Neft va gazning kimyoviy tarkibi

1. NEFTNING KELIB KELISHI
1.1 Neftning mineral kelib chiqishi haqidagi farazlar
Neftning kelib chiqishi haqidagi zamonaviy g'oyalarning kelib chiqishi 18 -asr - 19-asr boshlarida paydo bo'lgan . M. V. Lomonosov (1757) neftning organik kelib chiqishi haqidagi gipotezaga asos soldi, uning paydo bo'lishini "er osti olovi"ning "toshlangan ko'mir" ga ta'siri bilan izohladi, buning natijasida uning fikricha, asfaltlar, moylar va " tosh moylari» shakllangan. Neftning mineral kelib chiqishi haqidagi fikrni birinchi marta 1805 yilda A. Gumboldt bildirgan.
Kimyoning rivojlanishi, uglevodorodlarning (HC) noorganik sintezi bo'yicha M. Berthelot (1866), G. Biasson (1871) tomonidan amalga oshirilgan tajribalar minerallarning kelib chiqishi haqidagi gipotezani ishlab chiqishda boshlang'ich nuqta bo'lib xizmat qildi. 1867 yilgacha neftning organik kelib chiqishi haqidagi g'oyalarga amal qilgan D. I. Mendeleyev 1877 yilda uning mineral kelib chiqishi haqidagi mashhur gipotezani shakllantirdi, unga ko'ra neft suvning metall bilan o'zaro ta'siri natijasida yuqori haroratlarda katta chuqurlikda hosil bo'ladi. karbidlar.
O'tgan asrda juda ko'p miqdordagi kimyoviy, geokimyoviy va geologik ma'lumotlar to'planib, neftning kelib chiqishi muammosiga oydinlik kiritdi. Hozirgi vaqtda olimlarning asosiy qismi - kimyogarlar, geokimyogarlar va geologlar neftning organik genezisi g'oyasini eng oqilona deb bilishadi, garchi hali ham uning shakllanishining mineral gipotezasini afzal ko'radigan olimlar mavjud.
Neftning mineral kelib chiqishi haqidagi barcha gipotezalarni uglevodorodlar, kislorod, oltingugurt va azot o'z ichiga olgan neft tarkibiy qismlarini oddiy boshlang'ich moddalar - C, H2, CO, CO2, CH4, H2O va radikallardan sintez qilish g'oyasi birlashtirilgan. yuqori haroratlarda va sintez mahsulotlarining chuqur jinslarning mineral qismi bilan o'zaro ta'siri.
Mendeleyev D.I. uglevodorodlar hosil boʻlishining asosini chuqur togʻ jinslarining metall karbidlarining suv bilan oʻzaro taʼsiri tashkil etadi, ular yoriqlar orqali sirtdan katta chuqurlikgacha kirib boradi.
Jarayon sxemasi quyidagicha taqdim etildi:
2FeC + 3H20 = Fe2O3 + C2H6
yoki, umumiy ma'noda, yozishingiz mumkin:
MCm + mH20 -> MOm + (CH2)m.
Gazsimon holatda hosil boʻlgan uglevodorodlar D.I.Mendeleyevning fikricha, soʻngra yer qobigʻining yuqori sovuq qismiga koʻtarilib, u yerda kondensatsiyalanib, gʻovak choʻkindi jinslarda toʻplangan. O'sha paytda chuqur jinslarda metall karbidlar hali ma'lum emas edi. Hozirgi vaqtda Mendeleyevning taxmini tasdiqlangan, chuqur jinslarda bir qator elementlarning karbidlari ( FeC , TiC , Cr2C3, WC , SiC ) topilgan. Lekin ular katta klasterlarni hosil qilmaydi; bular eng kichik (millimetrning fraktsiyalari) mineral ajralishlar bo'lib, ular kamdan-kam uchraydigan va jinslarda tarqalgan. Shuning uchun tabiatda ma'lum bo'lgan uglevodorodlarning juda katta miqdorda hosil bo'lish jarayonini bu pozitsiyalardan tushuntirish juda qiyin. Bundan tashqari, hozirda suvning yoriqlar orqali katta chuqurliklarga oqib o'tishi mumkin emasligiga shubha yo'q. Ammo bu muhim emas, chuqur jinslarning suyuqlik fazasi ma'lum sharoitlarda suvni o'z ichiga oladi, shuning uchun printsipial ravishda uning karbidlar bilan o'zaro ta'siri mumkin. Eng oddiy uglevodorodlarning paydo bo'lishi ham katta ehtimolga ega, ammo katta miqdorda bu deyarli mumkin emas.
