Współczesna nauka dysponuje obszerną wiedzą na temat dziejów naszej planety. Uczeni potrafią wyjaśnić, jak powstało złoto i jak powstał węgiel kamienny. Wydaje się zatem oczywiste, że geneza powstania ropy naftowej nie powinna skrywać zbyt wielu tajemnic.
Tymczasem w środowisku naukowym wciąż jeszcze nie ma zgody w tej kwestii. Obecnie tylko jedną teorię przyjmuje się za słuszną, ale nie można nie wspomnieć, że równolegle funkcjonuje inna teza, która jest poparta mocnymi dowodami. Zanim jednak rozbijemy ten temat na czynniki pierwsze, najpierw przyjrzyjmy się początkom praktycznego wykorzystywania tej cennej substancji.
Kiedy odkryto ropę naftową?
Choć brzmi to niewiarygodnie, zaliczana do paliw kopalnych ropa naftowa była znana i używana już w starożytności, m.in. przez Akadyjczyków, Asyryjczyków i Babilończyków. Praktyczne zastosowanie tej substancji zostało przedstawione w Biblii – Noe używał jej do uszczelnienia kadłuba arki. Smolista substancja nadawała się do tego idealnie. Ale należy podkreślić, że jej funkcja nie kończyła się w tym miejscu. Właściwości ropy czyniły ją też dobrym spoiwem materiałów budowlanych. Miała być użyta podczas budowy wieży Babel.
Na przestrzeni wieków sposoby wykorzystania ropy naftowej nie zmieniły się znacząco. Prawdziwa rewolucja nastąpiła ok. 1000 roku, gdy Arabowie nauczyli się destylować tę substancję. W XII wieku nafta była już wytwarzana na masową skalę, ale odkrycia mieszkańców Bliskiego Wschodu zostały pogrzebane na długie stulecia.
Jak odkryto ropę naftową? Ponownie nastąpiło to dopiero w XVIII w. W 1750 roku na kontynencie północnoamerykańskim zaobserwowano wycieki gęstej mazi. Przez niemal 100 lat ropa była uważana za kopalinę szkodliwą, która zanieczyszcza zbiorniki wodne. Praktyczne zastosowanie dla niej znalazł dopiero Samuel Martin Kier. W 1847 r. amerykański wynalazca zorientował się, że gęsta ciecz doskonale sprawdza się jako smar.
Przełomową rolę w naftowej rewolucji odegrali kanadyjski geolog Abraham Gesner i polski chemik Filip Walter. Pierwszy wynalazł metodę pozyskiwania nafty z oleju skalnego, drugi wydestylował naftę z ropy naftowej. W 1853 roku polski przedsiębiorca Ignacy Łukasiewicz wynalazł lampę naftową. 3 lata później otworzył pierwszą w Europie destylarnię ropy.
Faktyczny początek przemysłu naftowego jest datowany na 1854 rok. Właśnie wtedy George Bissel założył spółkę prowadzącą odwierty w Titusville. To przedsięwzięcie zakończyło się fiaskiem, ale niebawem inwestorzy stworzyli nową spółkę, na czele której stanął Edwin Drake – twórca pierwszego szybu naftowego.
Kiedy powstała ropa naftowa?
Kiedy właściwie powstała ropa naftowa? Proces ten najprawdopodobniej rozpoczął się 420–250 mln lat temu, kiedy formował się superkontynent Pangea. Najdogodniejsze warunki do formowania się złóż stwarzały obszary, w których sedymentacja (proces gromadzenia się osadów) nie była zaburzona dużymi ruchami tektonicznymi. W następstwie subsydencji, przyrastające osady zaczęły pogrążać czarne łupki, co stymulowało proces katagenezy.
W porowatych skałach węglanowych zaczęły gromadzić się węglowodory. Nieprzepuszczalne sole uszczelniły te naturalne zbiorniki. Należy podkreślić, że złoża ropy naftowej występują w utworach wszystkich okresów geologicznych. Jednak najwięcej, bo ok. 50 proc., pochodzi z mezozoiku i trzeciorzędu.
Według innej teorii ropa naftowa jest obecna na Ziemi (a właściwie w jej głębi) właściwie od początku istnienia naszej planety. Jak to możliwe? Żeby móc poznać odpowiedź na to pytanie, najpierw trzeba się przyjrzeć tezom na temat powstania tej kopaliny.
Jak powstała ropa naftowa?
Obecnie środowisko naukowe wyraża przekonanie, że ropa naftowa jest substancją pochodzenia organicznego. Zgodnie z fundamentalnymi założeniami teorii biogenicznej, substancja ta jest niczym innym, jak przekształconymi szczątkami martwych od tysięcy lat organizmów.
Zdaniem naukowców, ropa powstaje w następstwie przeobrażeń sapropelowych, humusowych i mieszanych substancji organicznych, zawartych w skale macierzystej, która jest osadzona w basenie sedymantacyjnym. W środowisku redukującym lub utleniającym dochodzi do przeobrażenia materii organicznej do postaci węglowodorów.
