Методические указания по учебной дисциплине Экология нефти и газа 05.03.06 Экология и природопользование (стр. 1 )

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФГБОУ ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра экологии и природопользования

УТВЕРЖДЕН

на заседании кафедры

«___»_________2016г. протокол №___

Заведующий кафедрой

________________

Методические указания по учебной дисциплине

ЭКОЛОГИЯ НЕФТИ И ГАЗА

05.03.06 Экология и природопользование

квалификация выпускника

Бакалавр

Ханты-Мансийск

2016г.

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

Практическая работа №1

Тема: Роль нефти в мировой истории человечества.

Цель: установить роль нефти в развитии человеческой цивилизации

Задание.

Посмотреть документальный фильм «Без нефти», написать короткое эссе на 1-2 страницы по указанной теме. Необходимо осветить следующие вопросы:

Для чего нужна человеку нефть? Что произойдет, если нефть исчезнет. Пути решения проблемы «Человечество без нефти».

(Дополн. материалы: док. фильм «Без нефти»)

Практическая работа № 2

ПРОИСХОЖДЕНИЕ НЕФТИ И ГАЗА

Цель изучения – получить знание о сущности и основных положениях двух концепций происхождения нефти и газа: органической и неорганической, их модификациях, различиях в подходе к решению проблемы происхождения нефти и газа и о фактах, на которые опираются обе концепции.

Задачи – изучить:

значение проблемы происхождения нефти и газа для науки, практики поисковоразведочных работ и мировой экономики; основные различия в подходе к решению проблемы нефтегазообразования и имеющиеся сходства в проблеме нефтегазонакопления; основные положения и факты органической теории и неорганических гипотез; основные модификации органической и неорганической концепции.

Задание к работе:

Внимательно прочитать текст, и письменно ответить на контрольные вопросы и тестовые задания, быть готовым к обсуждению при собеседовании.

Развитие представлений о происхождении нефти и газа и их

значение для науки и практики

Представления о происхождении нефти развиваются более двух тысячелетий, начиная с версий античных ученых. Длительное время эти представления имели фантастический характер.

В начале ХVIII века немецкий ученый И. Генкель связал образование нефти с органическим веществом (ОВ) - остатками растений и животных. Несколько позже французский ученый Б. Де Молье за исходное вещество горючих ископаемых также принял ОВ, содержащиеся в морских отложениях. При этом вулканические процессы он объяснил их горением.

Русский исследователь в работе «О слоях земных» (1763) предположил, что нефть выгоняется подземным жаром из каменных углей в виде маслянистой жидкости и поступает в трещины и полости горных пород.

В начале XIX века известный немецкий ученый А. Гумбольдт (1805) предложил гипотезу о неорганическом происхождении нефти, основанную на фактах присутствия углеводородов (УВ) в продуктах извержения вулканов. Во второй половине XIX века немецкий химик Ганн (1864), французские химики М. Бертло (1865), М. Биассон (1873), С. Клоэц (1878) в результате лабораторных экспериментов получили широкую гамму УВ при обработке высокоуглеродистого чугуна минеральными кислотами, а также хлоридами в присутствии углекислого газа. Затем в рамках неорганической концепции происхождения нефти появились карбидная гипотеза (1877), обоснованная им лабораторными экспериментами и геологическими наблюдениями, космическая гипотеза (1889) и другие гипотезы.

Таким образом, в начале XIX века чётко обозначились два направления решения проблемы происхождения нефти: органическое и неорганическое.

Сложность проблемы происхождения нефти и газа связана с их специфическим свойством – способностью мигрировать в земной коре вместе с пластовыми водами, поэтому о месте рождения нефти и газа можно судить только по косвенным признакам.

Отдавая должное сложности рассматриваемой проблемы, английский геолог С. Пауэрс в первой четверти ХХ века сказал: «Ко времени, когда из земли будет извлечен последний баррель нефти, еще не будет создана гипотеза её образования, в равной мере удовлетворяющая всех заинтересованных, и согласующаяся со всеми мыслимыми геологическими условиями».

Интенсивное развитие нефтяной промышленности в первой половине ХХ века показало, что проблема происхождения нефти имеет не только научное, но и большое практическое значение. Знание геологических и геохимических условий образования нефти и газа необходимо для определения направлений, методологии и методики поисков их месторождений, а также для оценки ресурсов нефти и газа на Земле.

Оценивая итоги разработки проблемы происхождения нефти и газа (2000) отметил, что весь ХХ век геологи вели интенсивные исследования в этой области, но в конце столетия, как и на его пороге, существуют две различные концепции – органическая и неорганическая. При этом сторонники этих концепций убеждены в том, что проблема решена ими однозначно.

Различия органических и неорганических концепций.

Основные гипотезы и факты неорганической концепции

Главные отличия в решении проблемы происхождения УВ связаны в основном с источником углерода, лежащем в основе соединений нефти и газа - биогенным, исходящим от живых организмов, или абиогенным, поступающим из мантии Земли. Отличия касаются также условий и энергетических источников процессов нефтегазообразования.

В органической теории, источниками УВ считаются биолипиды, или жиры и жироподобные вещества, и биополимеры: аминокислоты, углеводы и лигнин живого вещества, преобразуемые в процессе литогенеза в геолипиды, или битумоиды и геополимеры. К геополимерам относятся различные гуминовые вещества.

