석유와 가스 생산의 미스터리

석유와 천연가스는 매우 귀중한 광물자원이다. 석유와 천연가스의 생성에 대한 사람들의 이해는 탐사와 개발 활동을 통해 점차 깊어지고 있다. 석유 및 천연가스의 생성은 자연과학 분야에서 가장 뜨거운 논의가 이뤄지는 주요 연구 주제 중 하나이며, 석유지질학계의 주요 연구 대상 중 하나이다.

석유와 천연가스가 어떻게 생성되는지 이해하려면 먼저 석유와 천연가스가 무엇인지부터 이해해야 한다.

(1) 석유와 천연가스의 구성 탐구

석유는 천연유와 인공유의 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 천연 오일은 Karamay 유전, Tahe 유전, Daqing 유전 등과 같은 유전 및 가스전에서 직접 추출됩니다. 인공석유는 중국 동북부 푸순(Fushun) 지역과 광둥성 마오밍(Maoming) 지역의 오일 셰일을 탄화시켜 얻은 석유 등 오일 셰일이나 석탄을 탄화시켜 얻는다. 석유가 정제되기 전의 석유를 원유라고 합니다. 원유에서는 휘발유, 등유, 경유, 윤활유 및 에틸렌, 비료 등과 같은 기타 석유화학 제품을 추출할 수 있습니다.

석유의 특징은 무엇인가요? 외관상 기름의 색깔은 다양합니다. 일부 유전은 담배 기름처럼 갈색-검은색이며 일부는 Dushanzi 유전과 같이 흑색입니다. 일부 유전 및 가스전에서 생산되는 석유는 Bachu 지역의 Bashtuo 응축 유전 및 가스전과 Hutubi 응축 유전 및 가스전과 같이 맑은 물처럼 무색 투명합니다.

냄새를 맡는 것도 기름을 이해하는 방법이다. 석유에는 휘발유와 등유가 포함되어 있어 특유의 등유 냄새를 맡을 수 있습니다. 일부 석유에는 황화수소가 포함되어 있으며 썩은 계란 냄새가 납니다. 방향족 탄화수소(유기 화합물)를 더 많이 함유하고 특히 향기로운 냄새가 나는 일부 석유도 있습니다.

석유는 물보다 가볍고 물에 녹지 않습니다. 석유의 상대밀도(20°C에서 같은 부피의 물과 비교)는 0.75~1.0 사이입니다. 상대밀도가 0.9 미만인 석유를 경질 석유라고 하고, 상대 밀도가 0.9보다 큰 석유를 중질 석유라고 합니다. . 기름은 물보다 가볍고 물에 녹지 않기 때문에 기름이 물과 만나면 물 위에 떠서 화려한 유막을 나타냅니다.

기름은 물처럼 쉽게 흐르지 않고 일정한 점도를 가지고 있습니다. 점도가 높을수록 흐를 가능성이 적습니다. 오일의 점도는 온도가 상승함에 따라 감소합니다. 일부 오일은 지상에서 매우 두껍게 보이고 흐르기 어렵지만 지하의 상대적으로 높은 압력과 온도 조건에서는 유동성이 매우 좋을 수 있습니다.

위에서 강조한 물리적 특성은 석유를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다. 물리적 특성은 화학적 구성을 반영합니다. 따라서 석유를 이해하려면 석유의 본질, 즉 화학적 구성도 이해해야 합니다.

주로 탄소(C)로 구성된 석탄 등 화학적 조성이 비교적 단순한 유용한 광물이 많다. 석유의 화학적 구성은 단일 원소로 구성되거나 단순한 화합물로 구성되는 것이 아니라 여러 원소로 구성된 여러 화합물의 혼합물로 비교적 복잡합니다.

