти и газа, классификации нефтяных залежей и закономерности их распределения.

Происхождение нефти издавна являлось одним из «таинств природы», волновавших умы исследователей. И, как в других областях естествознания, первые представления о природе нефти нередко увязывались с господствовавшими религиозными воззрениями. Так, известный польский натуралист XVIII в. каноник К. Клюк считал, что нефть образовалась в раю и является остатком той благодатной жирной почвы, на которой цвели райские сады. Но после грехопадения человека бог решил его наказать. Он уменьшил урожайность земли, удалив из нее жирное вещество. Одна часть жира, по мнению каноника, испарилась под влиянием солнечного тепла, а другая опустилась в глубь Земли, где и образовала скопления нефти.

В объяснении происхождения нефти и горючих газов уже более ста лет противоборствуют две основные концепции. Представители одной из них – органики – считают, что нефть и природный газ возникли в осадочном чехле земной коры в результате глубокого преобразования останков животных и растительных организмов, населявших древние моря и озера. Их оппоненты – неорганики – доказывают, что нефть и горючие газы образовались в мантии Земли неорганическим путем. Первая концепция называется органической, или биогенной (греч. «биос» – жизнь, «генесис» – происхождение), вторая – неорганической, или абиогенной (греч. «а» – не).

Концепция органического происхождения нефти и газа. Истоки современных представлений о происхождении нефти возникли в XVIII – начале XIX в. Основы гипотезы органического происхождения нефти заложил М. В. Ломоносов, объясняя её образование воздействием «подземного огня» на «окаменелые уголья», в результате чего, по его мнению, возникли асфальты, нефти и «каменные масла». В 1763 г. в своем знаменитом труде «О слоях земных» М.В. Ломоносов писал о нефти:

«Между тем выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и выступает в разные расселины и полости сухие и влажные, водами наполненные...»

Поскольку считалось, что угли произошли из растительных остатков, то и нефти приписывалось растительное происхождение. М.В. Ломоносов обосновывал это, в частности, фактом небольшой плотности нефтей. Там же он писал: «Увериться можем о происхождении сих горючих подземных материй из растущих вещей их легкостью. Ибо все минералы в воде потопают, нефть по ней плавает». Фактически с этой работы М.В. Ломоносова отсчитывает свою историю концепция органического происхождения нефти и горючих газов. Но зрелость она обрела лишь в прошлом столетии.

Около шести десятилетий назад английский геолог С. Пауэрс сказал: «Ко времени, когда из земли будет извлечен последний баррель нефти, еще не будет создана гипотеза ее образования, в равной мере удовлетворяющая всех заинтересованных и согласующаяся со всеми мыслимыми геологическими условиями».

В своем развитии концепция органического происхождения нефти и природных газов опиралась на достижения различных наук и в первую очередь на геологические наблюдения. Геологи обратили внимание и на то, что скопления нефти и природного газа распространены в земной коре крайне неравномерно. Они приурочены к определенным комплексам осадочных пород. При этом нередко одни продуктивные комплексы отделены от других мощными толщами так называемых непроницаемых пород (глины, соли, ангидриты). Это исключает широкие масштабы попадания нефти и газа из одних комплексов в другие.

Было установлено, что скопления нефти и газа часто находятся в линзах проницаемых пород, окруженных непроницаемыми породами.

Концепция органического происхождения нефти и горючих газов набирала силы и совершенствовалась в острой борьбе как с внешними оппонентами – неорганиками, так и с внутренними. В недрах школы органиков бушевали подчас неуемные страсти. Горячим, например, был спор о том, что являлось исходным веществом для нефти – растения или животные организмы? Победили в конце концов те, кто утверждал: и растения, и животные. Другим предметом спора было место залегания нефти. Одни ученые считали, что нефть находится в залежах на месте своего первичного образования. Это понятие обозначалось латинским термином «in situ» (на месте). Сторонники противоположной точки зрения утверждали, что нефть образовалась в одном месте, а скопилась – в другом, то есть в залежах она находится во вторичном залегании. Победила вторая точка зрения. Как ни трудна была подчас борьба, но нельзя отрицать большую ее значимость для развития науки.