1892 yilda N. A. Sokolov neftning kosmik kelib chiqishi haqidagi farazni ilgari surdi. Uning mohiyati oddiy moddalardan uglevodorodlarning bir xil mineral sinteziga tushiriladi, lekin Yer shakllanishining dastlabki, kosmik bosqichida.
Hosil bo'lgan uglevodorodlar gazsimon qobiqda bo'lib, ular sovishi bilan hosil bo'lgan er qobig'ining jinslari tomonidan so'riladi deb taxmin qilingan. Keyin sovigan magmatik jinslardan ajralib chiqqan uglevodorodlar er qobig'ining yuqori qismiga ko'tarilib, u erda to'planishlarni hosil qilgan. Bu gipoteza meteoritlarda kometalar va uglevodorodlarning dumlarida uglerod va vodorod borligi haqidagi faktlarga asoslangan edi. Zamonaviy ma'lumotlarga ko'ra, Yupiter va Titan atmosferasida, shuningdek, gaz va chang bulutlarida C2H2, C2H4, C2H6, C3H8, HCN , C 2 N 2 topilgan.Qattiq uglerodli moddalar, normal alkanlar va aminokislotalar topilgan. meteoritlarda. Biroq, ularning kelib chiqishi aniq emas.
Neftning mineral kelib chiqishi tarafdorlarining bir qator dalillari termodinamik hisob-kitoblarga asoslangan. Chekalyuk E. B. yuqori haroratli sintez termodinamik muvozanatli aralashmalar hosil boʻlishiga olib keladi, deb faraz qilib, baʼzi izomerik uglevodorodlar orasidagi nisbatlar boʻyicha neft hosil boʻlish haroratini aniqlashga harakat qildi. Shu tarzda hisoblangan neft hosil bo'lish harorati 450-900 ° S ni tashkil etdi, bu Yerning yuqori mantiyasidagi 100-160 km chuqurlikdagi zonaning haroratiga to'g'ri keladi. Biroq, xuddi shu moylar uchun boshqa izomerik juftliklar uchun hisoblash boshqa harorat qiymatlarini (-100 dan 20 000 ° C gacha) beradi, ular er qobig'i va mantiya sharoitida mutlaqo haqiqiy emas. Hozirgi vaqtda neftlarning izomerik uglevodorodlari muvozanatsiz tizim ekanligi isbotlangan. Boshqa tomondan, uglevodorodlarning termodinamik xususiyatlarini juda yuqori bosim (o'n ming Paskal) mintaqasida hisoblash juda uzoq ekstrapolyatsiyalarga murojaat qilish zarurati tufayli o'zboshimchalik bilan amalga oshiriladi.
Yerning chuqur sharoitida, C va H2 ishtirokida CH4, uning gomologlari va ba'zi yuqori molekulyar birikmalarning sintezi juda mumkin va amalga oshirilmoqda. Ammo hozirgacha optik faollikka ega bo'lgan tabiiy neft bo'lgan uglevodorodlar, azot, oltingugurt va kislorod o'z ichiga olgan birikmalarning bunday murakkab va muntazam tizimini mineral sintez qilish imkoniyatini aniq isbotlaydigan etarli nazariy yoki eksperimental ma'lumotlar yo'q. organizmlarning tirik moddasi va cho'kindi jinslarning bioorganik moddasi bilan molekulyar va izotopik darajada ko'p xususiyatlariga juda o'xshash .
