Minerály a horniny Slovenska :: prepni na celú stránku
|
Pod drobnohľadom |
Ropa (1. časť)
zdroj: www.referaty.sk
pridané: 27.3.2011
Ropa je horľavá kvapalina tvorená zmesou uhľovodíkov, najmä alkánov, nafténov a menej aj arénov a polárnych zlúčenín (živice, asfaltény a iné). Najmä anglická literatúra dodáva, že ropa môže byť okrem kvapalného skupenstva aj plynná alebo tuhá, ale bežne sa takto označuje iba kvapalná ropa.
Je dôležitou nerastnou surovinou a významnou ekonomickou komoditou. Surová ropa nemá veľkú ekonomickú hodnotu, jej hodnota stúpa po chemickej úprave, kedy sa z nej vyrábajú kvapalné palivá, rozpúšťadlá a mazadlá. Vznikla pravdepodobne rozkladom zvyškov uhynutých rastlín a živočíchov. Nachádza sa vo vrchných vrstvách zemskej kôry, kde je väčšinou viazaná na usadené horniny najčastejšie v oblasti kontinentálnych šelfov. Je základnou surovinou petrochemického priemyslu. Náleziská ropy (rezervoáre) sa najčastejšie nachádzajú pod nepriepustnými vrstvami, v hĺbkach až do 8 km pod zemským povrchom. Ropa pri ťažbe alebo vyviera pod tlakom - ťažba samotokom, alebo sa čerpá - mechanizovaná ťažba. Vyskytuje sa spoločne so zemným plynom a vodou. Z hľadiska slovenskej legislatívy je radená medzi vyhradené suroviny.
Pomenovanie
Názov ropa pochádza z poľštiny, v preklade znamená „hnis“, ide o pôvodné staré označenie miestnych soľných prameňov. Staršie označenie nafta pochádza z turečtiny. Iné staršie názvy ropy sú surová nafta, skalný/zemný olej, surový petrolej a surový minerálny olej. Zastaralé pojmy nafta či zemný olej dnes majú iný význam a „ropa“ je jediný názov podľa STN.
Základné fyzikálno - chemické vlastnosti
Ropa je zmesou okolo 10 000 rôznych zlúčenín, z ktorých nadpolovičnú väčšinu predstavujú kvapalné uhľovodíky (tvoria asi 80 — 90 % objemu ropy) a iné neuhlíkaté organické zlúčeniny (4 — 5 %), hlavne obsahujúce síru (okolo štvrtiny zlúčenín), dusíkaté látky (pod 0,1 %), oxidy (okolo 85) a tiež organické molekuly obsahujúce kovy (hlavne vanád a nikel). Medzi ostatné zložky ropy patria rozpustené organické plyny (C1 - C4), ktoré tvoria desatiny až 4 % objemu. Obsah vody je taktiež variabilný od stopového množstva po 10 %. Zastúpenie minerálnych solí hlavne chloridov sa pohybuje od 0,1— 4000 mg/l, ale môže byť i vyššie. Ropa tiež obsahuje roztoky solí, organických kyselín a iných látok. Mechanickú prímes môžu tvoriť častice ílových minerálov, piesku alebo vápenca. Organické častice pevnej fázy sú označované ako bitúmeny alebo asfalt, zatiaľ čo označenie parafín sa používa pre uhľovodíky s reťazcom nad C17.
Uhľovodíky tvoriace ropu možno rozdeliť do troch základných skupín:
- parafíny a alkány - nasýtené uhľovodíky s jednoduchou alebo viacnásobnou väzbou, bez cyklickej štruktúry,
- cykloparafíny - (naftény alebo alicyklické uhľovodíky) obsahujúce prvky cyklickej štruktúry,
- arény (aromatické uhľovodíky - s benzénovým jadrom),
- asfaltény, živice a ďalšie odolné látky s veľkou molekulovou hmotnosťou, tvoriace ťažkú frakciu.
Na základe týchto základných skupín možno ropy deliť na:
- intermediálne aromatické, vznikajúce v redukčnom morskom prostredí,
- nafténicko-parafinické a parafinické (cykloparafinické), najčastejšie spájané s deltovým a nemorským prostredím vzniku.
