Как найти природный газ. Природный газ. Его свойства, добыча и химический состав
Природный газ
Природный газ -- смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.
Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии -- в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При стандартных условиях (101,325 кПа и 20°C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.
Сэр Гемфри Дэви (ученый-химик) еще в 1813 г. заключил из своих анализов, что рудничный газ есть смесь метана CH4 с небольшим количеством азота N2 и углекислого газа СО 2 -- то есть, что он качественно тождественен по составу с газом, выделяющимся из болот.
Основную часть природного газа составляет метан (CH4) -- от 92 до 98%. В состав природного газа могут также входить более тяжёлые углеводороды -- гомологи метана:
- · этан (C2H6),
- · пропан (C3H8),
- · бутан (C4H10).
А также другие неуглеводородные вещества:
- · водород (H2),
- · сероводород (H2S),
- · диоксид углерода (СО2),
- · азот (N2),
- · гелий (Не)
Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Для облегчения возможности определения утечки газа, в него в небольшом количестве добавляют одоранты -- вещества, имеющие резкий неприятный запах (гнилой капусты, прелого сена, тухлых яиц). Чаще всего в качестве одоранта применяется тиолы, например, этилмеркаптан (16г на 1000 куб.м. природного газа).
В осадочной оболочке земной коры сосредоточены огромные залежи природного газа. Согласно теории биогенного (органического) происхождения нефти, они образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке при бомльших температурах и давлениях, чем нефть. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.
Огромными запасами природного газа обладают Россия (Уренгойское месторождение), Иран, большинство стран Персидского залива, США, Канада. Из европейских стран стоит отметить Норвегию, Нидерланды. Среди бывших республик Советского Союза большими запасами газа владеют Туркмения, Азербайджан, Узбекистан, а также Казахстан (Карачаганакское месторождение)
Во второй половине XX века в университете им. И. М. Губкина были открыты природные газогидраты (или гидраты метана). Позже выяснилось, что запасы природного газа в данном состоянии огромны. Они располагаются как под землёй, так и на незначительном углублении под морским дном.
Метан и некоторые другие углеводороды широко распространены в космосе. Метан -- третий по распространённости газ вселенной, после водорода и гелия. В виде метанового льда он участвует в строении многих удалённых от солнца планет и астероидов, однако такие скопления, как правило, не относят к залежам природного газа, и они до сих пор не нашли практического применения. Значительное количество углеводородов присутствует в мантии Земли, однако они тоже не представляют интереса.
Применение природного газа
Природный газ широко применяется в качестве горючего в жилых, частных и многоквартирных домах для отопления, подогрева воды и приготовления пищи; как топливо для машин (газотопливная система автомобиля), котельных, ТЭЦ и др. Сейчас он используется в химической промышленности как исходное сырьё для получения различных органических веществ, например, пластмасс. В XIX веке природный газ использовался в первых светофорах и для освещения (применялись газовые лампы)
Человечество знает о существовании природного газа давно. По самым осторожным оценкам, природный газ использовался в Китае для отопления и освещения уже к IV веку до н.э. Для его получения бурили скважины, а трубопроводы делались из бамбука. Кроме того, долгое время яркое пламя, не оставляющее пепла, являлось предметом мистического и религиозного культа для некоторых народов. Например, на Апшеронском полуострове (современная территория Азербайджана) в VII веке был воздвигнут храм огнепоклонников Атешгях, служения в котором проходили вплоть до XIX века.
Само слово «газ» было придумано в начале XVII века фламандским естествоиспытателем Яном Баптистом ван Хельмонтом для обозначения полученного им «мертвого воздуха» (углекислого газа). Хельмонт писал: «Такой пар я назвал газ, потому что он почти не отличается от хаоса древних». Но в данном случае мы имеем дело с одной из форм существования вещества.
Относительно происхождения природного газа среди ученых до сих пор не существует единого мнения. Две основные концепции – биогенная и минеральная – утверждают разные причины образования углеводородных полезных ископаемых в недрах Земли.
- Минеральная теория . Образование полезных ископаемых в пластах горных пород – часть процесса дегазации Земли. Из-за внутренней динамики Земли углеводороды, находящиеся на больших глубинах, поднимаются в зону наименьшего давления, образуя в результате газовые залежи.