Mineral gipotezaning geologik dalillari - chuqur kristall jinslarda, vulqonlardan otiladigan gazlar va magmalarda metan va ba'zi neft uglevodorodlari izlari mavjudligi, ba'zi chuqur yoriqlar bo'ylab neft va gazning namoyon bo'lishi va boshqalar - bilvosita bo'lib, har doim buni amalga oshirishga imkon beradi. ikki tomonlama talqin. Yer qobig'iga kirib kelgan chuqur jinslar erib, cho'kindi jinslarni ulardagi biogen organik moddalar bilan o'zlashtiradi; Vulqon teshiklari ham cho'kindi qatlamlardan o'tadi, ba'zan mintaqaviy gazga ega, shuning uchun ularda topilgan CH4 va boshqa neft uglevodorodlari nafaqat mineral sintez natijasida, balki cho'kindilarning ushlangan biogen organik moddalarini issiqlik bilan yo'q qilish paytida ham hosil bo'lishi mumkin edi. tog' jinslari yoki neft cho'kindi jinslarga kirganda.magmatik jinslar sovutilgandan keyin jinslar. Ammo asosiy dalil neftning ko'plab uglevodorodli va uglevodorod bo'lmagan birikmalarining kimyoviy va geokimyoviy parametrlarining katta o'xshashligidadir. organizmlarning tirik moddasining o'xshash komponentlari va zamonaviy cho'kindilarning biogen organik moddalari va qadimgi cho'kindi jinslar.


1.2 Neftning organik kelib chiqishi haqidagi g'oyalarni rivojlantirish

Choʻkindi jinslarning biogen organik moddalariga koʻtarilgan haroratning taʼsiri natijasida neft hosil boʻlishi haqidagi M.V.Lomonosovning yorqin taxmini 19 -asr oxiri — 20- asr boshlarida eksperimental kimyoviy-geologik tadqiqotlar jarayonida tasdiqlana boshladi.

Engler (1888), seld yog'ini distillash orqali jigarrang yog'lar, yonuvchi gazlar va suv oldi. Yog‘larning engil ulushida gs dan C9 gacha bo‘lgan uglevodorodlar , >300°C fraksiyasida parafinlar, naftenlar, olefinlar va aromatik uglevodorodlar bor edi. Hayvonlardan olingan yog'lardan yog' hosil bo'lishi haqidagi faraz mavjud edi. 1919 yilda N. D. Zelinskiy deyarli butunlay o'simlik materiallaridan tashkil topgan ko'l sapropel loyini distillangan - lipidlari yuqori bo'lgan plankton suv o'tlari qoldiqlari. Shu bilan birga, koks, smolalar, gaz va pirogenetik suvlar olingan. Gaz CH4, CO2, H2 va H 2 S dan iborat edi. Qatronlar tarkibida benzin, kerosin va og‘ir smolali moddalar bo‘lgan. Benzinda alkanlar, naftenlar va arenlar topilgan; kerosin tarkibida siklik polimetilen uglevodorodlar ustunlik qiladi. Olingan uglevodorodlar aralashmasi ko'p jihatdan tabiiy neftga o'xshash edi, og'ir fraktsiyalar optik faollikka ega edi.
Optik faollik tirik materiya, uning o'zgarishi mahsulotlari va tabiiy yog'lar uchun umumiy bo'lgan asosiy xususiyatlardan biridir. Uglevodorodlarning mineral sintezi jarayonida optik faollikka ega bo'lmagan rasemik aralashmalar paydo bo'ladi, chunki ular termodinamika nuqtai nazaridan foydali bo'lgan chap va o'ng qo'l molekulalarining teng sonini o'z ichiga oladi (bunday aralashma maksimal bilan tavsiflanadi. entropiya). Tirik tabiat uchun, aksincha, ko'zgu assimetriyasi xarakterlidir: barcha biogen aminokislotalar chap qo'l, shakar o'ng qo'lli oyna izomerlari. Organik molekulalarning optik assimetriyasi tirik materiya yoki uning o'limdan keyingi o'zgarishi mahsulotlari mavjudligini tasdiqlash uchun etarli asosdir. Ushbu pozitsiyalardan optik faol neft mineral sintezi emas, balki faqat biosferaning mahsuloti bo'lishi mumkin. Yog'larning optik faolligi asosan triterpanlar va steranlar kabi uglevodorodlar bilan bog'liq.