Kluczowe znaczenie mają tu warunki termodynamiczne oddziałujące na skałę macierzystą. Materia organiczna ulega przeobrażeniu w węglowodory w temperaturze od 600 do 135 stopni Celsjusza. Produktem tych procesów jest kerogen. Nierozpuszczalne skupienia ulegają procesom metamorfizmu i diagenezy, w następstwie których powstaje ropa naftowa.
Teoria ta została stworzona m.in. przez Bronisława Radziszewskiego, Karla Englera i Helmuta Hofera i jest rozwijana do dziś. Należy jednak podkreślić, że w 1757 roku Michaił Łomonosow założył, że ropa może być produktem nieorganicznym. Jego twierdzenie rozwijali m.in. Dmitrij Mendelejew i Henri Moissan.
Autorzy drugiej teorii założyli, że ropa powstaje w sposób ciągły. Obecna w głębi planety para wodna ma oddziaływać na karbidy metali i tworzyć węglowodory serii naftowej. Te mają ulegać dalszym przemianom, finalnie dając ropę naftową. Teoria ta została zarzucona, jednak należy podkreślić, że rosyjscy naukowcy zdołali odnaleźć dowody, które zdają się ją potwierdzać.
Mowa o bogatych złożach w północnej części Wietnamu, które zostały odnalezione spękanych granitach. Kierując się teorią organiczną, należy przyjąć, że nie powinno ich tam być. Ponadto uczeni zaobserwowali, że po silniejszych wstrząsach sejsmicznych, niektóre złoża w obszarze Morza Kaspijskiego odnawiają się.
Teoria nieorganiczna zaczęła być szerzej analizowana w 1999 roku, kiedy Thomas Gold opublikował książkę „Gorąca podziemna biosfera”. Autor wskazał, że ropa nie może być produktem nieorganicznym, skoro występują w niej substancje właściwe dla organizmów żywych. Swoją teorię oparł na występowaniu biosfery głęboko pod skorupą ziemską, która czerpie energię nie z fotosyntezy, a z chemosyntezy. Takie niezwykłe miejsca rzeczywiście istnieją, czego przykładem jest „różany ogród”, odkryty w 1977 roku na głębokości 2,5 km pod powierzchnią Pacyfiku. Batyskaf Alvin natknął się tam na ekosystem, który ukształtował się wokół gorących źródeł.
Dziś wiemy, że takich obszarów jest więcej. Największy odkryty to tzw. „zaginione miasto”, zlokalizowane na dnie Atlantyku, na głębokości 2400 m. Naukowcy poddali analizie węglowodory, które wypływają z tamtejszych kominów skalnych. Wyniki nie pozostawiają wątpliwości – nie są to substancje pochodzenia organicznego.
Nie jest to jednoznaczny dowód, że ropa naftowa to produkt reakcji chemicznych zachodzących wewnątrz naszej planety. Nie można więc jednoznacznie stwierdzić, że jedna lub druga teoria o genezie ropy naftowej jest błędna. Należy jednak podkreślić, że środowisko naukowe przyjmuje, że ropa jest produktem organicznym.
Gdzie występuje ropa naftowa?
Złoża ropy najczęściej występują w antyklinach. Czyli w wypukłych strukturach tektonicznych, których wnętrze jest zbudowane ze skał starszych niż te, które tworzą warstwę zewnętrzną. Podłoże antykliny podściela solanka. Wyżej znajduje się ropa, a najwyżej – gaz ziemny.
Największe złoża znajdują się w Azji – w rejonie Zatoki Perskiej i basenie Morza Kaspijskiego. Nie można nie wspomnieć o Syberii. Wydobycie odbywa się też w Ameryce Północnej, w północnej części Afryki i na Morzu Północnym. W mniejszym stopniu złoża ropy są też eksploatowane w Ameryce Południowej, w Europie i na wyspach Oceanii.
Jak wydobywana jest ropa naftowa?
Pierwsze szyby naftowe miały postać drewnianych konstrukcji, które były napędzane parą. W celu rozwiązania problemu dopływającej wody i osuwającej się ziemi, ich twórca (wspomniany wcześniej Edwin Drake) wbił w ziemię metalową rurę, we wnętrzu której prowadzony był odwiert. Po natrafieniu na złoże, ropa była wypompowywana mechanicznie.
Obecnie proces wydobycia ropy bazuje na znacznie nowocześniejszym sprzęcie, ale w zasadzie niewiele różni się od pierwotnego. W pierwszej kolejności powstaje odwiert, w którym umieszczana jest stalowa rura. W celu usunięcia zanieczyszczeń, do odwiertu wpuszczany jest kwas solny i chlorowodorowy. Po podłączeniu specjalistycznej aparatury, następuje odzysk pierwotny, w dużej mierze bazujący na drenażu grawitacyjnym. Maksymalny współczynnik odzysku nie przekracza na tym etapie 15 proc.
Gdy ciśnienie pod ziemią spadnie, wdrażane są techniki odzysku wtórnego, które przewidują podniesienie ciśnienia poprzez wstrzyknięcie do szybu płynów lub gazów. Uśredniony współczynnik odzysku na tym etapie to 45 proc.
Ostatni etap – odzysk trzeciego rzędu – pozwala odzyskać dodatkowe 15 proc. zasobów złoża. Zastosowanie mają tutaj techniki termicznego zmniejszania lepkości ropy i wtrysku gazu do złoża.
