Нефтяные месторождения
Нефть и газ чаще всего сопровождают друг друга, так что добывают их из одной скважины. Обычно «черное золото» залегает на глубине 1000−3000 метров, но бывают случаи, когда его находят почти на поверхности или на глубине больше 5 км.
Самые крупные месторождения находятся в Саудовской Аравии, Казахстане, России, США и Иране. Однако бывает так, что некоторые страны не имеют средств на покупку оборудования и продают месторождения за копейки.
Не все залежи нефти можно считать месторождениями. Например, если ископаемых слишком мало, то бурить скважину попросту невыгодно. Занимаемые топливом площади могут колебаться от десятков до сотен километров. В общем, месторождения делят на следующие группы:
- Мелкие — меньше 10 миллионов тонн.
- Средние — от 10 до 100 миллионов тонн.
- Крупные — 100 млн — 1 млрд тонн.
- Крупнейшие — от 1 до 5 млрд.
- Супергигантские — больше 5 млрд тонн.
В Российской Федерации имеется больше 20 точек, где добывают нефть. Ежегодно их число увеличивается, однако в последнее время не такими большими темпами, как раньше. Бо́льшая часть скважин находится в арктических морях. Конечно, из-за природных условий добыча затрудняется.
Крупнейшим месторождением в нашей стране является Уренгойское. По размерам оно находится на втором месте в мире. Природного газа здесь около 10 триллионов м³, нефти чуть меньше. Располагается оно в Ямало-Ненецком автономном округе. Назвали его в честь небольшого поселения поблизости. Открыли его в 1966 году.
Стоит упомянуть и Находкинское месторождение, открытое в 1976 году и имеющее большие запасы газа и нефти. Несмотря на то что о нем узнали еще в советское время, добывать «черное золото» начали только в 2004 году.
В Башкирии, у города Туймазы есть одноименное месторождение, открытое еще до войны. Нефть здесь залегает на глубине всего в 1−2 км. Впервые добывать ее начали в 1944 году и до сих пор продолжают это делать. Благодаря передовым методам добычи нефтяникам удалось добыть на 40−50% больше нефти, чем предполагалось.
Немалые запасы полезных ископаемых есть и в Иркутской области, в тайге. Первоначально здесь обнаружили природный газ и жидкий газовый конденсат, но затем нашли нефть. Осуществляется добыча также в Красноярском крае, на Ванкорском месторождении. Его трудно назвать чисто нефтяным, так как здесь преобладают запасы природного газа. Все перечисленные месторождения делают Россию одним из лидеров по запасам и добыче нефти.
Способы получения
Процесс добычи нефти начинается с разведки месторождений этого полезного ископаемого. Они определяются геологами вначале по внешним признакам – наличию следов нефти в грунтовых водах, выходам нефтяных пятен на поверхность. Но, даже если все признаки присутствия нефти есть, при детальной разведке не обязательно обнаруживают бассейн с большими запасами.
Существуют такие основные способы разработки нефтяных месторождений:
- механический или насосный;
- сланцевый (который считается более опасным из-за применения химических реагентов и дорогим);
- фонтанный.
Механический способ – это бурение скважины при помощи труб до глубины залегания пласта. После этого устанавливают насосное оборудование и откачивают нефть с помощью компрессора.
Фонтанный способ добычи нефти является наиболее экономичным. Он основывается на том, что нефтяной пласт находится под влиянием давления пород, в результате чего жидкость самостоятельно поднимается на поверхность. В данном случае устанавливают оборудование, которое состоит из труб, установленных в скважине, и арматуры на поверхности, контролирующей силу фонтана.
Сланцевый метод добычи черного золота является наиболее дорогостоящим. Есть два основных способа добычи сланцевой нефти: получение сланцевой нефти на поверхности (нефтеносная порода подается наверх, где проходит обработку в специальных установках, в которых происходит ее разделение на нефтяные фракции) и добыча сланцевой нефти на глубине с применением гидроударов и гидроразрывов пласта. Этот способ применяется при залегании нефтеносной породы на больших глубинах. Для этого используется технология бурения горизонтальных скважин, в которые под давлением подается вода. Под влиянием гидроудара происходит гидроразрыв пластов. Из полученных в нефтеносной породе множества трещин начинает выделяться содержащаяся в ней нефть, которая подается на поверхность. Этот способ добычи нефти применение гидроразрыва пластов несет в себе существенную опасность. Следствием этой технологии является проседание грунта, сейсмические толчки, попадание в подземные грунтовые воды нефти и метана.