Planktonik suv o'tlarining organik moddalarini distillash jarayonida optik faol moyga o'xshash mahsulotlarni olish o'simlik materialidan moyning kelib chiqishi haqidagi faraz uchun asos bo'lib xizmat qildi. Bunga geologik tadqiqotlar ham yordam berdi. Neft konlarini qidirish va kashf qilishda geologlar 19- asrdayoq neft konlarini neft manbalari konlari deb atalgan sapropel organik moddalar bilan boyitilgan qadimiy dengiz konlariga tez-tez to'sib qo'yishni qayd etishdi.
A. D. Arxangelskiy (1927) va P. D. Trask (1926-1932) ishlaridan boshlab hozirgi cho‘kindi va qadimgi cho‘kindi jinslarning organik moddalarini o‘rganish boshlandi. I. M. Gubkin tadqiqot yo'nalishiga sezilarli ta'sir ko'rsatdi. Uning ta'kidlashicha, neft konlarining cho'kindi qatlamlarda keng mintaqaviy taqsimlanishi neft hosil bo'lishining mumkin bo'lgan har qanday ekzotik manbalarini (hayvonlarning yog'lari, dengiz o'tlarining to'planishi va boshqalar) rad etishni va neftning manbai faqat bo'lishi mumkinligini hisobga olishni ta'kidladi. choʻkindi jinslarda keng tarqalgan dispers organik moddalar.oʻsimlik va hayvonot kelib chiqishi aralash modda. Keyinchalik ma'lum bo'ldiki, unda odatda eng kichik planktonik suv o'tlari qoldiqlaridan tashkil topgan sapropel moddasi ustunlik qiladi. Choʻkindi gil jinslarda uning oʻrtacha kontsentratsiyasi 1% dan biroz kamroq, lekin sanoat moylari koʻpincha bogʻlangan bir qator bitumli slanetslarda 5-6, baʼzan esa 10-20% gacha boʻladi.
Quruqlik oʻsimliklaridan olingan gumusli organik moddalar asosan uglevodorodli gaz konlari topilgan kontinental koʻmir konlarida tarqalgan, lekin, qoida tariqasida, neft konlari yoʻq. Bu juda tushunarli, chunki gumus moddasi odatda juda kam lipid moddasini o'z ichiga oladi va harorat ko'tarilgach, u faqat quruq metan gazini hosil qiladi.
Dengiz plankton organizmlari, loy bakteriyalarini o'rganish shuni ko'rsatdiki, ular tarkibida lipid moddalarning katta miqdori (ba'zan 40% gacha), ulardan uglevodorodlar osongina hosil bo'lishi mumkin, shuningdek, oz miqdordagi uglevodorodlarning o'zlari - 0,06% gacha. Dengiz loylari organik moddalarida 3-5% gacha bitumli moddalar va 0,5% gacha uglevodorodlar allaqachon topilgan. Bundan tashqari, ular neftga xos bo'lgan barcha sinflar - alkanlar, naftenlar va arenlar bilan ifodalanadi. To'g'ri, neftdan farqli o'laroq, ular hali ham benzin fraktsiyalarining engil uglevodorodlarini o'z ichiga olmaydi.