- Биогенная теория . Живые организмы, погибшие и опустившиеся на дно водоемов, разлагались в безвоздушном пространстве. Опускаясь все глубже из-за геологических движений, остатки разложившейся органики превратились под воздействием термобарических факторов (температуры и давления) в углеводородные полезные ископаемые, в том числе – в природный газ.
Относительно недавно группой ученых из Института проблем нефти и газа РАН под руководством доктора геолого-минералогических наук Азария Баренбаума была разработана новая концепция происхождения нефти и газа . Согласно этой теории, крупные залежи углеводородов могут возникать не за миллионы лет, как ранее считалось, а лишь за десятилетия.
Природный газ может существовать в виде газовых залежей, находящихся в пластах некоторых горных пород, в виде газовых шапок (над нефтью), а также в растворенном или кристаллическом виде. Также природный газ может находиться в виде газогидратов (гидраты природных газов – это газовые гидраты или клатраты – кристаллические соединения, образующиеся при определенных термобарических условиях из воды и газа).
Природный газ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива и сырья :
- стоимость добычи природного газа значительно ниже, чем других видов топлива; производительность труда при его добыче выше, чем при добыче нефти и угля;
- отсутствие в природных газах оксида углерода предотвращает возможность отравления людей при утечках газа;
- при газовом отоплении городов и населенных пунктов гораздо меньше загрязняется воздушный бассейн;
- при работе на природном газе обеспечивается возможность автоматизации процессов горения, достигаются высокие КПД;
- высокие температуры в процессе горения (более 2000°С) и удельная теплота сгорания позволяют эффективно применять природный газ в качестве энергетического и технологического топлива.
Газ - более молодое топливо чем нефть. Эпоха природного газа, по сути, началась с открытия в 1959 г. месторождения Гронинген в Нидерландах и последовавших за этим открытий газовых запасов Великобританией в южном бассейне Северного моря в середине 60-х гг.
По данным МЭА, с сначала 70-х гг. доля газа в мировом энергобалансе выросла с 16 до 21% в 2008 г. По данным ВР Statistical Review of World Energy, данная доля в 2008-2010 гг. в мировом потреблении энергии оказалась еще выше - около 24%. В прогнозном исследовании ВР по развитию Мировой энергетики до 2030 года говорится, что природный газ будет самым быстрорастущим видом топлива в ближайшие 25 лет. При этом эксперты Международного энергетического агентства считают, что доля газа в мировом энергобалансе к 2035 году увеличится с 21% до 25%, газ станет вторым после нефти энергоносителем, сместив на третье место уголь.
Химический состав
Химический состав природного газа достаточно прост. Основную часть этого вида газа составляет метан (CH4) – простейший углеводород (органическое соединение, состоящее из атомов углерода и водорода), его доля превышает 92%.
В зависимости от содержания метана выделяются две основные группы природного газа:
- Природный газ группы H (Н–газ, т.е. высококалорийный газ) в связи с высоким содержанием метана (от 87% до 99%) является самым высококачественным. Российский природный газ относится к группе Н и отличается высокой теплотворной способностью. Ввиду высокого содержания метана (~ 98%) он является самым высококачественным природным газом мира.
- Природный газ группы L (L–газ, т.е. низкокалорийный газ) – это природный газ с менее высоким содержанием метана – от 80% до 87%. Если требования по качеству не выполняются (11,1 кВт-ч/куб.м), то часто газ нельзя поставлять непосредственно конечному потребителю без дополнительной переработки.
Помимо метана в состав природного газа могут входить более тяжелые углеводороды, гомологи метана: этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10) и некоторые неуглеводородные примеси. В то же время важно, что состав природного газа не постоянен и меняется от месторождения к месторождению.
Физические свойства
Ориентировочные физические характеристики (зависят от состава):
- Плотность: от 0,7 до 1,0 кг/м3 (сухой газообразный, при нормальных условиях) либо 400 кг/м3 (жидкий).
- Температура возгорания: t = 650°C .
- Теплота сгорания одного м3 природного газа в газообразном состоянии при н.у.: 28-46 МДж, или 6,7-11,0 Мкал.
- Октановое число при использовании в двигателях внутреннего сгорания: 120-130.
- Легче воздуха в 1,8 раз, поэтому при утечке не собирается в низинах, а поднимается вверх.
Применение
Обладая такими преимуществами перед другими энергоносителями как, например, экономичность и экологичность, природный газ приобретает все большее значение в промышленности и бытовых хозяйствах.
