I. GIỚI THIỆU CHUNG I.1. Nguồn gốc của dầu mỏ Khi xem xét về nguồn gốc của dầu mỏ và khí, người ta đã đưa ra nhiều giả thiết khác nhau, thậm chí trái ngược nhau, nhưng chủ yếu người ta quan tâm đến hai giả thiết như sau: giả thiết về nguồn gốc hữu cơ và giả thiết về nguồn gốc vô cơ. I.1.1. Nguồn gốc vô cơ của dầu mỏ Theo giả thiết về nguồn gốc vô cơ thì dầu mỏ được hình thành từ các hợp chất vô cơ, cụ thể trong lòng đất có chứa các cacbua kim loại như Al¬4¬C¬¬3¬, CaC¬2¬ các chất này bị phân hủy bởi nước để tạo ra CH¬4¬, C¬2¬H¬2¬ theo các phương trình phản ứng sau: Al¬4¬C¬3¬ + 12H¬2¬O → 4Al(OH)¬3¬ + 3CH¬4 ¬CaC¬2 ¬+ 2H¬2¬O → Ca(OH)¬2¬ + C¬2¬H¬2¬ Các chất hữu cơ hình thành từ các phản ứng trên tiếp tục biến đổi dưới tác dụng của các yếu tố như nhiệt độ, áp suất cao và xúc tác là các khoáng sét có sẵn trong lòng đất để tạo nên dầu khí. Để chứng minh cho giả thiết này thì vào năm 1866, Berthelot đã tiến hành quá trình tổng hợp các hợp chất Hydrocacbon thơm từ axetylen ở nhiệt độ cao với sự có mặt của xúc tác, năm 1901, Sabatier và Sendereus tiến hành phản ứng hydro hóa axetylen trên xúc tác Niken và Sắt ở nhiệt độ trong khoảng 200 đến 3000C, đã thu được một loạt các Hydrocacbon tương ứng như thành phần của dầu mỏ. Cùng với nhiều phản ứng tương tự, giả thuyết này đã thuyết phục nhiều nhà khoa học trong một thời gian dài. Tuy nhiên, trong những hoạt động thực tiễn thì giả thuyết này gặp khá nhiều vấn đề mà bản thân nó không thể giải thích được như: - Hàm lượng các chất cacbua trong lòng đất thì khá hạn chế trong khi đó thì dầu mỏ ngày càng tìm được với số lượng rất lớn và hầu như có mặt khắp nơi. - Các phản ứng tạo hợp chất thơm và các hợp chất có thành phần tương tự như thành phần của dầu mỏ từ CH¬4¬ và C¬2¬H¬2¬ đòi hỏi có nhiệt độ cao trong khi đó thực tế nhiệt độ đạt được trong các mỏ dầu thì ít khi vượt quá 150 đến 2000C - Bằng các phương pháp phân tích hiện đại, ngày nay người ta đã xác định được trong dầu thô có chứa các porphyrin là hợp chất có nhiều trong xác động thực vật. Chính những khuyết điểm trên mà giả thuyết này ngày càng có ít người quan tâm và thay vào đó là giả thuyết về nguồn gốc hữu cơ. I.1.2. Nguồn gốc hữu cơ của dầu mỏ Theo giả thiết này thì dầu mỏ được hình thành từ các hợp chất có nguồn gốc hữu cơ, cụ thể là từ xác động thực vật và trải qua một quá trình biến đổi phức tạp trong một thời gian dài (hàng chục đến hàng triệu năm) dươcí tác động của nhiều yếu tố khác nhau như vi khuẩn, nhiệt độ, áp suất và xúc tác có sẵn trong lòng đất và đôi khi còn có sự tác động của các bức xạ do phóng xạ ở trong lòng đất. Thực tế thì quá trình hình thành dầu khí là một quá trình lâu dài và liên tục, nhưng để thuận tiện chi quá trình nghiên cứu sự biến đổi từ các xác chết của động thực vật đến dầu khí ngày nay thì người ta chia quá trình này thành 4 giai đoạn như sau: Tích đọng các vật liệu hữu cơ ban đầu (hay còn gọi là những chất mẹ đẻ ra dầu khí) của dầu khí hiện nay chủ yếu là những sinh vật sống ở biển: phù du, thực vật, động vật dưới biển. Tuy nhiên, vì biển là nơi hôi tụ các dòng sông trên đất liền nên tất nhiên sẽ có cả tác động của các động thực vật (xác chết của chúng) có nguồn gốc từ trên cạn. Tất cả những vật liệu hữu cơ trên đây đền có thể là chất mẹ tọa thành dầu khí. Như vậy, có thể vì sự phức tạp trong các vật liệu ban đầu đó đã dẫn đến sự tạo thành các loại dầu mỏ có thành phần thay đổi rất khác nhau. Trong