2–3 km choʻkishni boshdan kechirgan va 100–150°S gacha haroratda boʻlgan choʻkindi jinslarning sapropel organik moddalarini oʻrganish shuni koʻrsatdiki, uning tarkibida allaqachon 10–20% gacha bitumli moddalar (moylar, smolalar, asfaltenlar), 10–20% gacha boʻladi. 12% uglevodorodlar. , shu jumladan 2-3% gacha past qaynaydigan (C6-C14). Ularda neft uglevodorodlarining barcha asosiy sinflari - alkanlar, izoalkanlar, naftenlar va arenlar mavjud. Yog'larga xos bo'lgan azot, oltingugurt va kislorodli birikmalar ham mavjud.
mikroneft deb atagan cho'kindi jinslarning tarqoq organik moddalarining uglevodorodlari va uning konlaridagi yog'lar o'rtasida tobora ko'proq o'xshashliklarni aniqladi.
Yog'lardagi tirik moddalardan meros bo'lib qolgan biomolekulalarning kashf etilishi katta ahamiyatga ega edi. Bular, birinchi navbatda, azot atomi (odatda V va Ni bilan) orqali metallar bilan murakkab birikmalar hosil qiluvchi to'rtta pirol halqasidan iborat porfirinlardir . Ularning o'simlik xlorofillidan hosil bo'lishi shubhasizdir. Chuqurlikning oshishi va er ostidagi haroratning oshishi bilan yog'lardagi porfirinlarning miqdori kamayadi, chunki ular termal jihatdan beqaror. Shuning uchun porfirinlarning yuqori haroratli zonalardan mineral sintez mahsulotlari bilan birga neftga kirishi mumkinligini tasavvur qilish mutlaqo mumkin emas.

xlorofil vanadilporfirin Formulalarda Pht fitol degan ma'noni anglatadi.
Muhim "biogen belgilar" ("biomarkerlar") tirik materiyaga xos bo'lgan ko'plab izoprenoid uglevodorodlar, ayniqsa fitanlar (C20) va aralashmalar (C19) bo'lib, ularning paydo bo'lishi xlorofill molekulasining periferik tarkibiy elementi bo'lgan fitol bilan bog'liq. Ba'zi hayvonlarning tanasida "tayyor" shaklda dock ham mavjud.



Qizig'i shundaki, S20N42 uglevodorodi nazariy jihatdan 366 mingdan ortiq izomerga ega bo'lishi mumkin, ammo ulardan faqat bittasi, tuzilishi tirik moddalarga xos bo'lgan fitan yog'larda sezilarli miqdorda mavjud.
Cho'kindi va yog'larning organik moddalaridagi juda ko'p "biomarkerlar" steranlar va triterpanlar, xususan, hopanlar kabi politsiklik uglevodorodlar bilan ifodalanadi. Ularning ko'plari, shubhasiz, eng oddiy siyanobakteriyalardan tortib, yuqori sut emizuvchilarigacha bo'lgan barcha tirik organizmlarda uchraydigan steroidlar va triterpenoidlar kabi xarakterli biomolekulalarning hosilalari bo'lib, katta biokimyoviy ahamiyatga ega. Biz xolesterin, fitosterol va boshqalarni o'z ichiga olamiz.
Tirik moddalar va yog'larning steroidlar va steranlar, triterpenoidlar va triterpanlar (hopanlar) o'rtasidagi molekulyar tuzilishidagi katta o'xshashlik tufayli ularning mavjudligi neftning organik geneziyasining ishonchli ko'rsatkichidir.




Stereokimyoviy xususiyatlar bo'yicha neft steranlari va triterpanlar hali ham dastlabki biologik birikmalardan biroz farq qiladi, bu termal transformatsiya paytida biomolekulalarning bir yoki bir nechta chiral markazlarining fazoviy tuzilishidagi o'zgarishlar bilan bog'liq. Pentatsiklik triterpenlar asosan quruqlikdagi oʻsimliklarda uchraydi; dengiz cho'kindi jinslarining organik moddalarida va yog'larda tetratsiklik uglevodorodlar keng tarqalgan - ko'k-yashil plankton suv o'tlariga xos bo'lgan steranlar (hopanlar), ular butun dengiz cho'kindilarida sapropel organik moddalarni to'plashda asosiy bioproduserlardan biri bo'lgan. geologik vaqt.