Природный газ как ископаемый энергоноситель используется главным образом для отопления жилых и промышленных помещений, для приготовления пищи, выработки электроэнергии, а также в промышленно-производственном секторе для выработки тепловой энергии.
В небольшом объеме природный газ используется в качестве моторного топлива. В связи с ростом цен на бензин за последние годы и месяцы возросло количество частного транспорта, переоснащенного на газовые двигатели. Кроме того, осуществляется переоснащение грузовых автомобилей и автобусов для работы на природном газе. Наряду с фактором затрат важным аргументом в пользу природного газа является более низкий уровень выделения в атмосферу вредных веществ.
20 ведущих стран мира по доказанным запасам газа (по итогам 2010 г.)
| Страна | Запасы
(трлн куб. м) | Доля от общемировых (%) | |
| 1 | РФ | 44,76 | 23,9 |
| 2 | Иран | 29,61 | 15,8 |
| 3 | Катар | 25,32 | 13,5 |
| 4 | Туркменистан | 8,03 | 4,3 |
| 5 | Саудовская Аравия | 8,01 | 4,3 |
| 6 | США | 7,71 | 4,1 |
| 7 | ОАЭ | 6,43 | 3,4 |
| 8 | Венесуэла | 5,45 | 2,9 |
| 9 | Нигерия | 5,29 | 2,8 |
| 10 | Алжир | 4,50 | 2,4 |
| 11 | Ирак | 3,16 | 1,7 |
| 12 | Индонезия | 3,06 | 1,6 |
| 13 | Австралия | 2,92 | 1,6 |
| 14 | Китай | 2,80 | 1,5 |
| 15 | Малазия | 2,39 | 1,3 |
| 16 | Египет | 2,21 | 1,2 |
| 17 | Норвегия | 2,04 | 1,1 |
| 18 | Казахстан | 1,84 | 1 |
| 19 | Кувейт | 1,78 | 1 |
| 20 | Канада | 1,72 | 0,9 |
Источник
20 ведущих стран мира по потреблению газа (по итогам 2010 г.)
| Страна | Потребление (млрд куб.м) | Доля от общемирового (%) | |
| 1 | США | 683,4 | 21,7 |
| 2 | РФ | 414,1 | 13 |
| 3 | Иран | 136,9 | 4,3 |
| 4 | Китай | 109,0 | 3,4 |
| 5 | Япония | 94,5 | 3 |
| 6 | Великобритания | 93,8 | 3 |
| 7 | Канада | 93,8 | 3 |
| 8 | Саудовская Аравия | 83,9 | 2,6 |
| 9 | Германия | 81,3 | 2,6 |
| 10 | Италия | 76,1 | 2,4 |
| 11 | Мексика | 68,9 | 2,2 |
| 12 | Индия | 61,9 | 1,9 |
| 13 | ОАЭ | 60,5 | 1,9 |
| 14 | Украина | 52,1 | 1,6 |
| 15 | Франция | 46,9 | 1,5 |
| 16 | Узбекистан | 45,5 | 1,4 |
| 17 | Египет | 45,1 | 1,4 |
| 18 | Таиланд | 45,1 | 1,4 |
| 19 | Нидерланды | 43,6 | 1,4 |
| 20 | Аргентина | 43,3 | 1,4 |
Источник : BP Statistical Review of World Energy 2011
20 ведущих стран мира по добыче газа (по итогам 2010 г.)
| Страна | Добыча
(млрд куб.м) | Доля от общемирового (%) | |
| 1 | США | 611 | 19,3 |
| 2 | Россия | 588,9 | 18,4 |
| 3 | Канада | 159,8 | 5 |
| 4 | Иран | 138,5 | 4,3 |
| 5 | Катар | 116,7 | 3,6 |
| 6 | Норвегия | 106,4 | 3,3 |
| 7 | Китай | 96,8 | 3 |
| 8 | Саудовская Аравия | 83,9 | 2,6 |
| 9 | Индонезия | 82 | 2,6 |
| 10 | Алжир | 80,4 | 2,5 |
| 11 | Нидерланды | 70,5 | 2,2 |
| 12 | Малайзия | 66,5 | 2,1 |
| 13 | Египет | 61,3 | 1,9 |
| 14 | Узбекистан | 59,1 | 1,8 |
| 15 | Великобритания | 57,1 | 1,8 |
| 16 | Мексика | 55,3 | 1,7 |
| 17 | ОАЭ | 51 | 1,6 |
| 18 | Индия | 50,9 | 1,6 |
| 19 | Австралия | 50,4 | 1,6 |
| 20 | Тринидад и Тобаго | 42,4 | 1,3 |
Источник : BP Statistical Review of World Energy 2011
Природный газ - газообразные углеводороды, образующиеся в недрах земли. Его относят к полезным ископаемым, а составляющие используются в качестве топлива.
