Общие сведения

Нефть образуется вместе с углеводородами обычно на глубине более 1,2—2 км, залегая на глубине от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубине свыше 4,5—5 км чаще встречаются газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством  лёгких фракций. Самое большое количество нефтяных залежей находится на глубине 1—3 км. Чем ближе находится нефть к поверхности земли, тем больше она меняет свое физическое состояние, преобразовываясь в густую мальту, полутвёрдый асфальт и др. — например, битуминозные пески и битумы. 
 Если оценивать химическую природу и происхождение нефти, то можно сделать вывод, что она близка к естественным горючим газам, озокериту, а также асфальту. Эти горючие полезные ископаемые в геологии известны под общим названием «петролиты» (от англ. «petrol»), петролиты в свою очередь являются частью еще более крупного класса, «каустобиолитов». Под каустобиолитами понимаются горючие минералы биогенного происхождения (торф, бурые и каменные угли, антрацит, сланцы). 
 Как и другие петролиты нефть растворяется в органических жидкостях (сероуглероде, хлороформе, спиртобензольной смеси), по этой причине ее принято относить к группе битумов. 
 Сырая нефть представляет собой, как правило, маслянистую жидкость, состоящую из различных органических химических элементов. Нефть находиться в больших количествах под поверхностью земли, она используется в качестве топлива и сырья в химической промышленности. 
 Сырая нефть может отличаться внешним видом, который объясняется уникальностью ее строения. Обычная нефть бывает черного или темно-коричневого цвета, однако она может обладать зеленоватым или желтоватым оттенком. В подземном резервуаре (коллекторе) нефть, как правило, находится вместе с солеными водами и природным газом, который из-за своей меньшей плотности скапливается над поверхностью нефтяного озера. Сырая нефть может находиться и в полутвердой форме вперемешку с песком, такую нефть часто называют битуминозной. 
 Современные промышленные предприятия используют нефть главным образом для производства различных видов топлива, для того, чтобы приобрести степень мобильности – на суше, на море, в воздухе, то есть делать то, что невозможно было даже представить еще 100 лет назад. Именно в силу своей высокой энергоемкости, легкости транспортировки и относительной распространенности в середине 1950-х нефть стала важнейшим в мире источником энергии. Помимо этого нефть и ее производные используются в производстве медикаментов и удобрений, пищевых продуктов, пластике, строительных материалах, красках, материях и в производстве электричества. 
 Нефть находится в пористых скалистых породах в верхних слоях земной коры или в нефтеносных пластах. Известные запасы нефти без учета запасов нефтеносных пластов составляют 1.2 триллиона баррелей, с учетом пластов – 3.74 триллиона баррелей.  
 Итак, по сути, современное производство зависит от нефти и ее производных, структура и образ жизни пригородных районах, окружающих огромные мегаполисы, - результат достаточных и доступных поставок нефти. Кроме этого целью развивающих стран является разработка собственных ресурсов и обеспечение продуктов питания для постоянно увеличивающегося населения. Однако за последние годы потребление нефти по всему миру значительно снизилось, а ее относительная стоимость выросла. Эксперты считают, что к середине XXI века нефть уже не будет основной коммерческой единицей рынка.