Последствия добычи сланцевой нефти
В России, как и в арабских странах, нефть добывают механическим и фонтанным способами.
Впервые бурение скважины для получения нефти было произведено в 1846 году. Это происходило в поселке рядом с Баку, который в то время входил в состав Российской Империи.
Основные теории происхождения нефти
Первую скважину пробурили 1846 году на территории Баку. В тот период о нефти знали очень мало, но уже тогда ученые стали делать предположения о том, как она могла появиться. Если внимательно изучить все известные версии, то станет ясно, что каждая из них содержит толику правды.
Биогенная, или органическая
В связи с тем, что нефть — органическое вещество, первая теория классическая. Научные деятели уверены, что этот продукт образовался в результате накопления остатков растений и животных на дне водоемов с пресной или морской водой. Процесс образования проходит в несколько этапов:
- Смешиваясь, субстанция постепенно уплотняется.
- Начинаются биохимические процессы.
- Затем часть субстанции разлагается, а другая начинает выделять сероводород, диоксид углерода и другие соединения.
- Осадок проникает в землю.
- Происходит отделение углеводородов от органической массы.
- Осадок движется в земельных породах.
- Пласт подвергается воздействию высоких температур.
- Когда показатель уже превышает 200 градусов, прекращается выделение углеводородов, но начинается активное выделение газа.
Таким образом, происходит формирование месторождения полезного ископаемого. Впервые эту версию озвучил Михаил Ломоносов. Биогенная, или органическая, версия звучит правдоподобно, но тогда не совсем ясно, почему на одной территории земного шара месторождений много, а на других нет.
Абиогенная, или неорганическая
По этой теории, образование жидких углеводородов связано с геологическими процессами. Когда тяжелые соединения синтезируются из неорганических веществ, и месторождения не могут обновляться. После того как скважина пробурена, а нефть выкачана, про это место можно забыть. Сторонники абиогенной версии говорят, что если бурить в том же месте еще глубже, то легко найти дополнительные запасы этого вещества.
Впервые об этом заговорил французский химик Бертло в 19 веке. Он заявил, что синтез углеводорода из неорганических веществ реален. Позже Менделеев развил эту мысль и назвал свою теорию «карбидной». Он утверждал, что ресурс образуется на больших глубинах при условиях высокой температуры, вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов.
Космического происхождения
Космос всегда имел большое влияние на Землю. Многие считают, что именно галактика подарила людям нефть. Это вещество сформировалось из рассеянных неорганических элементов, которые есть в космическом пространстве. Эти соединения попали на планету несколько миллионов лет назад и проникли глубоко в почву. После того, как магма расплавила эти неорганические элементы, углеводороды проникли в осадочные породы, и началось самообразование. Эта версия была выдвинута в конце 19 века В. Соколовым.
Альтернативные версии
Альтернатива присутствует везде, теоретические споры об образовании нефтяного ресурса не исключение. Основные версии:
- Животная гипотеза говорит о том, что нефть появилась из жира морских обитателей.
- Смешанная версия подразумевает воздействие тектоники плит земли. Происходит втягивание органического вещества в глубокие неорганические зоны.
- Некоторые уверены, что магма образует этот природный ресурс, а потом продвигает его по разломам и трещинам.
- Другие ученые считают, что причиной стало изменение климата. Речь идет о круговороте углеводорода и воды. В этом случае на образование продукта уходит всего несколько десятилетий.
- В теории Томаса Голда говориться о метане. Он уверял, что этот метан может частично перерабатываться при участии микроорганизмов.
Последнее заявление звучит правдоподобно, потому что эта версия объясняет, почему в нефтяном ресурсе присутствуют биомаркеры.
Ухтинская нефть
Первое упоминание об обнаружении нефти в России относят к XVI веку. В заметках путешественников того времени найдены описания, как люди, живущие по берегам реки Ухты, собирали нефть с ее поверхности и использовали в медицинских целях, а также в качестве смазывающего материала.
В 1687 году в свет вышел труд известного голландского ученого и государственного деятеля Николаса Витсена «Северная и Восточная Тартария» в двух томах, посвященный описанию Сибири. В своем сочинении Витсен рассказал о том, что на реке Ухте, в сутках езды от города Печора есть место, где из воды выделяется черный жир – нефть.
