startMiner - free and simple next generation Bitcoin mining software
Hóa học quanh ta
Videoclip Hóa học
Tra cứu Hóa học

dau-mo

 

Dầu khí sinh ra từ đâu? Đây không phải chỉ là một câu hỏi mang tính bác học hay là do tính tò mò của những người vô công rồi nghề thích bàn chuyện phiếm mà là một câu hỏi rất nghiêm túc, liên quan đến tương lai của ngành năng lượng trong mọi thời đại vì nó định hướng cho ngành kinh tế - kỹ thuật này phát triển. Nó đã được đặt ra từ gần 200 năm qua đối với các nhà khoa học nhưng cho đến nay vẫn chưa có lời giải đáp trọn vẹn.

Báo Năng lượng Mới có bài phỏng vấn PGS. TS Trần Ngọc Toản, nguyên Viện trưởng Viện Dầu khí Việt Nam và GS. TSKH Vũ Xuân Quang, Hiệu phó Trường Đại học Duy Tân Đà Nẵng, nguyên Phó Viện trưởng Viện Vật lý Việt Nam xung quanh vấn đề này.

Những cố gắng chứng minh nguồn gốc vô cơ của dầu khí

NLM: Từ hàng ngàn năm trước nhân loại đã phát hiện ra dầu mỏ, tuy nhiên cho đến hôm nay, người ta vẫn chưa thể đoan chắc về nguồn gốc sinh ra loại nhiên liệu quý giá này. Liệu bao giờ khoa học hiện đại có thể có câu trả lời thỏa đáng, thưa Phó giáo sư?

PGS. TS Trần Ngọc Toản: Từ nửa cuối thế kỷ 19 đến nay trên thế giới có 2 lý thuyết về nguồn gốc dầu mỏ song song tồn tại. Đó là lý thuyết vô cơ và lý thuyết hữu cơ mà bạn đọc có thể tìm đọc dễ dàng trong các sách phổ biến khoa học phổ thông hoặc trong các giáo trình hóa học từ cấp trung học đến các giáo trình chuyên đề đại học về dầu khí. Sách tiếng Việt phát hành gần đây nhất là quyển “Dầu  khí phổ thông , những điều cần biết” của nhà xuất bản Lao động - Xã hội (Hà Nội,tháng 5-2015) do Hội Dầu khí Việt Nam biên soạn. Nội dung các chương cũng đã được chính báo Năng Lượng Mới đăng tải trong tháng 4 và tháng 5-2015.

Trong các sách báo, lý thuyết hữu cơ được trình bày khá rõ nhưng lý thuyết vô cơ tuy ra đời đầu tiên từ khi nhà bác học Lomonosov, sau đó là Mendeleev và Lavoisier công bố các kết quả nghiên cứu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm (thế kỷ 19) lại được trình bày chưa thỏa đáng vì nó ít liên quan đến hoạt động kỹ thuật của ngành dầu khí hiện nay.

Tuy nhiên trong các năm gần đây tầm quan trọng của lý thuyết vô cơ ngày càng được các nhà khoa học lớn trên thế giới chú ý vì nó liên quan đến tương lai dài hạn của ngành dầu khí và nhờ đang có nhiều dữ liệu được thu thập từ chương trình nghiên cứu vũ trụ về sự tồn tại với lượng lớn của khí methane (CH4) trên một số hành tinh trong và cả ngoài hệ mặt trời.

Lý thuyết thứ ba về nguồn gốc dầu khí

PGS. TS Trần Ngọc Toản

NLM: Như vậy, dầu mỏ (hỗn hợp Hydrocacbon) hoàn toàn có thể phát sinh từ các phản ứng hóa học giữa các chất vô cơ chứ không chỉ từ vi sinh vật và các chất hữu cơ trong các bể trầm tích như chúng ta vẫn thường quan niệm?

PGS. TS Trần Ngọc Toản: Trong lịch sử dầu khí, đã có một thời gian dài lý thuyết hữu cơ hoàn toàn thắng thế so với  vô cơ theo ý nghĩa thực dụng  trong tìm kiếm -thăm  dò các trữ lượng dầu khí công nghiệp, tuy nhiên về phương diện khoa học vẫn không bác bỏ được lý thuyết vô cơ. Chứng cứ hiển nhiên là các nhà khoa học có thể tổng hợp khí methane từ hai nguyên tố C và H cũng như các sản phẩm hydrocacbon có thể tìm thấy dễ dàng trong các dòng khí thoát ra từ núi lửa hoặc nằm trong đá macma ở những độ sâu rất lớn.