Свойства и состав природного газа
Природный газ горюч и взрывоопасен в соотношении примерно с 10% объемом воздуха. Он легче воздуха в 1,8 раз, бесцветен и не имеет запаха, эти свойства обусловлены высоким содержанием газообразных алканов (СН4 - С4Н10). В составе природного газа преобладает метан (СH4), он занимает от 70 до 98%, остальной объем заполнен его гомологами, углекислым газом, сероводородом, меркаптанами, ртутью и инертными газами.
Классификация природных газов
Существует всего 3 группы:
- Первая из них - почти исключающие содержание углеводородов с более чем двумя углеродными соединениями, так называемые сухие газы, получаемые исключительно в месторождениях, предназначенных только для добычи газов.
- Вторая - газы, добываемые одновременно с первичным сырьем. Это сухой, сжиженный газы и газовый бензин, смешанные между собой.
- К третьей группе относятся газы, состоящие из сухого газа и значительного объема тяжелых углеводородов, из коих выделяют бензиновые, лигроиновые и керосиновые. К тому же в составе присутствует незначительное количество других веществ. Добываются эти вещества из газоконденсатных месторождений.
Свойства составляющих веществ
Четыре первых члена гомологического ряда при обычных условиях - горючие газы, не обладающие цветом и запахом, взрывоопасны и горючи:
Метан
Первое вещество ряда алканов наиболее устойчиво к температурам. Оно малорастворимо в воде и легче воздуха. Горение метана в воздухе знаменуется появлением голубого пламени. Самый мощный взрыв происходит, при смешивании одного объема метана с десятью объемами воздуха. При других объемных соотношениях тоже происходит взрыв, но меньшей силы. Помимо этого, человеку может быть нанесен непоправимый вред при вдыхании газа высокой концентрации.
Метан может находиться в твердом агрегатном состоянии в виде газовых гидратов.
Применение:
Его используют в качестве промышленного топлива и сырья. Метан применяют для получения ряда важных продуктов - водорода, фреонов, муравьиной кислоты, нитрометана и многих других веществ. С помощью для производства метилхлорида и его гомологичных соединений, метан подвергают хлорированию. При незаконченном сгорании метана получается мелкодисперсный углерод:
CH4 + O2 = C + 2H2O
Формальдегид появляется посредством протекания реакции окисления, а при реакции с серой - сероуглерод.
Разлом углеродных связей метана под воздействием температур и тока реализует получение ацетилена, используемого в промышленности. Синильная кислота производится посредством окисления метана с аммиаком. Метан - производное водорода в генерации аммиака, а также получения синтез-газа происходит с его участием:
CH4 + H2O -> CO+ 3H2
Используемого для связки углеводородов, спиртов, альдегидов и других веществ. Метан активно используют в качестве горючего для транспортных средств.
Этан
Углеводород предельного ряда С2Н6 - это бесцветное вещество в газообразном состоянии, слабо освещающее при горении. Растворяется в спирте в отношении 3:2, как говорится, «подобное в подобном», но почти нерастворим в воде. При температуре свыше 600° С, в отсутствие ускорителя реакции этан разлагается на этилен и водород:
CH4 + H2O -> CO+ 3H2
Этан не используют топливной промышленности, основная цель его использования в промышленности - получение этилена.
Пропан
Этот газ плохо растворяется водой и является широко используемым видом топлива. Он производит много тепла при сгорании, практичен в использовании. Пропан - побочный продукт процесса kracking в нефтепромышленности.
Бутан
Имеет малую токсичность,специфический запах, обладает одурманивающими свойствами, вдыхание бутана вызывает асфиксию и сердечную аритмию, негативно влияет на нервную систему. Появляется при крекинге попутного нефтяного газа.
Применение:
Неоспоримыми достоинствами пропана являются низкая стоимость простота транспортировки. Пропан-бутановую смесь используют в качестве топлива в населенных пунктах, где не подведен природный газ, при обработке легкоплавких материалов с небольшой толщиной, вместо ацетилена. Пропан зачастую применим при заготовке сырья и переработке металлолома. В быту сферой необходимости является отопление помещений и приготовление пищи на газовых плитах.