석유는 탄소(C), 수소(H)와 소량의 산소(O), 황(S), 질소(N) 등으로 구성되어 있습니다. 두 가지 주요 원소인 탄소와 수소는 화학적으로 탄화수소라고 불리는 탄화수소를 형성합니다. 이는 탄소라는 단어에 "불"이라는 단어와 수소라는 단어에 ""라는 단어를 사용하여 형성됩니다. 탄화수소는 석유성분의 97~99%를 차지하는 유기화합물이며, 나머지 성분은 산소 함유 화합물, 황 함유 화합물, 질소 함유 화합물이다. 이들 화합물은 1~3%에 불과합니다. 자연계에서 일산화탄소, 이산화탄소, 탄산염을 제외한 대부분의 탄소 함유 화합물은 유기 화합물입니다. 따라서 석유는 복잡한 유기 화합물의 큰 계열입니다.

석유에 포함된 탄화수소는 구조에 따라 세 가지 범주로 나뉩니다.

(1) 알칸 탄화수소: 일반식 CnH2n+2를 갖는 포화 탄화수소입니다. "n"은 탄소 수. 실온에서 C1-C4는 기체이고, C5-C16은 액체이며 석유의 주성분이며, C16 이상의 것들은 고체이며 석유에 부유한다(표 4-3-1).

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표 4-3-1 석유에 포함된 일부 탄화수소

(2) 나프텐계 탄화수소: 일반식은 다음과 같습니다. 포화 탄화수소인 CnH2n. 탄소원소는 고리구조를 가지고 있는데, 5원고리와 6원고리가 가장 흔하다.

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대부분의 경우 나프텐계 탄화수소는 석유 성분의 주요 부분을 차지합니다.

(3) 방향족 탄화수소: 일반식은 CnH2n-6이며 벤젠, 톨루엔, 자일렌을 포함한 불포화 탄화수소입니다. 방향족 탄화수소는 강한 방향족 냄새를 가지고 있지만 대부분의 경우 석유에 비해 상대적으로 적은 비율을 차지합니다.

석유에는 올레핀 등 다른 불포화 탄화수소도 섞여 있지만(표 4-3-1), 그 양이 매우 적어 석유 조성에 미치는 영향이 거의 없다.

다른 유전의 석유에는 다양한 탄화수소의 비율이 다릅니다. 신장의 대부분 유전에 있는 오일은 알칸이 많고 나프텐이 많고 방향족 탄화수소가 적으며 알칸-나프텐 그룹에 속합니다.

일반적인 상황에서 석유를 구성하는 탄화수소 중 일부는 기체 상태입니다. 유전에는 일정량의 이 가스가 포함되어 있는데 이를 천연가스 또는 유전가스라고 합니다.

실제로 석유와 천연가스는 '쌍둥이'이며, 생산 재료와 생산 환경은 기본적으로 동일합니다. 그러므로 석유의 특성을 이해한 후에는 천연가스의 특성도 이해해야 합니다.

천연가스의 구성은 단일한 것이 아니다. 주요 가스는 기체상 탄화수소이고, 이어서 소량의 탄산가스[(즉, 이산화탄소(CO2), 일산화탄소(CO) )], 질소(N2), 수소(H2), 헬륨(He), 아르곤(Ar) 등, 때로는 소량의 황화수소(H2S)

기체 천연 가스의 탄화수소는 주로 알칸이며, 메탄이 가장 일반적이며 일반적으로 가스 구성의 80%~90%를 차지합니다. 또한 소량의 에탄(C2H6), 프로판(C3H8) 및 부탄(C4H10)도 있습니다. 가스상 알칸 중에서 에탄 이상의 탄화수소를 "중탄화수소"라고 합니다. 석유와 가스전의 천연가스 중 중탄화수소의 함량이 다릅니다(표 4-3-2). 습한 가스" 또는 "습한 가스". 이를 농후 가스라고 합니다. 소량의 중질 탄화수소를 함유한 천연 가스를 "건성 가스" 또는 희박 가스라고 합니다. 건성 가스는 종종 Kela 2와 같은 가스전의 형태로 나타납니다.

표 4-3-2 천연가스, 석탄전 가스, 바이오가스의 다양한 가스 성분 함유율

천연가스는 그동안 연료로 널리 사용되어 왔다. 철강을 만들고 전기를 생산하는 데 사용되었습니다. 인구가 밀집된 도시의 주민을 위한 청정 에너지로 석탄을 대체하는 천연가스를 사용합니다. 신장의 후투비(Hutubi) 지역에서는 이미 이 청정 에너지를 사용하여 대기 질을 크게 개선하고 인간 생활 환경을 보호했습니다.