Ngay như lượng dầu khí khổng lồ tìm thấy trong đá móng mỏ Bạch Hổ mà đại đa số các nhà địa chất Việt Nam và Nga đã chứng minh chúng có nguồn gốc hữu cơ thì cũng có không ít các nhà địa chất Mỹ và Nga có tên tuổi khác tại các hội thảo khoa học do Hiệp hội Địa chất Dầu khí Mỹ (AAPG) tổ chức những năm vừa qua lại viện dẫn như một minh chứng chúng có nguồn gốc vô cơ.

Trong tuyển tập báo cáo của Viện Hàn lâm khoa học quốc gia Mỹ gần đây có đăng công trình nghiên cứu của Henry Scott ở Đại học Tổng hợp Indiana, tiến hành tại phòng thí nghiệm Địa vật lý thuộc viện Carnergie Washington, một tổ chức hàng đầu trong nghiên cứu địa chất dầu ở áp suất cao với kết luận: “Nằm sâu dưới bề mặt trái đất 12 dặm (gần 20 km) hoặc sâu hơn, ở nhiệt độ khủng khiếp và dưới áp suất gần 50.000 lần áp suất ở mặt nước biển, trái đất có thể tự sản sinh ra methane”.

NLM: Ông có thể phân tích kỹ hơn về công trình nghiên cứu của nhóm các nhà khoa học này ?

PGS. TS Trần Ngọc Toản: Giáo sư Scott cho biết công trình nghiên cứu xuất phát từ ý tưởng của Thomas Gold, một nhà vật lý thiên thể nổi tiếng với hàng loạt luận điểm thông minh trong đó phần lớn đã được chứng minh là đúng đắn. Trong số các luận điểm chưa được chứng minh, có vấn đề cho rằng hydrocacbon là một thành tố tự nhiên rất dồi dào của quả đất, liên tục thấm lên phía phần cao của lớp vỏ hành tinh mà chúng ta đang sống. Thomas Gold không phải là nhà địa chất nên cho rằng những dẫn chứng dầu mỏ có nguồn gốc sinh học là do chúng bị nhiễm những chất hữu cơ có nguồn gốc từ các vi sinh sống bằng hydrocacbon ở các lớp đá nằm không quá sâu. Một số nghiên cứu đã xác minh sự tồn tại của các vi khuẩn sống bằng CH4 trong lòng các giếng khoan sâu và cũng có nhiều mỏ khí mà chắc chắn không có nguồn gốc hữu cơ.

Nhóm nghiên cứu của GS Scott đã tiến hành các thí nghiệm với đá cacbonat và nước, dùng sắt (Fe) làm chất xúc tác đặt trong một thiết bị chế tạo bằng kim cương dùng nghiên cứu trạng thái vật chất ở áp suất cực kỳ cao. Tại áp suất tương ứng với áp suất  ở độ sâu 20 km trong lòng đất, nước bị phân hủy giải phóng hydro (H) và H kết hợp với cacbon (C) giải phóng từ đá cacbonat, hình thành CH4. GS Dudley Herschbach, nhà hóa học nhận giải Nobel làm việc tại Đại học Harvard, đồng tác giả với GS Scott nói: “Kết quả này cho thấy khí CH4 mà phương Tây cho là chủ yếu có nguồn gốc sinh học có thể không phải là như vậy. Tôi nghĩ phát hiện này sẽ khiến loài người nhìn nhận quan điểm của Thomas Gold một cách nghiêm túc hơn trước đây”.

Ở Liên Xô cũ,trong thập kỷ 70 của thế kỷ XX cũng đã tiến hành những thí nghiệm tương tự tại chi nhánh Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô có trụ sở ở Siberia nhưng vai trò xúc tác là sóng vi địa chấn và cũng thu được kết quả tương tự.

Bà Barbara Sherwood Lollar, giáo sư địa chất Đại học Toronto cho rằng sự phát hiện CH4 có thể tự sản sinh trong vỏ quả đất có một ý nghĩa rất quan trọng để giải thích sự hiện diện của methane trên các thiên thể. Bà chuyên nghiên cứu các vi khuẩn ở tầng nông vỏ quả đất cho NASA để tìm hiểu khả năng các vi khuẩn sống dưới bề mặt sao Hỏa và các hành tinh khác.