Pre meranie objemu ropy sa používa miera 1 barel = 42 amerických galónov = 35 britských galónov = 158,97 litrov. Množstvo ropy sa tiež niekedy udáva v tonách, jednej tone zodpovedá približne 7,33 barelov.
Vznik ropy
Vznik ropy je veľmi komplikovaný súbor procesov prebiehajúcich vo veľkých hĺbkach dlhé obdobia, čo sťažuje ich pozorovanie a napodobenie v laboratórnych podmienkach. V minulosti sa názory na vznik ropy rozchádzali. Existovali dva striktne vyhranené myšlienkové prúdy, jeden ktorý presadzoval pôvod ropy z organickej hmoty (tzv. biogénny pôvod) a druhý, ktorý obhajoval jej anorganický pôvod. Dnes je známe, že väčšina ropy vzniká hlavne rozkladom planktonických organizmov bez prístupu kyslíka, teda biogénne, čo bolo potvrdené geochemickým výskumom izotopov uhlíka. Ako dôkazy biogénneho pôvodu ropy sa uvádzajú aj rovnaké pomery n-alkánov a izo-alkánov, rovnaké izoméry, optická aktivita (ľavotočivosť), zhodný pomer 13C/12C atď. Na druhú stranu, malé množstvo ropy a plynu môže vznikať aj anorganickou cestou. Dosiaľ však nebolo preukázané, že by ropa výlučne anorganického pôvodu tvorila ekonomicky zaujímavé ložiskové akumulácie. Dôležitým faktorom vzniku a hromadenia ropy sú aj procesy, ktoré prebiehajú po hlbokom pochovaní organických látok a najmä migrácia ropy cez priepustné vrstvy do ložiskových pascí, bez ktorých by sa žiadna dosiahnuteľná ropa nezachovala.
Organický pôvod ropy
Organická teória je uznávaná väčšinou vedcov, predpokladá, že prvotným zdrojom uhľovodíkov v rope sú živočíšne a rastlinné zvyšky, ktoré podľahli rozkladu. Sú to zvyšky fytoplanktónu, žijúceho v povrchových morských vodách, ale aj telá planktónu a autotrofných organizmov mimo zóny prieniku svetla (pod 120 m). V prospech tejto teórie svedčia zistenia, že mladšia ropa sa veľkou relatívnou molárnou hmotnosťou, zvýšeným obsahom kyslíka, síry a dusíka a veľkým obsahom asfaltu približuje pôvodnému organickému materiálu. Čím je ropa staršia, tým je ľahšia, obsahuje menej asfaltu a viac uhľovodíkov.
Odumreté mikroorganizmy sa dlhodobo ukladali na dne morí alebo jazier. Za všeobecne najvhodnejšie miesto pre vznik ropy sa považuje kontinentálny šelf a pasívne okraje kontinentov. Časť organickej hmoty môže pochádzať priamo z kontinentu a najväčšie akumulácie tohto typu sa nachádzajú vo veľkých deltách riek. Odumreté organizmy poklesávajú na dno a sú prekryté ďalšími sedimentmi a stávajú sa súčasťou usadených hornín. Pôvodná usadená hornina, v ktorej prebiehajú premeny organickej hmoty na ropu, sa nazýva materská hornina. Dôležitým faktorom je anoxia vodného stĺpca, rýchlosť prínosu sedimentov a organických látok na morské dno. Jeden m2 bahnitého dna produkuje ročne priemerne 150 g organickej hmoty. Táto sa ďalej rozkladá, najmä pod účinkom baktérií, takže nakoniec zostane v hornine iba stotina pôvodného množstva. Avšak pri veľkých plochách podmorských priestorov vhodných pre ukladanie organickej hmoty môže byť objem zachovanej ropy vysoký. Obsahy organickej hmoty v ílovitých (bahnitých) sedimentoch sú oveľa vyššie ako v piesčitých, kde je ich rozklad oveľa dôkladnejší. Z toho vyplýva prvý dôležitý záver, že materskými horninami ropy sú často práve ílovité horniny [8]. Ďalšími vhodnými materskými horninami sú čierne bridlice, vápnité íly (sliene), krieda a vápence. Obsah organického uhlíka v materskej hornine sa pohybuje od 1-10%, priemerne 2,5%.