(2) 석유 및 천연 가스 생산을 탐색하고 있기 때문입니다. 석유와 천연가스의 구성은 상대적으로 복잡하며, 오늘날 발견되는 석유 및 가스 매장지는 종종 그 탄생지가 아니며, 이는 석탄 및 철과 같은 고체 광물 매장지와 크게 다릅니다.

1770년대부터 현재까지 230여년 동안 사람들은 수십 가지 가설을 내놓았습니다. 석유 및 천연 가스 생성에 관한 이러한 가설의 대부분은 실험실 실험, 천문 관측 및 석유 및 가스전 탐사 및 개발 실습을 기반으로 무기 생성 이론과 두 가지 학파로 나눌 수 있습니다. 유기 생성 이론

1. 무기 생성 이론은 실험실에서 무기 물질로부터 메탄, 에탄, 아세틸렌, 벤젠 및 기타 탄화수소가 생성되는 것을 기반으로 합니다. 천연가스는 무기물로부터 형성된다. 무기물 형성 이론 중에는 탄화물 이론, 우주론, 마그마 이론 등이 있다. 그 서론은 다음과 같다.

(1) 탄화물 이론: 러시아의 유명한 화학자. Д·И·멘델레예프는 1876년에 이를 제안했습니다. 그는 지구가 형성되는 동안 온도가 매우 높아 탄소와 철이 액체가 되고 상호작용하여 탄화철을 형성한다고 믿었습니다. 탄화수소는 나중에 균열을 따라 지각의 더 차가운 부분으로 상승하여 응축되어 석유를 형성하고 다공성 암석층에 축적되어 석유 및 가스 퇴적물을 형성합니다.

멘델레예프도 지적했다. '능선'의 상승기는 지구의 석유 생산에 가장 유리한 시기인데, 이때 균열이 생기기 쉽고 지표수가 아래로 침투하는 통로가 되기 때문이다. 석유와 가스는 위쪽으로 이동합니다. 그는 당시 대부분의 지상 석유 및 가스 전시장과 유전이 산 능선 근처에 위치했다는 사실을 지적함으로써 자신의 주장을 정당화했습니다.

(2) 우주 이론: 1889년 러시아 천문학자 В·Д·Sokolov가 제안했습니다. 당시 천문학은 큰 성과를 거두었습니다. 스펙트럼 분석을 통해 혜성 머리의 대기에는 다른 행성(목성, 토성 등)의 대기에도 탄화수소가 포함되어 있으며 일부는 메탄 가스가 직접 포함되어 있음이 입증되었습니다.

우주 이론은 지구가 용융 상태에 있을 때 지구 대기에 탄화수소가 포함되어 있다고 주장하는데, 지구가 응결되면서 탄화수소는 응결된 마그마에 흡수되어 최종적으로 지각에서 응결된다. 석유를 형성합니다.

탄화물 이론과 우주론은 무기물로부터 단순 탄화수소를 만드는 실험을 바탕으로 하기 때문에 자연에서 그런 과정이 일어났다는 현장 증거는 발견되지 않았다. 따라서 위에서 언급한 석유의 무기생성 이론은 20세기 이후 점차 사람들에게 잊혀지게 되었다. 그러나 1950년대에 이르러 소련 지질계에서는 다시 한번 무기물 생성에 관한 새로운 사고 경향, 즉 마그마 이론이 등장하게 되었다.

(3) 마그마 이론: 1949년 소련의 유명한 지질학자 N.A. Kudrantsev는 석유의 기원에 대한 마그마 이론을 제안했습니다. 그는 석유 생성이 기본 마그마가 냉각될 때 탄화수소의 합성과 관련이 있다고 믿고 있으며, 이 과정은 불포화 탄화수소의 포화 탄화수소로의 중합을 촉진할 수 있는 고압 조건에서 완료됩니다. 또 마그마에서 석유가 형성되는 과정이 진행 중이기 때문에 고대 석유와 가스는 확산을 통해 사라진 지 오래라고 지적했다. 따라서 모든 석유 저장소는 젊은 석유 저장소입니다. 그리고 지구상에서 생명체가 생산되는 것도 석유 때문입니다. 석유에는 생명체가 필요로 하는 모든 요소가 들어 있습니다. 그러므로 석유는 유기물에서 나오는 것이 아니고 반대로 유기물은 석유에서 나오는 것입니다.