NLM: Có nghĩa là không chỉ nhóm nghiên cứu của GS Scott mà còn nhiều nhà khoa học khác cũng có kết luận hoặc giải thích nguồn gốc vô cơ của dầu mỏ, thưa Phó giáo sư?

PGS. TS Trần Ngọc Toản: Hiện nay các nhà khoa học Mỹ đang nghiên cứu quá trình trùng hợp để sản sinh ethane, butane và các hydrocacbon nặng hơn trong phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, nơi chuyên nghiên cứu nhiệt động học của vũ khí hạt nhân ở điều kiện nhiệt độ cao, áp suất lớn tương tự như trong lòng đất.

Các con đường dẫn tới hình thành hydrocacbon có nguồn gốc vô cơ được trình bày trong bài viết nổi tiếng của bà BS Lollare đăng trên tạp chí Nature ngày 4-4-2002 và bạn đọc có thể tìm thấy nhiều điều lý thú khi tham khảo bài này. Trong tháng 6-2004 đã có một cuộc hội thảo địa chất dầu khí Mỹ của AAPG, tại đó các nhà địa chất hàng đầu thế giới lại thảo luận vấn đề nguồn gốc hữu cơ và vô cơ của dầu mỏ.

Theo chúng tôi, vì thiên nhiên vốn rất đa dạng nên dầu khí tồn tại trên trái đất có đa nguồn gốc, các nguồn đó có tỷ lệ khác nhau tùy theo điều kiện lý-hóa biến đổi theo không gian lẫn thời gian và chúng bổ sung cho nhau tạo nên sự giàu có hiện nay. Do đó chúng ta không nên cực đoan chỉ chấp nhận lý thuyết này và loại bỏ lý thuyết khác. Sự có mặt của nhiều lý thuyết càng làm giàu trí tuệ của nhân loại mà thôi.

NLM: Thưa Giáo sư Vũ Xuân Quang, ông có thể cho biết thêm một số thông tin khoa học khác liên quan đến các nghiên cứu nguồn gốc vô cơ của dầu mỏ mà ông thấy là đáng lưu ý?

GS. Vũ Xuân Quang: Thời gian đó NASA có thông báo về chuyến khảo sát của con tàu nghiên cứu vũ trụ Cassini, trong đó một trong những mục tiêu là kiểm tra tại chỗ xem có thực sự tồn tại hydrocacbon trên mặt trăng Titan của sao Thổ (Saturn) hay không? Tàu Cassini là một trong các trạm nghiên cứu của Nasa Great Observatory, nặng 6,5 tấn, phóng lên vũ trụ vào tháng 10-1997.  Nó đã đến sao Thổ vào tháng 10-2004 sau khi bay 7 năm, thực hiện một hành trình dài 3,2 tỷ km và sau đó bay quanh hành tinh này. Đến lễ Giáng sinh 25-12-2004, Cassini đã phóng bộ thiết bị lấy mẫu mang tên nhà vật lý Huyghen của cơ quan vũ trụ châu Âu vào khí quyển của vệ tinh Titan (có kích thước và nhiều đặc điểm giống trái đất của chúng ta). Qua quan sát và phân tích quang phổ nhận được từ quả đất người ta xác nhận trên Titan tồn tại các đám mây dày, chứa các phân tử CH4. Các kính viễn vọng vô tuyến đã nhìn xuyên được vào khí quyển của Titan và các số liệu thu thập được đều khẳng định có khả năng tồn tại  các “đại dương hydrocacbon” trên bề mặt của Titan do nhiệt độ ở đây thấp hơn nhiệt độ hóa lỏng khí methane nên methane phải tồn tại dưới dạng lỏng. Sau các trận mưa methane, chúng sẽ chảy theo các dòng sông và tập trung vào các vùng trũng để hình thành các đại dương, giống như quá trình tạo các đại dương nước trên quả đất. Các nghiên cứu qua mô hình cũng đưa đến kết luận tương tự.

Thiết bị nói trên đã hạ cánh sau 22 ngày bay xuống một địa điểm dự báo là “đại dương hydrocacbon” với tốc độ chạm đất 12 km/giờ và con tàu Cassini còn tiếp tục bay quanh sao Thổ 4 năm nữa.