Историческое  развитие

 Поверхностные залежи сырой нефти были известны человеку на протяжении тысячи лет. В местах, где появлялись нефтяные озера, нефть  использовалась для таких нужд как уплотнение швов лодок, для создания водонепроницаемых материй и для изготовления факелов. 
 Таким образом, мы можем сделать вывод, что нефть в той или иной форме не нова для мировой истории. Более чем 1000 лет назад согласно данным Геродота и Диодора Сицилийского асфальт применялся в возведении стен Вавилона. Нефтяные ямы располагались рядом с Ардерикой (рядом с Вавилоном) и в Закинфе. Нефть в огромных количествах была обнаружена на берегах реки Иссус. На древних персидских табличках упоминается, что нефть использовалась в быту членами высшего сословия. 
 Самые первые скважины были пробурены в Китае в 347 г. их глубина составляла более 800 футов (244 м). Скважины были сделаны с использованием бура, закрепленного на бамбуковых стойках. Нефть сжигали для того, чтобы выпарить соляной раствор и получить соль. К X веку нефтяные скважины и соленые источники соединяла длинная сеть бамбуковых труб. Древние летописи указывают, что люди уже тогда использовали горючие полезные ископаемые для освещения и обогрева. В Японии в VII веке нефть была известна как «горячая вода». 
 Нефтедобывающая промышленность Ближнего Востока установилась в VIII веке, улицы недавно основанного Багдада были покрыты камнями, уложенными на деготь, люди получали деготь из природных месторождений, расположенных в регионе. В IX веке нефтяные месторождения разрабатывались в районе современного Баку (Азербайджан). Эти месторождения были описаны в X веке географом Масуди и в XIII веке Марко Поло. Уже в IX веке персидский химик Аль-Рази пытался дистиллировать нефть для получения керосина в перегонном аппарате. 
 К эпохе возрождения, начавшейся в XIV веке, содержимое некоторых поверхностных месторождений было подвергнуто дистилляции с целью получения смазочных веществ и медикаментов, однако настоящее использование нефти не началось до XIX века. Промышленная революция потребовала поиска новых источников топлива, социальные нужды требовали доступного и хорошего сырья для масляных ламп, люди хотели иметь возможность работать и читать после наступления сумерек. Китовый жир был очень дорогим и вследствие этого был доступен только богатым горожанам, свечи из сала обладали неприятным запахом, газовыми горелкам были оснащены лишь современные дома и квартиры в крупных городах. 
 Поиск горючего для ламп привел к появлению спроса на нефть. Многие ученые в середине XIX века занимались исследованиями этого вещества. Пытаясь добиться от него коммерческой выгоды. Британский предприниматель Джеймс Янг занялся на общей волне производством различных продуктов их сырой нефти, однако впоследствии он обратился к сухой перегонке каменного угля к эксплуатации горючих сланцев. В 1852 г. канадский физик и геолог Авраам Гесснер получил патент на изготовление горючего для ламп, малотоксичного при сгорании и доступного, это горючее получило название керосин, в 1855 г. американский химик Бенджамин Симиллан опубликовал доклад, описывающий широкий спектр полезных продуктов, которые могут быть получены в процессе дистилляции нефти. 
 С этим открытием интерес к исследованию нефти разгорелся с новой силой. Несколько лет люди замечали, что колодцы, которые они бурили в почве для того, чтобы найти грунтовые ключевые воды и соли, часто заполнялись нефтью, так что они достаточно быстро догадались бурить колодцы в поисках самой нефти. Первые колодцы такого типа были пробурены в германии с 1857 по 1859 гг., однако всемирную известность получила нефтяная скважина, пробуренная «полковником» Эдвином Дрейком в 1859 г., рядом с заливом Ойл Крик, Пенсильвания. Дрейк бурил почвы в надежде найти «исходный подземный резервуар», из которого нефть растекалась по западной Пенсильвании. Резервуар, обнаруженный Дрейком, оказался достаточно мелководным, глубина его достигала всего 21 м, обнаруженная нефть относилась к парафинному типу, она легко поддавалась дистилляции. 
 Успех Дрека спровоцировал быстрый рост современной нефтяной промышленности. Очень скоро нефть привлекла внимание и научного сообщества, были предложены гипотезы ее образования, пути к поверхности земли. С изобретением автомобиля и энергетическими затратами Первой Мировой Войны (1914-1918) нефтяная промышленность стала одной из ведущих ветвей промышленного сообщества.