2. 유기물 형성 이론

석유의 유기물 형성 이론에도 두 가지 견해가 있다: 초기 석유 형성 이론과 후기 석유 형성 이론.

(1) 석유의 초기 유기물 형성 이론: 이미 1763년에 러시아의 화학자 M.V. Lomonosov는 석유가 지열 작용 하에서 석탄을 재순환시켜 생성되는 유기물이라고 제안했습니다. . 유럽의 북해 유전과 가스전을 설명하는 것은 오늘날에도 여전히 유효합니다. 그러나 실습에 따르면 많은 지역의 석유 및 가스전은 석탄과 관련이 없습니다. 따라서 사람들은 석탄보다 양이 훨씬 많지만 분산되어 있는 퇴적암에 섞여 있는 유기물에 주목하기 시작했다. 퇴적암에 분산된 유기물에 대한 다년간의 현장 관찰과 실험실 연구, 지질학 및 지구화학의 다양한 측면을 요약한 결과, 퇴적암에 분산된 유기물에서 석유가 생성된다는 생각이 점차 형성되었습니다. 1940년대와 1950년대 석유지질학자들은 일반적으로 석유탄화수소가 속성발생 초기 단계에서 퇴적암에 분산된 유기물로부터 변형된다고 믿었다. 이것이 유기물 생성에 의한 초기 석유 형성 이론이었다.

초기 석유 생성 이론의 주장은 다음과 같습니다. ① 전 세계에서 발견된 20,000개 이상의 석유 및 가스전 중 99.9%가 퇴적암에 분포하며 유기물이 풍부한 세립 퇴적물을 동반합니다. 문제. ②석유는 일반적으로 생물학적 유기물만이 갖고 있는 광학활성을 가지고 있다. ③ 석유에 있는 특정 화합물은 분명히 포르피린 화합물, 프리스탄, 피탄 및 기타 이소프레노이드 화합물과 스테란과 같은 동물 및 식물 유기체에서 유래합니다. ④석유의 탄소 동위원소 구성은 동물, 식물 또는 생물 물질의 구성과 유사하지만 비생물 물질과는 상당히 다릅니다. ⑤동물과 식물 유기체의 구조는 적절한 조건에서 일정량의 탄화수소를 생성할 수 있다는 것이 실험을 통해 입증되었습니다. ⑥ 탄화수소 물질은 현대 퇴적물과 고대 퇴적물 모두에 존재합니다. 7 실험에서는 박테리아를 이용하여 유기물에 작용하여 메탄보다 무거운 탄화수소를 소량 얻어냈다.

초기 유기물 생성 이론과 무기물 생성 이론의 투쟁 속에서 석유 생성 물질, 석유 생성 모암, 석유 생성 환경, 변형 조건을 포함한 석유 생성 이론의 완전한 집합 석유의 유기생산 기반을 마련하기 위해 점차적으로 탄탄한 기반을 마련했다고 한다.

(2) 석유의 후기 유기물 형성 이론: 1963년에 Р·Н Abelsson은 석유가 퇴적물(암석)에 있는 불용성 유기물이며, 이를 케로겐(kerogen)이라 부르며, 열분해에 의해 생성되는 물질이라고 제안했습니다. 속발생의 후기 단계. 이 이론은 석유가 대량으로 생성되는 시기에 유기물을 다량 함유한 퇴적물은 이미 속성발생 후기 단계에 있으며, 동시에 석유 생성의 원재료는 주로 바위. 따라서 사람들은 종종 이 이론을 "후기 오일 형성 이론" 또는 "케로겐 오일 형성 이론"이라고 부릅니다.

