Читаем Происхождение нефти онлайн бесплатно

Вторая половина XX в. знаменуется массированным наступлением на нефтяные недра нашей планеты. О нефти пишут в газетах и популярных журналах, издают фундаментальные монографии и научно-популярные книги. В специальном библиографическом указателе 1966 г., в рубрике «Происхождение нефти» перечисляется около 12 тыс. печатных научных трудов. За последние 20 лет информация по этому вопросу как минимум удвоилась. Однако до сих пор проблема эффективного поиска нефти, эксплуатации ее месторождений остается актуальной, решением ее занимаются ученые многих научно-исследовательских институтов. Создаются сложнейшие механизмы и электронно-вычислительные приборы, предназначенные для поисков нефти. С этой же целью человек начал осваивать дно морей и океанов — своего рода гидрокосмос. И несмотря на успешное решение многих инженерных задач, недра Земли таят в себе еще много загадочного. И одна из загадок природы — происхождение нефти. Со времен М. В. Ломоносова ученые всего мира пытаются решить эту проблему, но до сих пор нет окончательного ответа, который бы удовлетворил всех нефтяников. Существует множество гипотез, объясняющих рождение нефти, но ни одна из них не является общепринятой. Дискуссия ведется вокруг главного вопроса: нефть — органическая, т. е. производная от животных и растений, или же нефть — неорганическая, образовавшаяся в земных глубинах и по трещинам поднявшаяся вверх и напитавшая пористые пласты?

Мы не ставим себе задачу осветить в предлагаемой книге все существующие гипотезы происхождения нефти. Да это было бы и просто невозможно. Одних только неорганических гипотез выдвинуто около 50. Тем не менее необходимо на современном уровне наших знаний дать объективный ответ на вопрос: как произошла нефть? Этого требует дальнейшее развитие нефтегазовой науки и прежде всего практики.

При этом наше внимание будет сконцентрировано главным образом на последних научных достижениях сторонников как органического, так и неорганического образования нефти. Особый акцент делается на новых взглядах в этой области, которые только начинают развиваться, но за которыми, как нам представляется, будущее.

Нефть часто называют «черным золотом», подчеркивая тем самым ее большую ценность в жизни человека. Невозможно установить точную дату открытия нефти. Однако известно, что уже в Древнем Египте она добавлялась в бальзамирующие составы, асфальт — вязкое смолистое вещество, остающееся при выветривании нефти, использовался при строительстве Вавилонской башни и висячих садов Семирамиды, при возведении дамб на реке Евфрат и бассейнов древнеиндийского города Мохенджо-Даро 5 тыс. лет назад.

В 220 г. до н. э. китайский император династии Цинь повелел бурить землю в провинции Сычуань в поисках соли. Когда полые бамбуковые трубы проникли в недра на несколько десятков метров, по ним вдруг ударил первый нефтяной фонтан. Эта нефть пошла на освещение жилищ.

В древности нефть применялась и в военных целях. Летописи рассказывают, что древние греки привязывали сосуд с таинственной смесью к метательному копью, запускавшемуся гигантской пращой. Когда снаряд достигал цели, происходил взрыв и поднималось облако дыма. Пламя сразу же распространялось во всех направлениях. Вода не могла погасить огонь. Состав «греческого огня» хранился в строгой тайне, и лишь арабским алхимикам XII в. удалось его разгадать. Основу рецепта составляла нефть с добавлением серы и селитры.

В XVII–XVIII вв. нефть использовалась и как лечебное средство. В середине XVII в. французский миссионер патер Жозеф де ла Рош д’Альён обнаружил в дебрях Западной Пенсильвании таинственные «черные воды». Индейцы добавляли их в качестве связующего вещества в краски для раскрашивания своих лиц. Из этих вод, бывших не чем иным, как нефтяными озерами, патер и создал свой чудодейственный бальзам. Во многих странах Европы его применяли как лекарство.

Однако не везде нефть получила должную оценку. В 1840 г. русский губернатор Баку направил пробы бакинской нефти в Петербургскую академию наук с целью определения ее пригодности для промышленных нужд. Он получил весьма «поучительный» ответ: «Это вонючее вещество пригодно только для смазки колес у телег».

Лишь во второй половине прошлого века человек открыл удивительные возможности «черного золота». Развитие промышленности потребовало огромного количества смазочных средств, нового, более дешевого и более эффективного, чем уголь, топлива, принципиально новых источников света. Все это могла дать только нефть. Молох индустрии все больше и настойчивей требовал для своего роста нефти и нефтепродуктов. Началась повсеместная ее добыча. Занималась заря новой, нефтяной эры. Первым вестником ее явились нефтяные вышки полковника Дрейка. В североамериканском городке Тайтесвилле штата Пенсильвания его скважина дала нефть. Это случилось 27 августа 1859 г. С этой даты ведет отсчет современная нефтяная промышленность мира.