Характеристика  нефти

 Химический состав всех видов нефти – это как  правило углеводороды, хотя помимо них в нефти обычно еще присутствуют серо- и кислородосодержащие элементы, содержание серы варьируется от 0.1 до 5 %. Сырая нефть содержит газообразные, жидкие и твердые элементы. Консистенция нефти различна: нефть бывает водянистой или настолько густой, что ее трудно переливать. Небольшой процент газообразных составляющих нефти обычно растворяется в жидкости, тогда как в случае содержание газообразных веществ достаточно значительное, газовый баланс остается неизменным.  Месторождения нефти, как правило, находятся рядом с месторождениями природного газа. 
 Существует три крупных класса сырой нефти: парафиновая нефть, нафтеновая (асфальтеновая) нефть и смешанный тип. Парафиновая нефть состоит из молекул, количество атомов углеводорода которых всегда на два больше, чем удвоенное число атомов углерода. Молекулы второго типа называются нафтены, они обладают вдвое большим количеством атомов углеводорода, как и атомов водорода. В смешанном типе присутствуют как парафиновые углеводороды и нафтены. 
 Нефть можно классифицировать по разным признакам, зачастую «сырую нефть» классифицируют по месту ее образования, например, нефть WTI (West Texas Intermediate), однако нефть можно классифицировать и по относительному весу и вязкости (оба этих параметра обладают трехфазовой градацией: малый (вес), средний (вес) и большой (вес)).  Инженеры-нефтяники делят нефть на «сладкую» (это значит, что нефть содержит небольшое количество серы) и «кислую» (это значит, что полученная нефть содержит значительный процент серы и нуждается в дальнейшей переработке). Каждый тип сырой нефти отличается уникальными молекулярными характеристиками, которые определяются в нефтехимических лабораториях. 
 Баррель нефти, добытой в определенном месте, получает ценовую стоимость согласно своим молекулярным характеристикам, существуют общепринятые образцы сырой нефти, маркерные эталонные образцы: 
- Марочная нефть Brent, сюда входит 15 сортов нефти из Восточного Шетландского залива в Северном море. Нефть хранится в терминале Sullom Voe на Шетланских островах. Цены на нефть из месторождений Европы, Африки и Ближнего Востока оцениваются относительно стоимости барреля вида нефти, образующих эту марку. 
- Марочная нефть West Texas Intermediate – Северо-Американская нефть. 
- Дубаи – эталонная нефть для нефтедобывающей зоны ближнего Востока и азиатской части Тихого океана. 
- Тапис - нефть Малайзии, используется как эталонная марка для нефтедобывающей зоны дальнего Востока. 
- Минас – Индонезия, эталонная марка тяжелой и густой нефти Дальнего Востока. 
- Корзина ОПЕК - Его ценовое значение является средним арифметическим показателем физических цен для 11 следующих сортов нефти

Химический  состав

 Нефть представляет собой смесь большого количества различных углеводородов, самыми распространенными  молекулами являются алканы (линейные или разветвленные), циклоалканы, ароматические углеводороды и более сложные химические соединения, асфальтены. Каждый вид нефти отличается уникальным молекулярным составом, определяющим ее физические и химические свойства, например, цвет и вязкость. 
 В химии алканы известны также как парафины, они представляют собой насыщенные углеводороды с линейной или разветвленной структурой, содержащей только углерод и водород и имеют общую химическую формулу CnH2n+2. Парафины, как правило, содержат от 5 до 40 атомов углерода на одну молекулу, хотя в составе нефти могут присутствовать как более короткие, так и более длинные молекулы. 
 Алканы от пентана до октана перерабатываются в бензин, алканы от нонана до гексадекана перерабатываются в дизельное топливо и керосин (основной компонент многих видов авиатоплива), а алканы от гексадекана и выше перерабатываются в мазут и смазочные составы. Среди твердых производных алканов можно назвать парафиновый воск, алкан, содержащий примерно 25 атомов углерода, тогда как асфальт содержит 35 и более, однако современная промышленность продолжает их расщеплять для получения более ценных продуктов. Любой углеводород, отличающейся более короткой цепью, расценивается как природный газ или сжиженный газ. 
 Циклоалканы также известны как нафтены, они представляют собой насыщенные углеводороды, которые обладают одним или более молекулярным кольцом, к которому крепятся атомы водорода. Циклоалаканы обладают свойствами, сходными со свойствами алканов, однако они отличаются более высокой температурой кипения. 
 Ароматические углеводороды представляют собой ненасыщенные углеводороды, обладающие одним или несколькими бензольными кольцами, к которым прикрепляются атомы водорода. Для ароматических углеводородов характерно горение с копотью, многие из них отличаются сладковатым запахом. 
 Все эти разнообразные молекулы разделяются в процессе дистилляции во время переработки, в результате чего образуются бензин, авиатопливо, керосин и др. 
Неполное сгорание нефти и бензина приводит к образованию потенциально токсичных продуктов распада. Из-за высоких температур и высокого давления в двигателях автомобилей образуется бесцветный угарный газ, поэтому в топливо добавляются оксиды азота, создающие фотохимический смог, вылетающий из выхлопной трубы.