Kết quả đề án khảo sát này cho đến nay chưa được công bố rộng rãi  nhưng các nhà thiên văn học nói rằng khí quyển của Titan cũng giống như khí quyển quả đất trong giai đoạn đầu mới hình thành, tức là có chứa một lượng lớn khí methane. Nếu số liệu nghiên cứu tại chỗ trên Titan xác nhận có “đại dương hydrocacbon” thì trường phái vô cơ trong khoa học dầu khí có thêm một bằng chứng để khẳng định tính đúng đắn, khoa học của nó.

Lý thuyết thứ ba về nguồn gốc dầu khí

GS. TSKH Vũ Xuân Quang

Lý thuyết mới nhất về nguồn gốc dầu mỏ

NLM: Được biết, trong vài năm trở lại đây, khi thuyết sinh vật học và thuyết vô cơ về nguồn gốc hình thành của dầu mỏ còn đang tranh luận chưa có hồi kết thì lại xuất hiện một lý thuyết mới, xin được hỏi Phó giáo sư đôi nét về vấn đề này?

PGS. TS Trần Ngọc Toản: Trên ấn phẩm Explorer số tháng 10-2013, AAPG  thông báo một lý thuyết mới về nguồn gốc dầu mỏ trên quả đất được gọi là “nguồn gốc sinh quyển - biospheric origins” do nhóm nghiên cứu đứng đầu là ông Vladimir Serebryakov, một viện sĩ của viện Hàn lâm Khoa học Tự nhiên Nga công bố và năm 2014 đã nhận bằng phát minh. Ông hiện đang sống ở bang Utah (Mỹ) và đang làm việc tại Đại học tổng hợp Wyoming, chuyên nghiên cứu về sự hình thành dị thường áp suất cao trong các tầng chứa dầu khí. Từ năm 1991 ông làm việc cho các công ty dầu ở Wyoming đồng thời cho nước cộng hòa Dagestan của Liên bang Nga. Thành viên của nhóm gồm nhiều nhà khoa học dầu khí gốc Nga và Mỹ, trong đó có Azary A.Barenbaum, Alexander V.Serebryakov, Ernest S.Zakirov và Sumbat N.Zakirov v.v…

Lý thuyết mới của Serebryakov cũng dựa trên dự báo khoa học của Gold nên cũng được xếp vào trường phái vô cơ nhưng có nhiều điểm khác với các tác giả đi trước. Trong các lý thuyết vô cơ cổ điển đều chấp nhận giả thiết mang tính tiên đề rằng dầu và khí đốt sinh thành ban đầu từ  những vùng rất sâu trong lòng đất như kết quả của quá trình tiến hoá của quả đất và từ các nguồn khí cacbon cũng như nước nguyên sinh cuả các lớp đá macma nằm rất sâu qua các đứt gãy sâu, ở đó nước và macma qua các phản ứng tổng hợp hóa học cho ra các hydrocacbon. H và C nguyên liệu nói ở lý thuyết này đều liên quan đến nguồn nhiệt từ nhân quả đất hoặc do nhiệt từ phân hủy các chất phóng xạ chứa trong mac ma. Trong lý thuyết mới, phản ứng  kết hợp  giữa 2 nguyên tố này để thành CH4 không xảy ra ở rất sâu trong lòng đất mà ở ngay trong tầng sinh quyển.

NLM: Và lý thuyết này đã được chứng minh bằng các tính toán khoa học, có thể coi là lý thuyết thứ ba về nguồn gốc của dầu mỏ, thưa Giáo sư?

GS. TSKH Vũ Xuân Quang: Tác giả cho biết công trình của họ nêu rõ quá trình sinh thành dầu khí là một hiện tượng tự nhiên, tất yếu phải xảy ra trong tự nhiên, phụ thuộc vào sự di chuyển mang tính chất địa hóa của nguyên tố C di động (movable cacbon) có sẵn trong khí quyển và sinh quyển cùng với nước khí tượng (nguồn H), nước mưa có CO2 hòa tan (trong khí quyển, nguyên tố C thường tồn tại dưới dạng khí dioxid cacbon, khi di chuyển trong lòng đất thì CO2 thông qua quá trình ngưng tụ lặp (polycondensation) và các phản ứng khử để trở về dạng ion C).