Началась погоня за нефтью. Во всех концах света, в обжитых и неисследованных районах, на суше и на дне океана искали эту черную и бурую маслянистую на ощупь и с характерным острым запахом «земную кровь». Нефтяную лихорадку подхлестнуло изобретение в январе 1861 г. крекинга — современного метода переработки нефти. Вещество, на которое тысячелетиями мало кто обращал внимание, стало широко использоваться в промышленности и в военных целях, превратилось в объект торговли и спекуляции, стало своеобразным яблоком раздора для различных государств мира.

Тем не менее, несмотря на активные поиски, в конце прошлого века добывалось в год всего около 5 млн т нефти, по нынешним масштабам капля в море. Добыча велась примитивным способом. На Апшероне, где хозяйничал предприимчивый шведский делец Э. Нобель, нефть доставали бурдюками из простых колодцев. В конце 80-х годов прошлого века на его «нефтяную империю» работало более 25 тыс. рабочих. Естественно, что такими средствами трудно было увеличивать нефтедобычу.

По мере развития науки и техники совершенствовался процесс бурения нефтяных скважин и их эксплуатация. В результате уже в 1900 г. во всем мире было произведено 20 млн т «черного золота».

Рис. 1. Динамика добычи нефти и газа в мире

Настоящий взрыв нефтедобычи приходится на послевоенные годы: в 1945 г. в мире добыто 350 млн т нефти, в 1960 г, — свыше 1 млрд т, а в 1970 г. — около 2 млрд т. Максимум добычи падает на 1979 г. (3,2 млрд т), а потом темпы ее снизились. Сейчас из земных недр ежегодно выкачивается около 3 млрд, т «черного золота» (2,8 млрд т в 1984 г.) (рис. 1).

Такими же темпами развивалась и добыча постоянного спутника нефти — горючего газа. Его использование начинается лишь в первой половине XX в. В 1920 г. годовая добыча газа составила всего 35 млрд м³, а в 1950 г. увеличилась до 192 млрд м³. С 1960 г. производство газа резко пошло вверх, достигнув максимума в 1984 г. (1560 млрд м³).

Развитие современной промышленности немыслимо без углеводородов. Это прежде всего самый выгодный и эффективный вид топлива. Нефть и горючий газ обеспечивают энергетические потребности в мире на 65 % и на 100 % топливо для транспорта. На получение энергии идет 90–95 % добываемых углеводородов. Однако еще Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть и газ в топках все равно, что растапливать печь ассигнациями. И это не преувеличение. Нефть и газ — источники многих жизненно важных продуктов. Это синтетический каучук и пластмасса, строительные материалы и искусственные ткани, красители и моющие средства, инсектициды и гербициды, взрывчатые вещества и медицинские препараты, душистые соединения для парфюмерии и удобрения, стимуляторы роста и искусственный пищевой белок, различные масла, бензин, керосин, мазут, без которых невозможна эксплуатация машин, автомобилей, самолетов, ракет.

Если бы вдруг источники нефти и газа неожиданно иссякли, мировая цивилизация оказалась бы на краю катастрофы. Как видим, человек очень зависит от нефти. Особенно остро это почувствовалось в начале 70-х годов текущего столетия, когда разразился «топливный кризис». Отголоском его стало всеобщее увеличение дороговизны жизни в западных странах. Люди попали в еще большую зависимость от нефти. Чтобы освободиться от этой зависимости, человек ищет альтернативный источник энергии, используя энергию ветра, рек, атома, каменного угля. В этом направлении сделаны определенные успехи, однако ближайшие 20–30 лет нефть и газ будут определять «топливное лицо» мира. Невольно возникает вопрос: а хватит ли нам углеводородов? Ведь запасы нефти и газа исчерпаемы и невосполнимы. В некоторых промышленно развитых странах при современном уровне добычи «черного золота» не хватит даже до конца текущего столетия. Успеет ли человек, до того как иссякнут источники нефти и газа, изобрести достойный энергетический заменитель? Человеческий разум упорно бьется над решением этой проблемы.

А тем временем поисковики в различных частях света буравят все новые земли в поисках нефти и газа. Во влажных тропиках Южной Америки, Африки и Индонезии, в полярных морях Арктики, в жарких пустынях Северной Африки, Аравии и Австралии — везде можно увидеть ажурную конструкцию нефтяной вышки, устремленную в небо, а своим тонким и чутким жалом в земные недра. Цель одна — нефть!