Помимо предельных алканов в состав природного газа входят:
Азот
Азот состоит из двух изотопов 14A и 15A, используется для поддержания давления в скважинах при бурении. Для получения азота сжижают воздух и разделяют его разгонкой, этот элемент составляет 78% состава воздуха. В основном его используют для производства аммиака, из которого получают азотную кислоту, удобрения и взрывчатые вещества.
Диоксид углерода
Соединение, переходящее при атмосферном давлении из твердого (сухой лед) в газообразное состояние. Оно выделяется при дыхании живых существ, также содержится в минеральных источниках и воздухе. Диоксид углерода является пищевой добавкой, используется в баллонах огнетушителей и пневматическом оружии.
Сероводород
Очень токсичный газ - самый активный из серосодержащих соединений, а потому очень опасен для человека прямым воздействием на нервную систему. Бесцветный газ в нормальных условиях, характеризующийся сладковатым вкусом и отвратительным запахом протухших яиц. Хорошо растворим в этаноле, в отличие от воды. Из него получают серу, серную кислоту и сульфиты.
Гелий
Это уникальный продукт, медленно накапливающийся в коре Земли.Его получают методом глубокой заморозки содержащих гелий газов. В газообразном состоянии - инертный газ, не обладающий внешним выражением. Гелий в жидком состоянии, также не имеющая ни запаха, ни цвета, но может поражать живые тканей. Гелий не токсичный, не может взорваться или воспламениться, однако при высоких концентрациях в воздухе вызывает удушье. Его используют при работе с металлами и в качестве наполнителя воздушных шаров и дирижаблей.
Аргон
Благородный негорючий, не ядовитый, не имеющий вкусовых и цветовых качеств. Добывается как эскортный разделению воздуха на кислород и азот газ. Используется для вытеснения воды и кислорода, с целью продлить срок хранения продуктов питания, его также используют при сварке металлов и резке.
Природный газ — это полезное ископаемое, которое залегает в недрах Земли в газообразном состоянии. Он может представлять либо отдельные скопления (газовые залежи), либо газовую шапку нефтегазовых месторождений. Природный газ и его компоненты широко используются в народном хозяйстве.
Состав природного газа
Природный газ на 98% состоит из метана СН4, свойства которого почти полностью определяют свойства и характеристики природного газа. Также в его составе присутствуют гомологи метана – пропан С3Н8, этан C2H6 и бутан С4Н10. Иногда природный газ может содержать сероводород, гелий и углекислый газ.
Метан (CH4) – газ без цвета и запаха, легче воздуха. Метан горюч, но достаточно легко хранится. Чаще всего используется как горючее в промышленности и быту.
Этан (C2H6) – газ, не обладающий цветом и запахом, слегка тяжелее воздуха. Горюч не менее, чем метан, но как топливо не применяется. Используется в основном для получения этилена, который является самым востребованным органическим веществом во всём мире. Это сырьё для производства полиэтилена.
Пропан (C3H8) – тоже газ, не имеющий запаха и цвета, ядовит. Обладает полезным свойством: при небольшом давлении пропан сжижается, что значительно облегчает процесс отделения от примесей и его транспортировку. Сжиженным пропаном заправляются зажигалки.
Бутан (C4H10) – очень схож по своим свойствам с пропаном, но обладает более высокой плотностью. Тяжелее воздуха в два раза. Пропан и бутан сегодня широко используются в качестве альтернативного топлива для автомобилей.
Углекислый газ (CO2) – малотоксичный бесцветный газ, не имеющий запаха, но обладающий кислым привкусом. В отличие от других компонентов состава природного газа (кроме гелия), углекислый газ не горюч.
Гелий (He) – инертный бесцветный газ, второй по лёгкости (после водорода), не имеет запаха. При нормальных условиях не вступает в реакцию ни с одним из веществ. Не горюч и не токсичен, но может вызывать наркоз при повышенном давлении. Лёгкость и не токсичность (в отличие от водорода) гелия нашли своё применение. Гелием заполняют дирижабли, аэростаты и воздушные шары.