Organické bahno, tzv. sapropel, je po uložení prekryté mladšími sedimentami a je čoraz hlbšie pochované. Najvýznamnejší podiel ropy tvoria ľahké, parafinické uhľovodíky, ktoré sú však zastúpené v organickej hmote bahien len celkom podradne. Je teda zrejmé, že po pochovaní musia organické látky prejsť fázou výrazných zmien, tvorby nových zlúčenín a preskupenia vzájomných podielov zložiek v prospech uhľovodíkov. Z organickej hmoty sú pre vznik ropy významné bitúmeny, a to predovšetkým lipidy, látky príbuzné tukom. Predpokladá sa, že dôležitým katalyzátorom týchto procesov môžu byť ílové minerály.
Teplotný rozsah vzniku ropy je od 60 - 150 °C, čo zodpovedá hĺbke pochovania 2 až 5 km. Hĺbkový a teplotný interval, v ktorom je proces tvorby ropy (dozrievania) najefektívnejší sa nazýva ropné okno. Organická hmota sa vplyvom tepla a tlaku premieňa najskôr na kerogén, potom na živicu a nakoniec na ropu a zemný plyn. Tento proces trvajúci milióny rokov sa nazýva dozrievanie alebo maturácia ropy. Má 3 štádiá:
- diagenéza: prebieha v rozsahu 30-60 °C (bežne 50-60 °C) v hĺbke od prvých 100 m do 2 km. Prebieha tu mikrobiálna aktivita, polykondenzácia a vnútorné rozpúšťanie;
- katagenéza: prebieha od 60-125 °C v hĺbke 2-4 km. Je hlavným štádiom vzniku ropy a väčšinou zodpovedá ropnému oknu;
- metagenéza: prebieha od teploty 125 °C a hĺbky viac ako 4 km. Je posledným štádiom vývoja organickej hmoty, pri ktorom už nedochádza k vzniku ropy, ale iba suchého zemného plynu.
Niektoré organické zlúčeniny sa napriek tomu zachovávajú takmer bezo zmeny, napríklad porfyríny, ktoré sú derivátmi chlorofylu. Ropa je po dozretí v hornine veľmi rozptýlená. V dôsledku rozdielu hustôt a všesmerného tlaku však uhľovodíky z materskej horniny migrujú, väčšinou smerom k povrchu. Migráciu umožňujú okolité priepustné horniny. Veľmi vhodné sú hlavne pieskovce, ktoré majú vysokú pórovitosť. Migrácia uhľovodíkov pozdĺž priepustných vrstiev z materskej horniny cez kolektor do rezervoára v poréznych horninách sa nazýva primárna migrácia. Uhľovodíky môžu cez horninové prostredie prenikať až k povrchu, kde zoxidujú alebo iným spôsobom degradujú. Po dosiahnutí zemského povrchu sa prchavé (tekuté) zložky ropy odparia a na mieste zostanú pevné vosky a asfalt [1]. Zachová sa iba tá ropa, ktorá sa zachytí do pascí. Takéto pasce môžu byť tvorené nepriepustným nadložím (tzv. litologická pasca), najmä íly alebo evapority; alebo v dôsledku vhodných tektonických podmienok (tzv. štruktúrna pasca), rôzne zlomy a vrásy, hlavne antiklinály. V pasci sa prchavé uhľovodíky oddeľujú v podobe zemného plynu a tvoria najvyššiu polohu ropného ložiska.
Dôležitým faktorom zachovania ropy v pasciach sú tiež stabilné geologické podmienky. Po zachytení už nemôže dôjsť k zvyšovaniu teploty ani komplikovanejšej tektonickej aktivite, ktorá by mohla spôsobiť nárast teploty a metamorfózu, výzdvih alebo zvetrávanie.
Anorganický pôvod ropy
Anorganický pôvod ropy predpokladal už Mendelejev. Samotnú ideu rozvíjali hlavne niektorí vedci v ZSSR (napr. Nikolaj Kudrjavtcev) no v súčasnosti nachádza priaznivcov aj inde napr. Thomas Gold. Podľa tejto teórie ropa vznikla pôsobením prehriatej pary na karbidy ťažkých kovov v časoch, keď sa vyskytovali blízko zemského povrchu. V prospech tejto teórie svedčí jednak laboratórna príprava pevných, kvapalných a plynných uhľovodíkov z karbidov uránu, lantánu aj céru, a jednak neustály únik metánu zo zemského plášta v niektorých oblastiach.