Одним из важнейших является тот факт, что свыше 99,9% известных скоплений нефти и природного газа приурочено к осадочным толщам. Это привело ученых к основополагающему выводу: нефть является продуктом процесса осадконакопления.

Интересными оказались результаты непосредственного изучения состава самих осадочных пород. Во всех осадочных образованиях – от верхнего архея (т. е. с того времени, когда зародилась жизнь на Земле) и до современных осадков – почти всегда содержатся рассеянное органическое вещество и продукты его преобразования. Общее количество органического вещества в породах обычно колеблется в пределах 0,2–0,9% массы осадочных пород. Но среди мощных толщ осадочных пород имеются отдельные пачки пород, обогащенные органическим веществом. Так, глины в среднем в 2–4 раза богаче органическим веществом, чем пески и карбонаты.

Для подтверждения возможности образования нефти органическим путем были проведены специальные экспериментальные исследования.

Более ста лет назад немецкий химик К. Энглер произвел перегонку жира ворвани при давлении 1 МПа и температуре 420°С. При этом из 492 кг рыбьего жира были получены 299 кг (61%) масла плотностью 0,8105, а также горючие газы и вода. Масло на 90% состояло из углеводородов коричневого цвета. После дробной разгонки масла в его низших фракциях оказались главным образом метановые углеводороды от пентана и выше. Из фракций, кипящих выше 300°С, был выделен парафин. Кроме того, были получены смазочные масла, в состав которых входили в очень незначительных количествах олефины, нафтены и ароматические углеводороды. Этому продукту перегонки жиров под давлением, отличающемуся по своему составу от природных нефтей, К. Энглер дал название «протопетролеум» (греч. «протос» – первый, англ. «петролеум» – нефть). На основании данного опыта К. Энглер совместно с немецким геологом Г. Гёфером сделали вывод, что нефть образовалась из животных жиров.

Но в тот же период самим К. Энглером и другими исследователями были получены углеводороды и из растительных масел: репейного, оливкового и др.

В начале XX века Г. Потонье выдвинул гипотезу о происхождении нефти из смешанного растительно-животного материала – сапропеля. В 1919 г. академик Н.Д. Зелинский произвел перегонку сапропеля оз. Балхаш. В результате были выделены сырая смола (63,2%), кокс (16,0%) и газ (20,8%). Газ состоял из метана, окиси углерода, водорода и сероводорода. После вторичной перегонки безводной смолы были получены бензин, керосин и тяжелые масла. В состав бензина входили метановые, нафтеновые и ароматические углеводороды.

В 1912 г. К. Энглер высказал предположение об определенной роли природных алюмосиликатов (глины) в процессах образования нефти. В 1921 г. японский ученый Кобаяси получил искусственную нефть при перегонке жира рыб без давления, но в присутствии катализатора – гидросиликата алюминия. Подобные опыты были проведены и другими исследователями. Это натолкнуло их на мысль, что такими катализаторами в природных условиях могут быть глинистые толщи, содержащие первичное рассеянное органическое вещество.

Русский ученый А.Д. Архангельский указал, что именно в глинистых породах происходит преобразование рассеянного органического вещества. Вследствие этого глинистые породы были названы нефтепроизводящими, или нефтематеринскими. И.М. Губкин отметил, что образование нефти из рассеянных в илах органических веществ представляет собой региональный процесс, протекающий на обширных площадях в толщах осадочных пород.

В настоящее время с позиций органической концепции происхождение нефти и горючих газов представляется следующим образом.

Верхние слои воды в морях и озерах населены планктоном – мелкими организмами, прежде всего водорослями, а также ракообразными. Им обязана своим происхождением основная масса органического вещества, захороненного в осадках. После отмирания планктона остатки растительных и животных организмов в огромном количестве выпадают на дно бассейнов и накапливаются в илах, рассеиваясь среди минеральных частиц. Отмирающие организмы падали на дно иногда в количестве 10–100 г на квадратный метр.