후기 석유 생성 이론은 다음과 같이 주장합니다. ①원래 유기물(케로겐)의 종류에 따라 석유와 천연가스의 원천은 세 가지 범주로 구분됩니다. 지질 물질과 단백질의 분해 생성물은 액체 석유 탄화수소를 생성할 가능성이 높으며 석유 생성을 위한 주요 모물질입니다. 유형 II인 부식성 케로겐은 액체 석유 탄화수소를 생성할 가능성이 낮으며 주요 모물질입니다. 천연가스 생성을 위한 유형 III인 과도 케로겐은 위의 두 유형 사이에 속합니다. 석유 또는 가스를 생성하는 능력은 사프로펠 유형 또는 휴믹 유형에 대한 근접성에 따라 달라집니다. ②유기물을 석유, 천연가스로 전환하는 과정에는 물리적, 화학적 과정이 필요하다. 유기체가 죽은 후 물 밑으로 가라앉아 축적되거나, 대륙에서 호수나 바다 바닥으로 운반되어 축적됩니다. - 등) 물 속에서 유기체의 잔해를 대량으로 산화시켜 CO2와 H2O로 만듭니다. 또한, 물이 유기물의 가용성 성분을 용해시키면 유기물의 일부만이 물통 바닥에 도달하여 미네랄과 함께 축적될 수 있습니다. 적절한 환경 조건에서 유기물의 이 부분만이 탄화수소로 변환되기 시작할 수 있습니다. . 생화학적 과정, 온도, 압력 및 촉매가 모두 탄화수소로의 전환에 중요한 역할을 한다는 것이 확립되었습니다.

(a) 생화학적 효과: 유기물이 석유 및 가스로 전환되는 것과 관련된 생화학적 효과에는 두 가지 유형이 있습니다. 하나는 박테리아에 의한 유기물의 분해이고, 다른 하나는 촉매 효과입니다. 효소.

세균의 종류는 다양하며 생활환경에 따라 호기성세균, 혐기성세균, 환기세균의 3가지로 나눌 수 있다. 탄화수소 생성에 관심이 있는 것은 혐기성 박테리아입니다. 혐기성 박테리아는 무산소 조건에서 유기물을 분해하여 안정적으로 분산된 유기물을 생성합니다. 다른 요인의 작용으로 유기물은 석유로 더 전환될 수 있습니다.

효소는 동물, 식물, 미생물이 생산하는 고분자 콜로이드 물질로 유기촉매 역할을 한다. 유기물의 변형에서 유기물의 분해를 가속화하고 유기물을 석유로 전환시키는 촉매 역할을 할 수 있습니다.

(b) 온도: 실험실에서든 석유 및 가스 유역의 퇴적암 프로필 연구에서 퇴적암의 유기물은 가열 시 석유의 알칸과 고리를 얻을 수 있다는 것이 지적되었습니다. 온도는 400°C ~ 500°C에 이릅니다. 알칸 및 소량의 방향족 탄화수소 및 알켄. 따라서 온도는 유기물이 오일로 전환되는 데 결정적인 영향을 미치며, 온도가 특정 임계값(성숙 온도)까지 상승해야만 유기물이 대량으로 오일로 전환될 수 있습니다. 이러한 이유로 일반적으로 말하면, 지열 경사도가 높은 분지는 타림 분지와 같이 석유와 가스가 더 풍부합니다.

(c) 압력: 어떤 압력에서 유기물이 석유와 천연가스를 생성할 수 있습니까? 아직 정답은 나오지 않았습니다.

그러나 실험에 따르면 중간 온도와 높은 압력이 석유 생성에 도움이 되는 것으로 나타났습니다. 예를 들어 약 50°C의 적당한 온도와 30~70 MPa의 압력에서 유기물은 석유 탄화수소를 생성할 수 있습니다. 수심 1,500~3,000m가 유기물이 석유로 전환되는 주요 단계, 즉 주요 석유 생성 기간이라는 사실도 실험을 통해 입증됐다.

일반적인 화학반응의 관점에서 볼 때 압력의 단순한 효과는 저분자 탄화수소(특히 기체 탄화수소)의 생성에 도움이 되지 않지만, 액체 탄화수소의 보존에는 도움이 되어 덜 민감하게 만든다. 메탄화에. 따라서 석유 및 가스 생성에 대한 압력의 영향은 수량 측면에서 표현되지 않고 주로 품질 측면에서 표현됩니다.