Образование нефти

 Нефть образует под  поверхностью земли в процессе разложении морских организмов. Останки крошечных микроорганизмов, которые жили в море и в меньшей степени тех, что жили на суше и были унесены в море волнами рек, растения, растущие на дне океана – все это перемешивается с песком и илом, покоящимися на дне океана. Такие места, богатые органическими составляющими, становятся нефтематеринской породой для образования сырой нефти. Однако не все органические вещества превращаются в нефть, для образования нефтенасыщенных пластов необходимо соблюдение определенных геологических условий. 
 Процесс образования нефти начался много миллионов лет назад вместе с развитием жизни и продолжается по сей день. Нефть причислена к невозобновляющимся источникам энергии, человек не в силах создать новое месторождение нефти за короткий срок. 
 Постепенно отложения становятся все толще и толще и под собственной тяжестью погружаются все глубже в морское дно. Когда новые пласты накапливаются сверху, давление на нижние слои возрастает в несколько тысяч раз, а температура поднимается на несколько сотен градусов, грязь и песок затвердевают и превращаются в глинистый сланец и песчаник, карбонатный осадок и остатки раковин образуют известняк, а останки мертвых организмов трансформируются в сырую нефть и природный газ. 
 Как только нефть формируется, она начинают двигаться вверх, ближе к поверхности земли, поскольку плотность нефти меньше плотности морской воды, которая наполняет трещины в породах, песках и скалах, образующих земную кору. Природный газ и сырая нефть просачиваются в микроскопические поры пластов, расположенных выше. Иногда случается так, что нефть попадает в непроницаемые слои отложений или в окружения толстого слоя скалистых пород, который не позволяет ей двигаться дальше. Нефть попадает в ловушку, так образуются нефтяные месторождения. 
 Однако, существует и абиотическая теория происхождения нефти, в западном мире ее озвучил астроном Томас Гольд, построивший свою гипотезу, основываясь на идеях русского ученого Николая Кудрявцева. Гипотеза Гольда заключалась в том, что на планете земля существуют углеводороды абсолютно неорганической природы. Поскольку углеводороды нефти менее плотные по сравнению с водянистыми жидкостями, Голд предположил, что нефть поднимается вверх по сети изломов и трещин в породе. И хотя в нефти были найдены биологические фрагменты, что давало основание геологам считать нефть веществом органического происхождения. Голд считает, что за присутствие биологических остатков в нефти ответственна микрофлора подземных пластов. Эта гипотеза принимается лишь ограниченным числом геологов и инженеров-нефтяников и никоим образом не способствует успешному обнаружению месторождений нефти под слоями пород. Науке известны методы воссоздания углеводородов из неорганических оставляющих, однако на сегодняшний день не существует ни одного доказательства того, что такие процессы имеют место в пространстве под земной корой.