Уже в начале XVIII века царь Петр I Великий, прочитав книгу Витсена, распорядился найти упомянутый источник нефти, что и было сделано рудоискателем из архангельской губернии Григорием Ивановичем Черепановым в 1721 году. О своей находке в Пустозерском уезде искатель сообщил Берг-коллегии в Санкт-Петербурге, и Петр I распорядился освидетельствовать нефтяной ключ, а также взять пробы из него для анализа сырья. Пробы были доставлены в Москву, однако в связи с кончиной правителя, про них на некоторое время забыли.
Только в 1745 году, другой рудоискатель, также выходец из Архангельска, — Федор Савельевич Прядунов – получил разрешение Берг-коллегии открыть в Пустозерском уезде на реке Ухте нефтяной промысел.
Открытие нефтепромысла на реке Ухте в районе впадения в нее ручья Нефтьель можно назвать первой серьезной по тем меркам добычей нефти в России. Прядунов также положил начало истории нефтепереработки, создав рядом с промыслом хронологически первое в истории примитивное предприятие по переработке нефти. Однако, через несколько лет рудоискатель за неуплату долгов был заключен в тюрьму, где умер в 1753 году. В дальнейшем предприятие сменило нескольких владельцев, а затем пришло в запустение и развалилось.
Химический состав и физические свойства
Химический состав вещества в основном составляют парафины, нафтены, ароматики и непредельные углеводороды вместе с примесями: серы, азота и кислородсодержащих соединений. К физическим свойствам можно отнести:
- Фракционный состав.
- Температуру.
- Относительную плотность.
- Температуру вспышки и другие.
Добываемое из скважин вещество называют сырым. Хоть состав вещества и различается в разных местах, пять химических элементов присутствуют во всех видах: углерод, водород, кислород, азот, сера. Больше всего в нефти углерода и водорода — около 90% (84—87% первого и 11−14% второго), остальные три элемента присутствуют в количестве 5−8%.
В общей сложности «черное золото» имеет больше 500 химических соединений. Главный компонент нефти — углеводород — может быть в трех агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном. Углеводородные соединения делят на парафиновые, нафтеновые, ароматические и смешанные.
Физические свойства залегающей нефти сильно отличаются от дегазированных видов. Это происходит из-за того, что в пластовых условиях высокое давление, немалая температура, а также есть растворенный газ, которого может быть около 400 кубических метров на 1 м³ нефти.
В обычных условиях плотность вещества колеблется от 700 до 1 тыс. кг/ м³. По плотности все ресурсы делятся на три класса:
- Легкие (до 860 кг/ м³).
- Средние — до 900 кг/ м³.
- Тяжелые — все остальные.
При определении плотности обычно пользуются относительным вариантом. Он представляет собой отношение плотности нефти при температуре 20 градусов по Цельсию к плотности воды при 4 градусах. Средние показатели плотности колеблются в промежутке 0,82−0,92.
Есть и исключения: дистилляты фракционирования с плотностью 0,76, тяжелые и густые остатки фракционирования с плотностью выше 1.
Температура застывания и плавления бывает разной. Чаще всего вещества находятся в жидком состоянии, но бывают случаи, когда они застывают при небольшом охлаждении. Если в них находятся много парафинов, то температура застывания повышается. Прямо противоположно на застывание действуют смолистые компоненты.
Немаловажным технологическим свойством нефти является вязкость. Это свойство учитывают при оценке скорости фильтрации, при определении вида вытесняющего агента, при выборе насоса. Кроме того, это свойство определяет масштабы перемещения нефти и газа. Вязкость бывает трех видов: динамическая, кинематическая и относительная.
Оптические свойства вещества тоже неоднозначны. Цвет считается одним из самых надежных способов определения качества. Состав нефти влияет на то, каким цветом будет вещество: черным, красноватым или светло-желтым. Сами углеводороды бесцветны, но смолисто-асфальтеновые соединения — нет. Чем их больше, тем нефть чернее.
Применение нефти
Несмотря на то что история нефти насчитывает миллионы лет существования, добывать и применять ее в промышленных масштабах человечество научилось относительно недавно.
Некоторые источники говорят, что люди применяли нефтяные продукты на протяжении многих веков. Нефть и битум стали известны еще в древние времена. Некоторые народы использовали их в лечебных целях, другие в религиозных. В трудах Геродота и римского инженера Витрувия упоминается битум. На протяжении тысяч лет его применяли как водонепроницаемый материал при строительстве трубопроводов, судов и другого.
Есть история о том, что битумом был просмолен Ноев ковчег. Индейцы использовали нефть как лечебное вещество. В Америке люди находили нефтяные следы, загрязнявшие воду, собирали их с поверхности и применяли как горючее вещество. Применение нефти осуществлялось и у славянских народов. У них она называлась «ропа», «ропянка». Как можно понять из краткого описания применения, интерес к полезному ресурсу был основан благодаря его способности гореть. Таким образом образовалась нефть как топливо.