những vật liệu kể trên thì những loại sinh vật biển vẫn là những loại chủ yếu để tạo thành dầu khí. Trong đó thì không phải những sinh vật lớn như các loại rong tảo (thực vật), cá, tôm (động vật) là nguồn vật liệu ban đầu chủ yếu, mà chính là các loại sinh vật nhỏ bé như các loài phù du. Phù du được gọi chung cho các loại sinh vật nhỏ bé, hoạt động với bán kính hẹp, thường ở tại chỗ (hoặc nếu có di cư đây đó là do dòng chảy của nước). chứng rất bé, kích thước khoảng vài milimet thường làm thức ăn cho ác loại động vật ở biển. Chính vì vậy, số lượng của chúng rất nhiều, đặc biệt là các loại phù du thực vật. Những vật liệu hữu cơ ban đầu, dù là loại động vật ở đất liền do nước mang ra biển hay các loại động vật sinh trưởng ở biển, nói chung là sau khi chết, đều bị lắng đọng xuống đáy biển. Ở trong nước biển lại có rất nhiều vi khuẩn, tùy theo môi trường mà có thể có vi khuẩn hiếu khí hay kị khí. Các vi khuẩn này nói chung có nhiều, ngay ở chiều sâu của đáy biển đến 200m số lượng vi khuẩn hiếu khí cũng có từ khoảng 16-49 triệu con còn vi khuẩn kị khí có khoảng 1.3 đến 5.2 triệu con trong 1gam vật liệu trầm tích. Nhưng càng xuống sâu vào lớp trầm tích, số lượng vi khuẩn sẽ giảm càng mạnh hơn. Chẳng hạn, xuống sâu 45-55cm, trong lớp trầm tích vi khuẩn hiếu khí sẽ còn 500-8700, trong khi đó các vi khuẩn kị khí có thể còn đến 6000-14000 trong 1gam trầm tích. Sau khi các động thực vật bị chết, lập tức bị các vi khuẩn tác dụng, những thành phần nào dễ tạo thnahf các sản phẩm khí và các sản phẩm hòa tan trong nước rồi tản mác khắp mọi nơi, còn thành phần nào bền vững chưa bị phá hủy hoặc chưa kịp bị phá hủy, sẽ dần lắng đọng lớp này chồng lên lớp kia tạo thành lớp trầm tích ở đáy biển. Sự lắng đọng này trong thiên nhiên xảy ra vô cùng chậm chạp (1-2mm đến vài cm/1000 năm). Một cách tổng quát thì thành phần các xác động thực vật được chia thành 3 phần chính: - Các hợp chất hữu cơ nh hydrat cacbon; - Các chất albumin; - Các chất lipit (bao gồm các axit béo, sáp, nhựa, dầu, các hydrocacbon cao phân tử vv ) Các hydrat cacbon, đặc biệt là nhựng loại phân tử lượng thấp là các hợp chất không bền vững, dưới tác dụng của vi khuẩn chúng bị phân hủy tao thành khí và các chất tan trong nước vì vậy chúng không phải là chất mẹ tạo nên dầu khí. Các chất albumin nói chung cũng rất dễ bị các vi khuẩn phân hủy, do đó không thể góp phần tạo nên dầu và khí được. Tuy nhiên, một số albumin có chứa Nito, lưu huỳnh hoặc Oxi thì chúng tương đối bền vững ít bị phân hủy do đó chúng sẽ nằm lại trong thành phần của dầu mỏ sau này. Phần còn lại là các hợp chất Lipid không bị phá hủy bởi vi khuẩn có thể tham gia vào quá trình biến đổi để tạo thành dầu khí. Nói chung, mức độ phân hủy các hydrat cacbon và albumin thành khí và các hợp chất tan trong nước phụ thuộc rất lớn vào hoàn cảnh xung quanh khi lắng đọng. Các chất khí tạo thành do tác dụng phân hủy của các vi khuẩn lên albumin và hydrat cacbon phổ biến là CO¬2¬, NH¬3¬, H¬2¬S, N¬2¬, CH¬4¬.¬ Tuyệt nhiên trong sản phẩm khí này không tìm thấy Hydrocacbon khí nặng hơn CH¬4¬. Thực ra cũng phát hiện được một số Hydrocacbon ¬C¬2¬, C¬3¬, C¬4¬ nhưng vô cùng bé, tỷ số giữa lượng CH¬4¬ trên tổng số các Hydrocacbon nặng hơn đạt đến 21.000. Cho nên, nếu so sánh với thành phần khí thiên nhiên, thì sẽ không thấy giống nhau chút nào cả vì trong thành phần khí thiên nhiên hàm lượng Hydrocacbon C¬2-5¬ đều có với một hàm lượng đáng kể.