С этого момента начинается первая стадия преобразования остатков этих организмов, которую еще называют биохимической. Oна сопровождается разложением органических остатков бактериями и преобразованием рассеянного органического вещества в условиях ограниченного доступа кислорода. Микроорганизмы в первую очередь перерабатывают легкоразрушаемые органические соединения

белки, углеводы и др. Как отмечалось выше, из них могут образоваться углеводороды. В процессе разложения рассеянного органического вещества образуется много метана, углекислого газа, воды и незначительное количество жидких и твердых углеводородов.

По мере погружения морского дна неизменно накапливаются илистые осадки, последовательно перекрывающие друг друга. Процесс уплотнения осадка и превращения его в осадочную породу называется диагенезом (греч. «диагенесис» – перерождение). Молодая осадочная порода попадает при погружении в зону катагенеза (греч. «ката» – движение вниз, «генесис» – происхождение), где преобладают химические процессы, обусловленные взаимодействием веществ. В зоне катагенеза начинается новый этап преобразования рассеянного органического вещества, на котором основную роль играют температура и давление. Они возрастают по мере погружения затвердевших осадков и накопления сверху новых отложений.

В захороняющихся илах постепенно затрудняется, а затем и полностью прекращается обмен веществами с придонным слоем воды. Это приводит к гибели микроорганизмов вследствие их отравления продуктами своей жизнедеятельности. В связи с этим биохимические процессы затухают. Если вначале в реакциях участвует кислород среды, то затем они идут лишь за счет внутренних ресурсов кислорода самого органического вещества. Под влиянием высокой температуры начинается разложение более сложных соединений рассеянного органического вещества на менее сложные, в том числе и углеводороды.

Таким образом, с увеличением глубины залегания осадочных пород в разлагающемся органическом веществе растет содержание газообразных углеводородов и рассеянной нефти, которую еще называют микронефтью, или протонефтью.

Как показывают лабораторные опыты, химические превращения органического вещества с образованием микронефти наиболее быстро протекают при температуре 100– 200°С, которая существует на глубине 4–6 км. Однако сторонники органической концепции допускают, что такие же химические реакции могут происходить и на глубине в 2–3 раза меньшей, где температура составляет всего 40–60°С. По их мнению, длительное, в течение многих миллионов лет, воздействие на органическое вещество столь низких температур приводит к такому же результату

Считается, что после достижения температуры примерно 60°С разложение рассеянного органического вещества ускоряется. В большинстве случаев такая температура характерна для глубины 2–2,5 км. По мере дальнейшего повышения температуры темпы разложения снижаются. Когда нефтематеринские породы, опускаясь в прогибающемся осадочном бассейне, попадают в глубокие зоны земной коры, где температура достигает 150–200°С, начинается деструкция (лат. «деструкцио» – разрушение) нефти. В результате образуются сначала газоконденсат, а затем метан, то есть в этих условиях из рассеянного органического вещества и микронефти образуются только или почти только газообразные углеводороды.

Подобные воззрения привели к возникновению представлений о зональности образования нефти и горючих газов по разрезу, начиная с приповерхностных условий залегания морских илов и до наиболее глубоко залегающих осадочных пород. Так, верхний интервал глубин до 1,5 км выделяется как зона преимущественно газообразования, в интервале 1,5–2,5 км предполагается образование из рассеянного органического вещества максимального количества жидких углеводородов – микронефти. Здесь господствует температура от 60 до 160°С. Эту зону называют очагом нефтеобразования, или главной зоной нефтеобразования. В дальнейшем нижняя граница этой зоны была опущена до 6 км. Считается, что до этой глубины может образовываться нефть. А на больших глубинах, где температура превышает 150–200°С, генерируется в основном метан. Эта зона выделяется в качестве главной зоны газообразования.