Энергетическим источником преобразования ОВ на стадии диагенеза1 является деятельность анаэробных бактерий, а на стадии катагенеза – температура недр. При этом образование нефти и газа происходит в низкотемпературных условиях - нефти до 170 °С, а максимум образования термокаталитических газов от 180 до 250 °С.

Неорганические концепции отличаются большим разнообразием представлений об образовании нефти и газа. Источниками УВ считаются: оксид углерода, диоксид углерода (углекислый газ), вода, карбонаты, карбиды2 и гидриды металлов3, а также метан, простейшие углеводородные радикалы (СН, СН2, СН3) и другие УВ глубинного происхождения. Неорганические концепции исходят из жестких термобарических условий образования нефти и газа, характерных для верхней мантии и низов земной коры. Считается также, что образованию УВ могут способствовать резкие перепады давления, электромагнитных и акустических полей, которые вызываются землетрясениями.

В настоящее время среди гипотез неорганического происхождения нефти выделяются:

1) глубинная магматическая гипотеза (1951-1973);

2) баровакуумная гипотеза (1965, 1982);

3) гипотеза дегазации мантии Земли , (1965);

4) космические гипотезы Ф. Хойла (1956) и (1957, 1967);

5) экзогенная космическая гипотеза и (2003);

6) газогеодинамические и флюидогеодинамические гипотезы (1989), Т. Голда и С. Сотера (1985), и (2001, 2003) и другие.

Неорганические гипотезы обоснованы термодинамическими расчётами, показывающими возможность существования УВ в условиях мантии Земли при температурах до 1500-1700 °С и давлениях до 6500 МПа, лабораторными экспериментами и фактическими данными. В настоящее время установлено, что более 15 % мировых запасов нефти и газа связаны с магматическими породами и корой выветривания фундамента осадочных бассейнов.

Основные факты неорганической концепции.

Неорганические концепции опираются на следующие факты.

Установленное наличие радикалов, углеродистых соединений и УВ в газопылевых облаках межзвёздной среды, в атмосферах Юпитера и спутника Сатурна Титана. Наличие метана в атмосферах планет-гигантов Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Наличие битумоподобных веществ в метеоритах, в составе которых присутствуют н-алканы, изопреноиды (пристан и фитан), порфирины, а также углеводы, аминокислоты, жирные кислоты, и даже оптически активные вещества. Среднее содержание ОВ в углистых хондритах4 достигает 5 %. Присутствие углеродистых соединений, а также водорода, окиси углерода, спиртов, метана и некоторых, более сложных УВ в продуктах магматизма мантийного происхождения, в гидротермальных системах современного и древнего вулканизма. Результаты термодинамических теоретических расчётов, указывающие на возможность существования метана и тяжелых УВ в условиях мантии Земли. Результаты лабораторных экспериментов по синтезу УВ из неорганических компонентов (мрамора, кальцита, вюстита (FеО) и дистиллированной воды) при давлениях и температурах, соответствующих условиям верхней мантии. Восполнение запасов УВ во многих залежах в процессе их разработки, то есть существование месторождений с самовоспроизводящимися запасами. Установленные в разных регионах увеличения дебитов скважин, вплоть до фонтанирования после их различных простоев и землетрясений. Молодой кайнозойский возраст многих залежей природного газа и нефти древних платформ, не согласующийся с возрастом вмещающих пород. Наличие уникальных и крупных по запасам месторождений нефти и газа в кристаллических породах фундамента, а также следы присутствия УВ в изверженных, метаморфических и метасоматических5 породах.

Основные положения и факты органической теории

Согласно органической теории процесс нефте - и газообразования развивается периодично, стадийно, длительно и непрерывно, имеет региональный характер и прямо связан с тектогенезом и литогенезом.

Формирование месторождений происходит в течение двух следующих этапов: нефтегазообразования и нефтегазонакопления.

Этап нефтегазообразования разделяется на следующие три стадии.

Стадия накопления или седиментогенеза биогенного ОВ. Эта стадия протекает в субаквальной6 анаэробной восстановительной среде глинистых и карбонатных осадков. Стадия биохимического преобразования ОВ или диагенеза. Главным фактором диагенеза является деятельность микроорганизмов. Диагенез ОВ протекает при погружении осадков в зону пластовых температурах от 0 до 20-50 °С. В результате ОВ преобразуется в гуминовые и сапропелевые кислоты и битумоиды, а минеральный осадок в диагенезе превращается в осадочную породу. Стадия термокаталитического преобразования ОВ или катагенеза, генерации и эмиграции УВ. Главным фактором катагенеза является температура. Катагенез ОВ протекает при погружении осадочных пород в зону температур от 20-50 до 300 °С. В начале катагенеза гуминовые и сапропелевые кислоты переходят в новую, нерастворимую форму – нерастворимое ОВ или кероген. Кероген нерастворим в воде, органических растворителях, кислотах и щелочах.

На стадии катагенеза кероген глинистых и карбонатных пород производит битумоиды или микронефть. Поэтому данные породы называются нефте - и газопроизводящими. Битумоиды диффузно рассеяны в породе и состоят из смол, асфальтенов и УВ. На этой же стадии происходит и эмиграция или первичная миграция жидких и газообразных УВ из нефте - и газопроизводящих пород в смежно рассоложенные породы-коллекторы.