Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как противостоять манипуляциям мужчин? Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







ГАЗОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ СИСТЕМЫ





Углеводородные газы (УВГ) являются частью природных углеводородных систем, газовой фазой природных УВ. Природ­ные газы — это УВ растворы, имеющие газообразное в нормаль­ных (атмосферных) условиях состояние, выделенные из состава более сложных природных систем. Типы природных газов земной коры приведены в табл. 1.2. Природные газы находятся на Земле в различном состоянии: свободные в атмосфере и газовых зале­жах, растворенные в водах, сорбированные, окклюдированные, в виде твердых растворов — газогидратов. Газы, растворенные в нефти и выделяющиеся при разработке и самоизлиянии, называ­ются попутными газами. Высокое энергосодержание, способ­ность к химическим превращениям, низкое загрязнение биосфе­ры обусловливают использование УВГ в качестве наиболее удоб­ного топлива и ценного химического сырья.

 


Состав и свойства газов

Основными компонентами природного (горючего) газа явля­ются углеводороды от метана до бутана включительно, отмечают­ся также следы C58. Природные газы также содержат и неугле­водородные компоненты: углекислый газ, азот, сероводород, инертные газы. Главным компонентом природных горючих газов является метан. Природный газ считается сухим, если он состоит главным образом из метана (более 85%), с низким содержанием этана (менее 10%), практическим отсутствием пропана и бутана, с содержанием менее 10 см33 способных конденсироваться жидкостей. Тощий газ — пластовый газ метанового состава с низ­ким содержанием этана, пропана и бутана. Количество конденсата в нем составляет 10—30 см33. Газ жирный, если содержание кон­денсата колеблется от 30 до 90 см33. В геохимии широко ис­пользуется показатель «коэффициент сухости» (СН4 / С2 + высш).

Природные газы бесцветны, легко смешиваются с воздухом, растворимость их в воде и нефти различна. Свойства газов на по­верхности и в пластовых условиях отличаются, они во многом определяются термобарическими условиями и физико-химичес­кими параметрами среды. На растворимость природного газа влияют температура, давление, состав газа и нефти. Раствори­мость газа в нефти повышается с ростом давления и уменьшается с ростом температуры; она растет в ряду С14. Растворимость газа уменьшается с увеличением плотности нефти. Давление, при котором данная нефть полностью насыщена газом, называется давлением насыщения; если давление в залежи падает, то газ выде­ляется в свободную фазу.

Плотность газов — масса вещества в единице объема (г/см3) или выражается отношением молекулярной массы (в мо­лях) к объему моля р = М/22,4 л. Плотность метана 7,14·10-4, бутана 25,93·10-4, диоксида углерода 19,63·10-4 г/см3. Обычно используется относительная плотность по воздуху (безразмерная величина — отношение плотности газа к плотности воздуха; при нормальных условиях плотность воздуха 1,293 кг/м3). Относи­тельная плотность метана 0,554 (20°С), этана 1,05, пропана 1,55, диоксида углерода 1,53, сероводорода 1,18.

Газонасыщенность (Г) — важный показатель газонос­ности недр; газонасыщенность нефти — газовый фактор. Газона­сыщенность вод (см3/л, м33) — суммарное содержание газа в указанном объеме флюида (л, м3). По данным А.С. Панченко и В.П. Ильченко (1978), аномалии по величине газонасыщенности сопровождают все газоконденсатные месторождения Предкав­казья. Вблизи контура газоконденсатных залежей независимо от гидрохимической зональности значения Г = 2-4 м33.


В кайнозойских нефтегазоносных бассейнах Сахалина, Ку-ринской депрессии газонасышенность вод газами УВ состава до глубины 3 км не превышает 3,3 м33, расчетная газонасышен­ность вод на глубине 6 км достигает 7,7 м33. В Западной Сиби­ри газонасыщенность вод УВ газами до глубин 3 км колеблется от 0,3 до 1,5 м33, расчетная же газонасыщенность на глубине 6 км около 7,5 м33. В Мексиканском бассейне на глубине 4358 м (скв. Делкамбер) газонасыщенность вод 8-9 м33, газона­сыщенность резко возрастает при аномально высоком пластовом

давлении (АВПД).

Газонасышенность вод не только показатель газоносности недр. Эти воды сами могут быть источником газа. Добыча раство­ренного в воде УВ газа успешно ведется в Японии (префектура

Сидзуока).

Метан (СН4) — наиболее распространенный и миграцион-носпособный УВ газ в природе, он характеризуется низкой сорб-ционной способностью, небольшой растворимостью в воде, кото­рая также зависит от температуры: 0,055 м33 (0°С), 0,033 (20°С), 0,017 (100°С). Метан легко загорается (Твосп. — 695-742°С), его теплота сгорания 50 МДж/кг. Смеси метана с воздухом взрывоопасны (нижний предел взрываемости 5%). Ме­тан не содержит связей С-С, менее прочных, чем С-Н, что об­условлено его термической прочностью и устойчивостью к хими­ческим воздействием. Генезис метана может быть биохимичес­ким, термокаталитическим (катагенетическим), метаморфичес­ким, вулканическим. Подробно этот вопрос, как и генезис других газов, будет рассмотрен ниже.