К важнейшим вопросам относится вопрос о механизме концентрации рассеянной нефти – микронефти – в различные по масштабам скопления углеводородов. Согласно рассматриваемой концепции глинистые и известковые илы являются нефтематеринскими породами. По мере их погружения и уплотнения рассеянная микронефть вместе с газообразными углеводородами и водой начинает выжиматься из илов в залегающие выше пористые породы (песчаники и др.). Этот процесс получил название первичной миграции (лат. «миграцио» – перемещение). Им заканчивается термокаталитический (греч. «термэ» – теплота, «каталисис» – растворение, разрушение) этап преобразования захороненного в осадках рассеянного органического вещества.

Попавшая в пористые породы микронефть по химическому составу еще не соответствует настоящей нефти. В ней отсутствуют легкие компоненты. А более тяжелая часть имеет далеко не все углеводородные группы. Свойства настоящей нефти микронефть приобретает уже в пористой среде.

В моменты последующих тектонических перестроек микронефть под влиянием гравитационных и других сил начинает медленное перемещение вверх по наклону пластов. Так начинается вторичная миграция нефти и природных газов. Этот момент нужно считать уже началом формирования самого нефтяного месторождения.

Подтверждением, что описанный процесс мог иметь место в прошлом, послужило обнаружение углеводородов в современных илах Черного моря, в газовой фазе современных осадков озер, лиманов и лагун на Таманском полуострове, современных осадках Мексиканского залива, прикалифорнийской части Тихого океана, дельты р. Ориноко и др. Позже нефтяные углеводороды были обнаружены в современных осадках всех водных бассейнов. Известны скопления метанового газа в наземных дельтах рек По, Миссисипи, Волги и др.

Из дельтовых отложений рек Янцзы в районе Шанхая (Китай) и Красная в провинции Тхай-Бинь (Вьетнам) газ добывался с помощью неглубоких (15–30 м) скважин и использовался для бытовых нужд местного населения.

Обнаружение в современных осадках углеводородов дает основание предположить, что они являются продуктами начальной стадии преобразования рассеянного органического вещества осадков в нефть.

Гипотезы минерального происхождения нефти и газа. Идея о минеральном происхождении нефти впервые была высказана знаменитым немецким естествоиспытателем А. Гумбольдтом в 1805 г. В начале XIX в. он полагал, что нефть имеет глубинное происхождение, основываясь, в частности, на присутствии углеводородов в продуктах деятельности современных вулканов.

Прогресс химии, эксперименты по неорганическому синтезу углеводородов, выполненные М. Бертло (1866) и Г. Биассоном (1871), послужили отправной точкой для развития гипотезы минерального происхождения нефти и газа. В 1866 г. французский химик М. Бертло, проводя опыты, обнаружил, что ацетилен при сравнительно низких температурах может переходить в более тяжелые углеводороды. На этом основании он сделал более общий вывод о том, что углеводородные соединения метеоритов образовались синтетическим путем и что, по-видимому, подобное происхождение имеют углеводороды, содержащиеся в массах планет.

Все гипотезы минерального происхождения нефти объединяет идея синтеза углеводородов, кислород-, серои азотсодержащих компонентов нефти из простых исходных веществ – С, Н 2 , СО, СО 2 , СН 4 , Н 2 О и радикалов при высоких температурах и взаимодействии продуктов синтеза с минеральной частью глубинных пород.

Д.И. Менделеев, придерживавшийся до 1867 г. представлений об органическом происхождении нефти, в 1877 г. сформулировал известную гипотезу ее минерального происхождения, согласно которой нефть образуется на больших глубинах при высокой температуре вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов.

Д.И. Менделеев считал, что основой процесса образования углеводородов является взаимодействие карбидов металлов глубинных пород с водой, которая проникает по трещинам с поверхности на большую глубину. Схема процесса представлялась в следующем виде:

2FeC + 3Н 2 О = F е 2 О 3 + C 2 H 6 .

