Gần như tất cả mọi người đều đã nghe nói hoặc đọc về dầu mỏ, thứ nguyên liệu sản xuất ra xăng dầu mà con người trong thế giới hiện đại vẫn sử dụng hàng ngày. Nhưng không phải ai cũng nắm được những kiến thức sơ đẳng về loại vật chất được mệnh danh là “vàng đen” này…
Dầu mỏ nguyên dạng.
Cấu trúc của dầu
Dầu mỏ là một loại khoáng sản hữu ích, tồn tại dưới dạng chất lỏng có độ sánh, nhờn và thường có màu đen (nhưng cũng có thể trong suốt hoặc có nhiều màu khác). Xét trên phương diện hóa học, dầu là hỗn hợp của hydrocarbon với lưu huỳnh, nitơ và các hợp chất khác. Mùi của dầu cũng có thể khác nhau, phụ thuộc vào hàm lượng các hydrocarbon thơm và các hợp chất lưu huỳnh trong thành phần của nó.
Các hydrocarbon hiện diện trong dầu là những hợp chất hóa học bao gồm các nguyên tử cacbon (C) và hydro (H). Nói chung, công thức hydrocarbon là CxHy. Hydrocarbon đơn giản nhất là mêtan, có một nguyên tử cacbon và bốn nguyên tử hydro, công thức của nó là CH4. Mêtan là một hydrocarbon nhẹ, luôn có mặt trong dầu.
Tùy thuộc vào tỷ lệ định lượng của các hydrocarbon khác nhau tạo nên dầu, đặc tính của dầu cũng khác nhau. Dầu có thể trong suốt và chảy dễ dàng như nước, nhưng cũng có thể màu đen, đặc quánh và dẻo như hắc ín (nhựa đường).
Từ quan điểm hóa học, dầu mỏ bình thường (truyền thống) có các thành tố cơ bản như sau: Carbon - 84%; Hydrogen - 14%; Lưu huỳnh - 1-3% (dưới dạng sulfua, disulphides, hydrogen sulphide hoặc lưu huỳnh thuần túy); Nitơ - dưới 1%; Oxy - dưới 1%; Kim loại - dưới 1% (gồm sắt, niken, vanadi, đồng, crôm, côban, molypđen…); Muối - dưới 1% (canxi clorua, clorua magiê, natri clorua…).
Dầu và khí đồng hành nằm ở độ sâu vài chục mét đến 5-6 km và ở độ sâu từ 6 km trở xuống thì chỉ có khí, còn ở độ sâu từ 1 km trở lên - chỉ có dầu. Hầu hết các tầng giàu hydrocarbon đều nằm ở độ sâu từ 1 đến 6 km, nơi dầu và khí tồn tại trong các phương thức kết hợp khác nhau.
Dầu thường tích trong các lớp đất đá được gọi là các vỉa có chức năng thu gom tồn trữ các vật chất có tính chất di động (như dầu, khí, nước). Đơn giản, vỉa có thể được coi là một miếng bọt biển rất chắc chắn và dày đặc, thấm hút và chứa dầu.
Xuất xứ của dầu
Sự hình thành dầu là một quá trình rất lâu dài, trải qua nhiều giai đoạn và chiếm một khoảng thời gian theo một số ước tính là 50-350 triệu năm.
Được chứng minh và được công nhận phổ biến nhất cho đến nay là lý thuyết về nguồn gốc hữu cơ của dầu, hay còn gọi là thuyết sinh học. Theo lý thuyết này, dầu được hình thành từ xác các vi sinh vật từng tồn tại hàng chục thậm chí hàng trăm triệu năm trước trong những lưu vực nước rộng lớn (đặc biệt là ở vùng nước nông). Khi chết đi, xác các vi sinh vật này tạo ra các lớp vật chất có hàm lượng chất hữu cơ cao ở dưới đáy. Lớp này nối tiếp lớp khác, dần dần chìm sâu hơn và sâu hơn (quá trình này phải mất hàng triệu năm); những lớp bên dưới phải chịu tác động về áp lực ngày càng tăng của các lớp bên trên, kèm với sự gia tăng nhiệt độ. Do các quá trình sinh-hóa-lý này xảy ra trong môi trường yếm khí (không tiếp xúc với oxy), chất hữu cơ được chuyển thành hydrocarbon.
Một số hydrocacbon được hình thành ở trạng thái khí (nhẹ nhất), một số khác trong trạng thái lỏng (nặng hơn) và một số nữa thì ở trạng thái rắn (nặng nhất, như than đá chẳng hạn). Như vậy, hỗn hợp di động của hydrocacbon ở trạng thái khí và lỏng, dưới tác động của áp suất cao, dần dần di chuyển bằng cách thấm qua các lớp đất đá về hướng những nơi có áp suất thấp hơn (thường là lên phía trên). Sự chuyển động tiếp tục diễn ra cho đến khi hydricarbon khí hoặc lỏng gặp phải một lớp dày của tầng đất đá không thấm nước trên đường đi của mình và buộc phải dừng lại. Đây chính là cái bẫy, được hình thành như một lớp hồ chứa mà ở phía trên được bao phủ bởi một tầng đất đá không thể xuyên qua. Trong cái bẫy này, một hỗn hợp các hydrocarbon dần dần tích lũy, tạo thành những gì mà chúng ta thường gọi là mỏ dầu.
Vì mật độ vật chất của dầu thường nhỏ hơn nhiều so với mật độ của nước (nước luôn luôn hiện diện cùng với dầu như một bằng chứng về nguồn gốc biển của dầu), dầu luôn di chuyển lên trên và tích tụ ở bên trên mặt nước. Nếu có khí, khí sẽ ở trên cùng, phía bên trên dầu.
Ở một số khu vực, hydrocarbon dưới dạng dầu và khí không gặp phải một cái bẫy nào trên đường di chuyển đến bề mặt trái đất. Khi thoát lên trên mặt đất, dưới tác động của nhiều yếu tố hóa lý, cấu trúc của chúng bị phá hủy và chúng chuyển sang tồn tại dưới dạng những vật chất khác.