Газообразные гомологи метана — тяжелые углеводороды — ТУВ (этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Н10) имеют большую по сравнению с метаном сорбционную способность и низкий коэф­фициент диффузии, что позволяет им концентрироваться в газах закрытых пор. Этан имеет наибольшую из всех УВ газов раство­римость в воде (0,047 м33 при 20°С). Смеси этих газов с возду­хом так же взрывоопасны. Содержание каждого из гомологов в газах чисто газовых залежей обычно менее 0,5%, в нефтяных по­путных газах достигает 30%. Газообразные гомологи метана — ценное сырье нефтехимической промышленности; они исполь­зуются в производстве синтетического каучука, полиэтилена, пластмасс. Промышленное значение имеют газы, содержащие не менее 2-3% ТУВ.

Двуокись (диоксид) углерода (углекислота) (СО2) в нормальных условиях — газ, при -78°С — твердая снегоподобная масса (су­хой лед), при нагревании непосредственно переходит в газ; СО2 B 1,5 раза тяжелее воздуха. Содержание СО2 в газах и нефтях изме­няется от 0 до 59%, двуокись углерода хорошо растворяется в воде, растворимость возрастает с увеличением давления. Так, при


20°С и 0,1 МПа в одном объеме воды растворяется приблизи­тельно один объем СО2. При давлении 30 МПа и температуре 100°С в одном объеме воды может раствориться 30 объемов СО2. Двуокись углерода имеет различный генезис: образуется при окислении углеводородов и других органических соединений, при декарбоксилировании органических кислот, при разложении бикарбонатов, возможно и мантийное происхождение СО2.

Азот (N2) — бесцветный газ без запаха, содержание его в воздухе 75,5% по весу (78,09 об. %), в природных газах варьирует в широких пределах (от сотых долей до 99%). В нефтяных попут­ных газах содержание азота изменяется от 0 до 50%. При дли­тельной эксплуатации попутный нефтяной газ обедняется азотом, что связано с его малой растворимостью в нефти. Газ химически инертный. Азот может быть атмосферного, биохимического и глубинного происхождения; в водах верхней части осадочного чехла он чаще всего атмосферный, с глубиной его содержание обычно падает. Показатель ∑УВ/N2 — коэффициент химичес­кой закрытости недр — возрастает с увеличением глубины.

Природный азот состоит из двух стабильных изотопов 14N и 15N. Для атмосферного азота характерно отношение 14N/15N =273 (стандарт). Изотопный состав азота природных газов варьирует в широких пределах: δ15N изменяется от —10 до +18‰.

Сероводород (H2S) — бесцветный горючий газ с характерным резким запахом, хорошо растворимый в воде. Плотность его 1,538 г/л, теплота сгорания 2,3 МДж/м3, температура кипения 60°К. Сероводород высокотоксичный газ, при концентрации его в воздухе более 0,1% может наступить летальный исход; предельно допустимое содержание в воздухе 0,01 мг/л. Сероводород встреча­ется в свободных природных газах, обычно его концентрация ред­ко превышает 1%. В газах, связанных с карбонатно-сульфатны-ми толщами, концентрация H2S увеличивается до 10-20, редко до 50%. Сероводород встречается также в вулканических и фума-рольных газах. В природе известны разные источники H2S: био­химическое окисление ОВ, восстановление сульфатов сульфат-редуцирующими бактериями, при химическом восстановлении сульфатов, при термолизе ОВ и др. Промышленную ценность представляют газы, содержащие 0,05—0,1% сероводорода.

Водород 2) — самый легкий газ в природе (легче воздуха в 14 раз), бесцветный, не имеет запаха, плотность по воздуху 0,0695, высшая теплота сгорания 12,2 МДж/м3. Водород имеет два стабильных изотопа: протий (1Н) и дейтерий (D или 2Н), и один радиоактивный — тритий; доля дейтерия в водороде Земли очень мала. Водород природных газов несколько обогащен дейте­рием: отношения D:1H = 1:4000 (в воде это отношение 1:6800). Водород в природных газах содержится в количестве от тысячных долей до 60%. Повышение его концентрации свойственно вулка-


ническим и другим глубинным газам. В.И. Молчанов считает во­дород обычным газом осадочных пород, не приуроченным к определенному диапазону толщ. Чаще всего водород ассоцииру­ется с соленосными, угленосными и нефтеносными отложения­ми; он приурочен к наиболее погруженным частям депрессий. В газах нефтегазоносных районов Н2 присутствует довольно редко. В Западной Сибири из 1000 опробованных участков водород от­мечен в восьми, причем он более свойствен вмещающим поро­дам, чем пластам-коллекторам. По мнению В.А. Соколова, водо­род свойствен газам древних отложений. Селенгинская депрессия Иркутского амфитеатра, например, характеризуется повсемес­тным присутствием водорода.