Oddiy alkanlar (C17 va undan yuqori) ham irsiy biogen tuzilmalarga tegishli. Ularning moylardagi miqdori 10-15, ba'zan esa 30% ga etadi. Biogen yog 'kislotalaridan n-alkanlarning hosil bo'lishining dalili past o'zgargan yog'larda uglerod atomlari toq sonli n-alkanlarning "juft" atomlardan ustun bo'lishidir. Tirik materiya va undan hosil bo'lgan cho'kindilarning organik moddalari uchun har doim uglerod atomlarining juft soniga ega bo'lgan yog' kislotalarining ustunligi xarakterlidir. "Juft" yog 'kislotalari dekarboksillanganda "g'alati" uglevodorodlar hosil bo'ladi, masalan, palmit kislotasi:
C16H32O2 -> C15H32 + CO2.
Bu birlamchi irsiy xususiyatlarning asta-sekin tekislanishi, ham manba jinslarining organik moddalarida ham, qatlam moylarida ham taxminan bir xil "juft" va "toq" n-alkanlar kontsentratsiyasi ikkilamchi reaktsiyalar tufayli chuqurlikdagi chuqurlik va haroratning oshishi bilan sodir bo'ladi.
Shunday qilib, molekulyar darajadagi ko'plab xususiyatlar va "biomarkerlar" mavjudligiga ko'ra, organizmlarning tirik moddasi, cho'kindi jinslarning organik moddalari va konlardagi yog'lar o'rtasida bog'liqlik mavjud. Tirik moddadan meros bo'lib qolgan biogen molekulyar tuzilmalarning umumiy miqdori ba'zan yog'lardagi massasining 30% ga etadi.
Cho'kindi jinslarning organik moddalarida va moylarda "biomarkerlar" ning tarkibi va tarqalishini batafsil o'rganish nafaqat neftning organik kelib chiqishini tasdiqlashga, balki neft uglevodorodlari qaysi konlardan olinganligini aniqlashga imkon beradi. konlarning shakllanishi. Bu masala, shuningdek, cho'kindi jinslar va yog'larning organik moddalarining bitumli komponentlarining o'xshash fraktsiyalarida uglerodning izotopik tarkibining o'xshashligi bilan muvaffaqiyatli hal qilinadi.
Ma'lum bo'lishicha, Yerning cho'kindi qatlamlarida organik moddalar tarkibida juda ko'p tarqalgan neft uglevodorodlari (mikroneft) mavjud - taxminan 1014 tonna, bu o'zining barcha kashf etilgan va taxmin qilingan jahon neft zaxiralaridan kamida 100 baravar ko'pdir. dalalar. Binobarin, barcha neft konlarini hosil qilish uchun qulay geologik sharoitlarda (antiklinal tuzoqlardagi g'ovakli qatlamlarda) gazlar va suvlar bilan birgalikda disperslangan neft uglevodorodlari migratsiyasi jarayonida ularning umumiy miqdorining 1% dan ko'p bo'lmagan miqdorda to'planishi kifoya edi. .
Ma'lumki, neft cho'kindi qatlamlarda notekis taqsimlangan va bu uning shakllanishining organik kontseptsiyasi nuqtai nazaridan ham tushunarli. Neft uchun hosil bo'lgan organik moddalar cho'kindilarda geologik vaqt davomida notekis ravishda to'plangan. Devon, yura-bo'r va uchinchi davr yotqiziqlarida uning to'planishining maksimal miqdori ushbu yoshdagi manba konlarida hosil bo'lgan dispers neft uglevodorodlarining maksimal massalariga va ochiq konlardagi maksimal neft zaxiralariga to'g'ri keladi.
Shunday qilib, barcha kimyoviy, geokimyoviy va geologik ma'lumotlar, shubhasiz, neftning organik kelib chiqishidan dalolat beradi.