Полноценным источником энергии ресурс стал только в XIX веке. В то время в качестве топлива для освещения использовался китовый жир, которого не хватало. Нужен был новый энергетический источник. В 60-х годах XIX века в Соединенных штатах Эдвин Дрейк вырыл первую нефтяную скважину. Есть информация, что первую скважину все-таки откопали в 1846 году недалеко от Баку. Сделали это по предложению инженера Семенова Ф. А.
Постепенно нефть стала применяться в больших масштабах. Сначала был изобретен двигатель внутреннего сгорания, для которого потребовалась бензиновая фракция вещества. Далее был расцвет авиации, нуждавшейся в особо качественном топливе. В 40-х годах прошлого столетия появилось синтетическое производство. Нейлон и полиэтилен тоже стали производить из нефти.
Основные теории происхождения нефти
Есть несколько основных теорий происхождения нефти. Каждая из них описывает краткое содержание происхождения нефти.
Биогенная или органическая теория
Органическая теория происхождения нефти – классическая версия возникновения этого природного ресурса, которую поддерживают многие ученые.
Суть этой теории заключается в том, что нефть образуется в результате накопления остатков растений и животных на дне водоемов с пресной или морской водой. Когда этот осадок собирается, он уплотняется.
В результате естественных биохимических процессов осадок частично разлагается, при этом происходит выделение сероводорода, диоксида углерода и других соединений.
Когда процесс разложения завершается, осадок проникает на глубину 3-4,5 км. Здесь происходит отделение углеводородов от органической массы при температуре 140-160 градусов.
Впоследствии нефть проникает в подземные пустоты и заполняя их. Таким образом формируются месторождения полезного ископаемого.
В дальнейшем, по мере продвижения вниз, органический пласт подвергается воздействию все более высоких температур. Когда температура превышает показатели в 200 градусов, прекращается выделение углеводородов, но начинается активное выделение газа.
Биогенное происхождение нефти – идея, которую впервые четко описал М. Ломоносов.
Абиогенная или неорганическая теория происхождения
Сторонники абиогенной теории происхождения нефти считают, что образование жидких углеводородов обусловлено геологическими процессами, которые протекают в недрах Земли, и не имеет связи с биологическими процессами.
Согласно данной теории, этан и более тяжелые углеводороды, присутствующие в составе нефти, могут синтезироваться из неорганических соединений, присутствующих в верхней мантии Земли.
Ученые, которые придерживаются биогенной теории происхождения нефти, считают, что запасы этого ресурса невозобновляемые, поэтому их хватит только на следующие 100 лет. В отличие от них, сторонники неорганического происхождение нефти высказывают мнение, что, если пробурить пласты более глубоко, откроются настолько большие запасы, что существующие покажутся каплей в море.
Впервые такой вариант истории происхождения нефти был предложен французским химиком М. Бертло во второй половине 19 века. Он провел несколько экспериментов, в ходе которых выяснил, что углеводороды действительно синтезируются из неорганических веществ.
Разновидность абиогенной гипотезы — карбидная теория происхождения нефти. Она была предложена Д. Менделеевым и подразумевала, что этот ресурс образуется на больших глубинах при условиях высокой температуры, вследствие взаимодействия воды с карбидами металлов.
Теория космического происхождения нефти
Есть и такой вариант происхождения нефти в природе, как космический.
Такая теория рассматривает процесс образования нефти следующим образом: углеводороды этого вещества сформировались из рассеянных неорганических элементов, присутствующих в космическом пространстве и попавших в состав земного вещества еще на стадии формирования планеты.
По мере остывания Земли эти вещества поглощались расплавленной магмой. Таким образом углеводороды проникли в осадочные породы в газообразном состоянии, после чего конденсировались и образовали нефть.
Космическая теория происхождения нефти в конце 19 века В. Соколовым.
Краткая характеристика
Дополнительные сведения: Топливо
Нефть
Основная статья: Нефть
Нефть — природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. По цвету нефть бывает красно-коричневого, иногда почти чёрного цвета, хотя иногда встречается и слабо окрашенная в жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная нефть; имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли. Нефть известна человечеству с древнейших времён. Однако в наши дни нефть является одним из важнейших для человечества полезным ископаемым.