Основным источником свободного водорода в земной коре является вода, при взаимодействии которой с окислами металлов при высоких температурах образуется водород; водород также ти­пичный компонент вулканических фумарольных и прочих глу­бинных газов. Возможен также генезис водорода при биохими­ческом и радиоактивном разложении ОВ.

Гелий (Не) — газ без цвета и запаха, химически инертный, т.е. неспособный к химическим реакциям, горению, взрыву. Среднее содержание гелия в земной коре 1·10-6 вес.%, в атмосфе­ре 5,2·10-4 об.%. В природных газах содержание гелия достигает 18 об.%, в свободных не превышает 10%, в попутных 0,5%. При­родные газы с повышенным содержанием гелия являются цен­ным химическим сырьем.

Стабильные изотопы гелия 3Не и 4Не имеют главным обра­зом радиогенный генезис — образуются при сс-распаде радиоак­тивных элементов (урана, тория) и характеризуются абсолютным преобладанием 4Не (3Не/4Не = 10-10·10-9 в урановых минералах); первичный же гелий имеет соотношение 3Не/4Не = n·10-4. Гелий атмосферы представляет смесь первичного и радиогенного с от­носительно постоянным составом (3Не/4Не=1,4·10-6). Повышен­ные концентрации гелия отмечаются в зонах нарушений. Данные об изотопном составе гелия используются для определения его корового или мантийного генезиса.

Классификации газов

В природе газы распространены очень широко и составля­ют газовую оболочку — атмосферу. Они присутствуют в свобод­ном, растворенном, сорбированном, механически и химичес­ки связанном состоянии в гидросфере и литосфере. Существует много классификаций газов по разным признакам: химическому составу, генезису, месту нахождения (В.В. Белоусов, А.Л. Коз­лов, М.И. Суббота, И.В. Высоцкий, Н.А. Еременко и СП. Макси­мов и др.).



Одним из первых классификацию природных газов создал В.И. Вернадский (1912). Он подразделил газы по разным прин­ципам: 1) форме нахождения — свободные и растворенные, жидкие и твердые; 2) источникам образования — газы земной поверхности, глубоких частей литосферы и газы, проникающие из мантии; 3) химическому составу — азотные, углекислые, мета­новые, водородные, сероводородные.

В.В. Белоусов предложил генетическую классификацию при­родных газов, подразделив их на газы: 1) биохимического, 2) воз­душного, 3) химического и 4) радиоактивного происхождения. А.Л. Козлов построил свою классификацию газов также по гене­тическому принципу и выделил два основных класса: А) газы, об­разующиеся в земной коре (биохимические, химические, мета­морфические); Б) газы миграционные (космические, магматичес­кие, мантийные). Генетическая классификация И.В. Высоцкого включает характеристику исходного материала газов, основные газообразующие процессы, форму нахождения и химический со­став. Согласно этой классификации выделяются пять генетичес­ких типов газов: 1) биохимический, 2) литохимический, 3) радио­активный — газы, формирующиеся в земной коре, 4) атмосфер­ный — циркуляционные газы, 5) космический — реликтовые газы.

Классификация газов, растворенных в пластовых водах, по со­ставу была предложена М.И. Субботой (1961), а затем Л.М. Зорь­киным (1971). Эта классификация приведена в табл. 1.3. Авторы различных классификаций проводят границу углеводородных компонентов для определения класса и типа газа в преде­лах 75-100%. Разницы в химическом составе свободных и раст­воренных газов нет. По условиям нахождения газов в породе Е.В. Стадник выделяет три группы: рассеянные газы пород, газы подземных вод и газы залежей. Рассеянные делятся на газы за­крытых и открытых пор, среди которых различаются: 1) свобод­ные, 2) растворенные в воде, 3) сорбированные минеральной час­тью породы, 4) сорбированные органическим веществом, 5) меж­слоевых пространств минералов (Зорькин и др., 1985).

Природные газовые смеси осадочного чехла по соотношению компонентов, с учетом классификации Л.М. Зорькина (1973), предложено разделять следующим образом: азотные (более 50%), углеводородные (СН4+ВЫСШ более 50%), кислые (СО2 более 50%), водородные (Н2 более 50%) и смешанные, когда концентрация любого компонента не превышает 50% (Зорькин и др., 1985).

Природные газы, как свободные, так и присутствующие в растворенном состоянии в воде, часто представляют собой слож­ную смесь по составу и генезису, поскольку разные процессы приводят к образованию газов сходного состава.








Date: 2015-04-23; view: 451; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2017 year. (0.018 sec.) - Пожаловаться на публикацию