Геология  нефти

Перемещение нефти

 Как было уже отмечено, по мере образования новых пластов, вызывавших увеличение давления и уплотнение осадочных пород и прочих изменений, диффузно рассеянная нефть и растворенные в ней газы перемещались из илистых пород в пористые пласты. Когда толщи, заключающие пористые пласты, из-за тектоники земной коры изменяли свое положение, изгибаясь и образуя складки или располагаясь под углом, нефть, вследствие своего малого удельного веса, перемещалась в максимально приподнятые зоны. Пути и направления миграции нефти и образование месторождений определяются тектоническими процессами. Нефть может перемещаться как внутри пористой породы, так и мигрировать между коллекторами по тектоническим трещинам, нарушающим целостность породы - ловушки. 
 Геологи выделяют два типа миграции нефти: внутрипластовую (нефть мигрирует внутри пласта) и трещинную (нефть мигрирует меж пластов). Некоторые геологи полагают, что нефть перемещается только на небольшие расстояния, другие считают, что путь миграции нефти может оцениваться десятками и сотнями километров. Кроме того, в научном мире не существует единого мнения относительно того, в каком физическом состоянии мигрирует нефть: в виде жидкости или газа. Однако, опыты советских ученых экспериментально показали, что при соблюдении определенных условий нефть можно перевести в газообразную форму. Эти исследования подтверждают вероятность миграции нефти также и в газовом состоянии и выделение её при пониженном давлении в пласте в виде жидкости.

Нефтеносные породы и скопления  нефти

 Содержащие нефть  породы обладают высокой пористостью  и достаточной проницаемостью для  того, чтобы сделать добычу возможной. В геологии существует классификация пород, имеющих отношение к образованию нефти и ее перемещению, например коллекторы - это породы, допускающие свободное перемещение и накопление в них жидкостей и газов. Главными коллекторами нефти являются пески, песчаники, конгломераты, доломиты, известняки и другие горные породы, отличающиеся хорошей проницаемостью и расположенные между слабопроницаемых пород, таких как глины или гипсы. 
 Часто нефтяная залежь занимает лишь часть коллектора и поэтому в зависимости от характера пористости и степени однородности породы обнаруживается различная степень насыщенности нефтью отдельных её участков в пределах самой залежи. Иногда этой причиной обусловливается наличие непродуктивных участков залежи. Обычно нефть в залежи сопровождается водой, которая ограничивает залежь вниз по падению слоёв либо по всей её подошве. Кроме того, в каждой залежи нефти вместе с ней находится т. н. плёночная, или остаточная вода, обволакивающая частицы пород (песков) и стенки пор. В случае выклинивания пород коллектора или обрезания его сбросами, надвигами и т п. дизъюнктивными нарушениями залежь может либо целиком, либо частично ограничиваться слабопроницаемыми породами. В верхних частях нефтяной залежи иногда сосредоточивается газ (т. н. «газовая шапка»). Дебит скважин, помимо физических свойств коллектора, его мощности и насыщения, определяется давлением растворённого в нефти газа и краевых вод. При добыче нефти скважинам не удаётся целиком извлечь всю нефть из залежи, значительное количество её остаётся в недрах земной коры. Для более полного извлечения нефти применяются специальные приёмы, из которых большое значение имеет метод заводнения. Нефть в залежах находится под давлением (упругого расширения и/или краевой воды и/или газа, как растворенного, так и газовой шапки) вследствие чего вскрытие залежи, особенно первыми скважинами, сопровождается риском газонефтепроявлений (очень редко фонтанными выбросами нефти). Изучение нефтяных месторождений показало, что образование нефтяных залежей обусловлено различными структурными формами изгибов пластов, стратиграфическими соотношениями свит и литологическими особенностями пород. Предложено несколько классификаций месторождений и залежей нефти как в России, так и за рубежом. Нефтяные месторождения различаются друг от друга по типу структурных форм и условиям их образования. Залежи нефти и газа различаются друг от друга по формам ловушек-коллекторов и по условиям образования в них скоплений нефти. 
Нефть находится в недрах в виде скоплений различного объёма от нескольких мм3 до нескольких десятков млрд. м3. Практический интерес имеют залежи нефти, представляющие её скопления с массой от 100 тыс. т и больше, находящиеся в проницаемых породах-коллекторах.