Уголь
Уголь — вид ископаемого топлива, образовавшийся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Международное название углерода происходит от лат. carbō («уголь»). Уголь был первым из используемых человеком видов ископаемого топлива. Он позволил совершить промышленную революцию, которая, в свою очередь, способствовала развитию угольной промышленности, обеспечив её более современной технологией. Уголь, подобно нефти и газу, представляет собой органическое вещество, подвергшееся медленному разложению под действием биологических и геологических процессов. Основа образования угля — растительные остатки. В зависимости от степени преобразования и удельного количества углерода в угле различают четыре его типа:
В западных странах имеет место несколько иная классификация — лигниты, суббитуминозные угли, битуминозные угли, антрациты и графиты, соответственно.
Горючие сланцы
Горючий сланец — полезное ископаемое из группы твёрдых каустобиолитов, дающее при сухой перегонке значительное количество смолы (близкой по составу к нефти). Сланцы в основном образовались 450 миллионов лет тому назад на дне моря из растительных и животных остатков. Горючий сланец состоит из преобладающих минеральных (кальциты, доломит, гидрослюды, монтмориллонит, каолинит, полевые шпаты, кварц, пирит и других) и органических частей (кероген), последняя составляет 10—30 % от массы породы и только в сланцах самого высокого качества достигает 50—70 %. Органическая часть является био- и геохимически преобразованным веществом простейших водорослей, сохранившим клеточное строение (талломоальгинит) или потерявшим его (коллоальгинит); в виде примеси в органической части присутствуют измененные остатки высших растений (витринит, фюзенит, липоидинит).
Природный газ
Природный газ — смесь газов, образовавшаяся в недрах земли при анаэробном разложении органических веществ. Относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При стандартных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.
Газовые гидраты
Газовые гидраты — кристаллические соединения, образующиеся при определённых термобарических условиях из воды и газа. Название «клатраты» (от лат. clathratus — «сажать в клетку»), было дано Пауэллом в 1948 году. Гидраты газа относятся к нестехиометрическим соединениям, то есть соединениям переменного состава.
Сланцевый газ
Сланцевый природный газ — природный газ, добываемый из горючих сланцев и состоящий преимущественно из метана.
Торф
Основная статья: Торф
Торф — горючее полезное ископаемое; образовано скоплением остатков растений, подвергшихся неполному разложению в условиях болот. Содержит 50—60 % углерода. Теплота сгорания (максимальная) — 24 МДж/кг. Используется комплексно как топливо, удобрение, теплоизоляционный материал и так далее. Для болота характерно отложение на поверхности почвы неполно разложившегося органического вещества, превращающегося в дальнейшем в торф. Слой торфа в болотах не менее 30 см (если меньше, то это заболоченные земли).
Это интересно: Текущая ситуация и прогноз стоимости нефти: разбираем подробно
Хватит ли нам запасов?
Разнообразные условия, которые создает природа для образования нефти, невозможно перечислить. Сложная цепь преобразований минерально-органических компонентов пока полностью не изучена, и многое остается тайной. Также нет достоверно определенных объемов нефти, которые хранятся в недрах Земли.
Но есть фактор, который просчитан с абсолютной точностью: потребность людей в нефти растет гораздо быстрее, чем протекают процессы ее образования. Именно поэтому сегодня многие лаборатории и индустриальные гиганты работают над созданием заменителей, «искусственной нефти». А вот проводимые исследования как раз помогают выявить самый совершенный способ производства такого незаменимого для нас продукта.
Устройство скважин для добычи нефти
Нефтяной ресурс добывают через специально пробуренную скважину на поверхности земли. Скважину бурят при помощи специального оборудования — нефтяных вышек. Но стоит отметить, что с нефтедобывающим процессом они практически не связаны.
После завершения процесса в одном месте вышка для бурения скважины переезжает на другое и вновь начинает проделывать дырки в земле. Эта процедура довольно длительная. Иногда она может занимать до 3 месяцев. Чтобы порода в готовой скважине не сыпалась вниз, ее обустраивают изнутри стальными трубами.
Типовой диаметр одной скважины составляет 14,6 сантиметра. А вот по длине она может быть различной. Самые высокие составляют 3 метра. Днище ее называются забоем. В том случае, когда туда попадает какой-либо предмет, скважина становится непригодной для добычи, так как убрать преграду практически невозможно.
Чтобы между пластами не происходила циркуляция воды, и они между собой не сообщались, пространство между ними заливается цементным раствором. Чтобы на днище забоя поступала нефть, следует проводить ее перфорацию. Для этого проделываются небольшие отверстия в кольце и в обсадной колонне.