Возникавшие в газообразном состоянии углеводороды, по мнению Д. И. Менделеева, поднимались затем в верхнюю холодную часть земной коры, где они конденсировались и накапливались в пористых осадочных породах. Карбиды металлов в то время в глубинных породах еще не были известны. В настоящее время предположение Д.И. Менделеева подтвердилось, в глубинных породах найдены карбиды ряда элементов (Fe 3 C, TiC, Сг 2 С 3 , WC, SiC). Но крупных скоплений они не образуют; это мельчайшие (доли миллиметра) редко встречающиеся и рассеянные в породах минеральные выделения. Поэтому процесс образования углеводородов в огромных количествах, которые известны в природе, с этих позиций объяснить очень трудно. Не вызывает сомнений сейчас также, что вода с поверхности по трещинам на большие глубины поступать не может. Но это и не существенно, флюидная фаза глубинных пород в определенных условиях воду содержит, поэтому в принципе ее взаимодействие с карбидами реально. Вполне вероятно и образование простейших углеводородов, однако вряд ли это возможно в больших количествах.

Весомый вклад в развитие теории неорганического происхождения нефти внесли украинские ученые В.Б. Порфирьев, Г.Н. Доленко, С.И. Субботин, М.Р. Ладыженский, В.П. Линецкий, Е.Б. Чекалюк, В.А. Краюшкин, И.В. Гринберг.

С 2004 года решением Президиума Национальной академии наук Украины создан проблемный совет по неорганическому происхождению нефти и открыт отдел в Институте геологических наук.

В 1892 г. была выдвинута гипотеза космического происхождения нефти. Суть ее сводится к тому же минеральному синтезу углеводородов из простых веществ, но на первоначальной, космической, стадии формирования Земли. Предполагалось, что образовавшиеся углеводороды находились в газовой оболочке, а по мере остывания поглощались породами формировавшейся земной коры. Высвобождаясь затем из остывавших магматических пород, углеводороды поднимались в верхнюю часть земной коры, где образовывали скопления. В основу этой гипотезы были положены факты о наличии углерода и водорода в хвостах комет и углеводородов в метеоритах. Согласно современным данным, в атмосфере Юпитера и Титана, а также в газопылевых облаках обнаружены C 2 H 2 , C 2 H 4 , C 2 H 6 , С 3 Н 8 , HCN, C 2 N 2 . В метеоритах (углистых хондритах) найдены твердые углистые вещества, нормальные алканы, аминокислоты, однако происхождение их неясно. Когда речь идет о низких концентрациях, не исключено загрязнение метеоритов при падении на Землю. Кроме того, рядом ученых в метеоритах обнаружены форменные органические образования, очень сходные с простейшими одноклеточными организмами древнейших пород Земли. Во всяком случае к объяснению поступления минеральной нефти из больших глубин Земли эти факты о нахождении органических веществ в метеоритах прямого отношения не имеют.

В первой половине XX века интерес к гипотезе минерального происхождения нефти в основном был потерян. Поиски нефти велись во всем мире, исходя из представлений об ее органическом происхождении.

С середины прошлого века интерес к минеральной гипотезе снова начал возрастать, причиной чего была, по-видимому, недостаточная ясность ряда вопросов органической концепции, что и вызывало ее критику.

Наибольшую известность получила магматическая гипотеза образования нефти. На больших глубинах – в мантии Земли – в условиях очень высокой температуры углерод и водород образуют углеводородные радикалы СН, СН 2 и СН 3 . Вследствие перепада давления они перемещаются по веществу мантии в зоны глубинных разломов и вдоль этих разломов поднимаются вверх, ближе к земной поверхности. По мере понижения температуры в верхних слоях эти радикалы соединяются друг с другом и с водородом. В результате возникают различные более сложные нефтяные углеводороды. К ним присоединяются другие углеводороды, образующиеся из окиси углерода и водорода, а также из карбидов различных металлов и воды по реакциям, указанным М. Бертло, Д.И. Менделеевым и др. Разнообразие реакций обеспечивает и чрезвычайное разнообразие возникающих углеводородов, смесь которых в основном и составляет природную нефть.