На бурение скважин ежегодно тратятся огромные средства. Но прежде надо провести геофизические работы, сделать геологический анализ многих данных, чтобы правильно выбрать объект бурения, а это тоже стоит немалых денег. В этой связи эффективность поисковых работ на нефть и газ приобретает огромное значение. Между тем, несмотря на использование поисковиками современной аппаратуры и техники, коэффициент успешности поиска в среднем находится на уровне 40 %, а это означает, что из 100 пробуренных скважин только 40 дают искомый продукт.

Для правильной ориентации поисковых работ на нефть и газ очень важно знать закономерности размещения в земной коре залежей нефти и газа, а это, в свою очередь, возможно лишь на основе четкого знания о происхождении этих полезных ископаемых. Древнегреческому мыслителю Аристотелю принадлежат слова: «Только тогда можно понять сущность вещей, когда знаешь их происхождение и развитие». В полной мере это применимо и к нефти.

Основоположник отечественной нефтегазовой науки академик Иван Михайлович Губкин придавал этому вопросу первостепенное значение. В своем капитальном труде «Учение о нефти», первое издание которого вышло в 1932 г., он писал: «Только тогда, когда мы будем иметь правильное представление о тех процессах, в результате которых возникает нефть, мы будем знать, каким образом в земной коре образуются ее залежи… и как надлежит наиболее целесообразно организовать ее разведку» [Губкин, 1975, с. 300]. Развивая свою мысль, И. М. Губкин продолжал: «Правильное представление о процессах образования нефти дает нам указание и ответ на вопрос о причинах возникновения разного рода нефтей… здесь лежит ключ к разрешению всех вопросов наиболее правильного использования этого ценнейшего продукта» [Там же]. Слова выдающегося ученого-нефтяника как нельзя лучше отвечают на вопрос: почему необходимо разгадать эту одну из величайших загадок природы — происхождение нефти?

Проблема происхождения нефти не утратила своей актуальности и в наши дни, несмотря на то что дискуссия среди ученых ведется уже почти 200 лет. Труд-по найти в науке такой предмет, который вызывал бы столь жаркие и непримиримые споры, как происхождение нефти. Этой проблеме и посвящена предлагаемая книга. Однако, прежде чем дать ответ на вопрос об образовании нефти, нам необходимо хотя бы кратко рассказать о самой нефти: что она собой представляет, из чего состоит, в каких условиях залегает в недрах Земли?

Нефть и газ — горные породы. Они относятся к группе осадочных вместе с песками, песчаниками, глинами, известняками, каменной солью и т. д. Мы привыкли считать, что порода — твердое вещество, из которого состоит земная кора и более глубокие недра Земли. Оказывается, что есть и жидкие породы и даже газообразные. Это нефть и газ. Одно из важных их свойств — способность гореть. Таким же качеством обладает и ряд других осадочных пород: торф, бурый и каменный уголь, антрацит. Все вместе горючие породы образуют особое семейство, получившее название каустобиолитов (от греч. «каустос» — горючий, «биос» — жизнь, «литое» — камень, т. е. горючий органический камень). Среди них различают каустобиолиты угольного ряда и каустобиолиты нефтяного ряда, последние называются битумами. К ним-то и относятся нефть и газ.

Все каустобиолиты содержат углерод, водород и кислород, но в разном соотношении. Каустобиолиты угольного типа отличаются явным преобладанием углерода над водородом: для антрацита это соотношение (С/Н) равно 63, для каменного угля — 17 и т. д. Нефти же имеют более уравновешенную пропорцию углерода и водорода, поэтому С/Н у них варьирует обычно в пределах 6–6,5. В каустобиолитах угольного ряда повышено также содержание кислорода по сравнению с нефтями: в буром угле –23,7 %, в торфе — 29,7, а у нефтей — 0,5–1,7 %.

В химическом отношении нефть — это сложная смесь углеводородов и углеродистых соединений, содержащая также кислород, азот, серу и реже другие элементы. Она состоит из следующих основных элементов: углерод (83–87 %), водород (12–14), кислород, азот и сера (1–2), содержание серы возрастает иногда до 6–8 %. В нефтях выделяют углеводородную часть, асфальто-смолистую, парафины, серу и зольную часть.

Первая часть состоит из трех групп углеводородов: метановые (алканы), нафтеновые (циклоалканы) и ароматические (арены). Первые относятся к предельным углеводородам и имеют формулу С_nН_2n+2.