Lý thuyết thứ ba về nguồn gốc dầu khí

Ngoài ra, khi thấm lọc qua bề mặt quả đất để đi xuống các tầng đất sâu, chúng được bổ sung thêm C dưới dạng CO2 từ hoạt động sinh tồn của vi sinh hoặc C từ xác vi sinh sau khi chết qua các tiếp xúc ngẫu nhiên với các vi sinh cũng như tiếp xúc với các khoáng vật chứa các kim loại, các chất này đóng vai trò xúc tác để các phản ứng tổng hợp hydrocacbon xảy ra. Như vậy một điểm khác nữa rất cơ bản là quá trình sinh thành dầu khí là một quá trình lặp đi lặp lại có chu kỳ gắn với chu kỳ tuần hoàn của nước và cacbon trên hành tinh chúng ta, do đó dầu khí là một nguồn năng lượng tái sinh.

Serebryakov đã thực hiện các thí nghiệm hóa học và thấy rằng phản ứng tổng hợp giữa C và H có thể xảy ra trong điều kiện nhiệt độ và áp suất bình thường nên kết luận rằng sự sinh thành dầu khí không chỉ là một quá trình địa chất xảy ra chậm chạp, dài lâu hàng nhiều triệu năm mà còn có thể xảy ra nhanh trong sinh quyển (biospheric). Phù hợp với chu kỳ sinh quyển, thời gian để C di chuyển qua mặt đất giữa biên của các lục địa được ước tính khoảng 40 năm. Ông đã công bố 4 quyển sách và hơn 100 bài báo về chủ đề này trong đó có cả luận điểm về chu kỳ khí hậu của nước chứa trong các lỗ hổng của đá trong lòng đất đi kèm với sự di cư và tích tụ dầu khí. Theo Explorer, công việc nghiên cứu đề tài này vẫn đang tiếp tục diễn ra  rất sôi nổi.

NLM: Xin cảm ơn PGS TS Trần Ngọc Toản và GS.TSKH Vũ Xuân Quang về đề tài thú vị này và hy vọng cuộc trao đổi sẽ được tiếp tục trên diễn đàn Năng lượng Mới trong thời điểm phù hợp.

 

Thuyết hữu cơ

Dầu thô, hay còn gọi là dầu mỏ, là một chất lỏng sánh đặc màu đen, nâu hoặc ngả lục, là một hỗn hợp các phân tử hữu cơ ở thể lỏng đậm đặc, phần lớn là hỗn hợp các hydrocarbon. Công thức tổng quát của phân tử hydrocarbon no hoặc chưa no là CnH2n+2 và CnH2n. Phụ thuộc vào số lượng các nguyên tử C và H mà chúng có tên gọi, tính chất và ở các trạng thái khác nhau. Đa số các nhà địa chất coi dầu mỏ là sản phẩm của sự nén và nóng lên của các vật liệu hữu cơ trong các thời kỳ địa chất. Theo lý thuyết này, nó được tạo thành từ các vật liệu còn sót lại sau quá trình phân rã xác các động vật,vi sinh, thực vật, nhất là rong tảo biển  trầm đọng trong vật liệu trầm tích.

Qua hàng thiên niên kỷ vật chất hữu cơ này trộn với bùn, và bị chôn dưới các lớp trầm tích dày. Sự tăng nhiệt độ và áp suất trong lòng đất dưới sâu khiến cho những thành phần này bị biến hoá, đầu tiên thành một loại vật liệu kiểu sáp được gọi là kerogen, và sau đó thành một hydrocarbon khí và lỏng trong một quá trình được gọi là catagenesis. Bởi vì hydrocarbon có mật độ nhỏ hơn đá xung quanh và nước, chúng xâm nhập lên phía trên thông qua các lớp đá có lổ rỗng và có khả năng thấm ngay sát đó cho tới khi chúng bị bị một lớp đá hoặc một cấu trúc địa chất không thấm chắn giữ lại. Một hình thể địa chất như vậy được gọi là bẫy (trap). Hydrocarbon tập trung một lượng đủ lớn bên trong bẫy hình thành nên một cấu thể chứa dầu khí. Nếu lượng dầu, khí đó có thể khai thác được bằng công nghệ hiện có và đáp ứng được điều kiện thị trường thì gọi là mỏ dầu khí.

Nguyễn Tiến Dũng (Thực hiện)

Hoahocngaynay.com

Nguồn PetroTimes

Hits smaller text tool iconmedium text tool iconlarger text tool icon

Comments powered by H2N2

Tin liên quan:
Tin mới hơn:
Tin cũ hơn:

DANH MỤC TÀI LIỆU

Lý thuyết thứ ba về nguồn gốc dầu khí