Дальнейшее движение углеводородных газов и нефти приводит их или на поверхность Земли, или в ловушки, создающиеся в проницаемых породах осадочного покрова, а иногда и в кристаллических породах на границе с ними. Передвижение (миграция) углеводородов происходит по заполненным водой трещинам и вызвано огромным перепадом давлений в местах образования нефти и осадочной толщи, а также разностью плотностей воды и нефти.

В поисках доказательств абиогенного синтеза нефти некоторые исследователи обращались к промышленным процессам получения синтетического топлива. Однако по мере углубления знаний о составе нефти отчетливо выявились глубокие различия в составе природных и синтетических углеводородных смесей. Последние практически не содержат широко представленных в нефти сложнопостроенных углеводородных молекул, насыщенных структурных аналогов компонентов живого вещества – жирных кислот, терпенов, стеролов и т. д.

Ряд аргументов сторонников минерального происхождения нефти основан на термодинамических расчетах. Была сделана попытка определить температуру нефтеобразования по соотношениям между некоторыми изомерными углеводородами, допуская, что высокотемпературный синтез приводит к появлению термодинамически равновесных смесей. Рассчитанная таким образом температура нефтеобразования составила 450–900°С, что соответствует температуре глубинной зоны 100–160 км в пределах верхней мантии Земли. Однако для тех же нефтей расчет по другим изомерным парам дает другие значения температуры (от –100 до 20000°С), совершенно нереальные в условиях земной коры и мантии.

Геологические доказательства минеральной гипотезы – наличие следов метана и некоторых нефтяных углеводородов в глубинных кристаллических породах, в газах и магмах, извергающихся из вулканов, проявления нефти и газа по некоторым глубинным разломам и т.п. – являются косвенными и всегда допускают двойную трактовку. Внедряющиеся в земную кору глубинные породы расплавляют и ассимилируют осадочные породы с имеющимся в них биогенным органическим веществом; жерла вулканов также проходят через осадочные толщи, причем иногда регионально-нефтегазоносные, поэтому находимые в них СН 4 и некоторые другие нефтяные углеводороды могли образоваться не только в результате минерального синтеза, но и при термической деструкции захваченного биогенного органического вещества осадочных пород или при поступлении нефти в осадочные породы уже после остывания магматических пород. Главное доказательство органической концепции состоит в большом сходстве химических и геохимических показателей соединений нефти с аналогичными компонентами органического вещества современных осадков и древних осадочных пород.

Концепция неорганического происхождения нефти и природных газов, так же как и органическая концепция, базируется на ряде геологических наблюдений и химических опытах.

Сторонники неорганической концепции отмечают, в частности, что в мире известно около 30 промышленных или полупромышленных залежей нефти, приуроченных к изверженным и метаморфическим породам. Кроме того, имеются упоминания о более чем 200 случаях минералогических включений углеводородов в изверженных или метаморфических породах. Например, асфальтит отмечается в пегматитовых жилах ряда месторождений марганца в Швеции и Норвегии. В Канаде найдена жидкая нефть, связанная с пегматитовой жилой, пронизывающей изверженные породы.

Признаки жидкой нефти отмечены в продуктах извержения вулканов Этна (Сицилия) и Кракатау (Малайский архипелаг). Еще более эффективные нефтепроявления в связи с магматической деятельностью наблюдались при изучении вулкана Толима в Центральных Андах и ныне угасшего вулкана Эгмонт в Новой Зеландии. Сторонники неорганической концепции подсчитали, что все вулканы мира в среднем ежегодно выбрасывают около 3,3·10 5 т углеводородов.

Каждая из двух концепций имеет уязвимые места. Но господствующей в настоящее время является органическая концепция. Эта концепция отличается большей стройностью, зрелостью и завершенностью суждений. В своем становлении она прошла этапы весьма сложной внутренней борьбы представителей различных научных школ и направлений. Поэтому в современном виде органическая концепция практически однозначно трактуется всеми ее сторонниками.

В вопросе о происхождении нефти есть приверженцы и комплексного подхода. Они считают, что могли существовать оба механизма образования нефти (органический и неорганический), определенной мерой дополняя друг друга или действуя на разных стадиях процесса.