Сероводород (H2S) – иногда может входить в состав природного газа. Это тяжелый бесцветный газ с резким запахом тухлых яиц. Крайне ядовит, даже небольшая концентрации может вызывать паралич обонятельного нерва. Несмотря на свою токсичность, сероводород используется в малых дозах для сероводородных ванн, так как обладает хорошими антисептическими свойствами.
Природный газ — лучший тип топлива
Природный газ – это важный источник энергии, позволяющий уменьшить загрязнения и способствующий поддержанию нормальной экологической обстановки. По сравнению с остальными источниками энергии, обладает рядом преимуществ:
- сгорая, выделяет только углекислый газ и водный пар, это смесь, которой мы обычно дышим на улице;
- при сгорании не выделяет копоти и дыма;
- быстро разжигается и процесс его горения легко контролировать;
- почти не содержит твёрдых примесей и других вредных компонентов;
- относительная дешевизна, благодаря более лёгкому способу добычи и транспортировки.
По своим энергетическим свойствам природный газ уступает лишь нефти, которая выделяет при сгорании больше энергии. Но в отличии от нефти, которую сначала нужно переработать, природный газ практически не требует предварительной обработки.
Нефть, природный газ и их производные — горючие полезные ископаемые — приурочены к бассейнам, сложенным толщами осадочных и вулканогенно-осадочных пород с разнообразными составом и структурой.
Нефтегазоносные комплексы, являющиеся составными частями бассейнов, представляют собой природные (материальные) системы, в которых возможна аккумуляция углеводородов, а иногда и их генерация. Основные элементы комплексов — породы-коллекторы, слагающие природные резервуары, породы-флюидоупоры, нефтегазоматеринские породы.
Коллекторы нефти и газа — это горные породы, обладающие способностью вмещать подвижные вещества (воду, нефть, газ) и отдавать их в процессе эксплуатации.
На схеме 1 предложена общая характеристика типов изучаемых пород-коллекторов.
Для образования залежей необходимым условием служит наличие слабо проницаемых пород — флюпдоупоров. которые препятствуют миграции нефти и газа, что способствует накоплению и сохранению углеводородов, поступающих в коллектор. Флюидоупоры. которые перекрывают залежь, называют покрышками.
Важнейшим свойством флюидоупоров является их экранирующая способность, которая зависит от ряда факторов — мощности и выдержанности. минерального состава. структурно-текстурных и тектонических особенностей и др.
Лучшими покрышками, вследствие их повышенной пластичности (до определенных пределов температуры и давления), считают соленосные и глинистые толщи, последние наиболее распространены. Помимо них экранирующей способностью могут обладать другие разновидности осадочных и даже магматических пород, имеющие большую плотность (прочность пород) — сцементированные песчаники, пласты карбонатных пород, глинистые сланцы, аргиллиты.
В зависимости от минерального состава глин, их мощности, возраста изолирующая способность будет различна. Большое влияние на характер экранирующих свойств глинистых пород оказывает наличие в них примесей, а также воды и органических веществ. Эффективность глинистых флюидоупоров сохраняется в определенном интервале глубин, давлений и температур, механических свойств.
В таблице 1 показана зависимость экранирующей способности глин от параметров, характеризующих фильтрующие свойства пород — изменения структуры порового пространства, проницаемости и давления прорыва газа.|
Существуют попытки создания общей классификации покрышек, которая сводится к разделению их по вещественному составу (глинистые, хемогенные и др.) и по широте распространения (региональные, общебассейновые, зональные, локальные). Наиболее крупные залежи нефти и газа обычно располагаются ниже региональных покрышек, которые надежно преграждают путь флюидам. Именно покрышки часто определяют масштабность скоплений и устойчивость существования залежей.
Под природным резервуаром понимают естественное вместилище нефти, газа и воды определенной формы, во всем объеме которого происходит циркуляция флюидов. Исходя из того, что форма природного резервуара определяется соотношением пород-коллекторов с вмещающими их флюидоупорами. то были выделены три крупных группы: пластовые, массивные и литологически ограниченные природные резервуары.
В таблице 2 приведена краткая характеристика основных типов природных резервуаров.
Основное условие, необходимое для образования залежи нефти и газа — наличие ловушки. где происходит улавливание углеводородов, мигрирующих (перемещающихся в земной коре) в природных резервуарах.
Ловушка — это часть природного резервуара, в которой в результате экранирования флюидов начинается формирование их скопления, а также при отсутствии движения нефти, газа и воды устанавливается их относительное равновесие согласно закону гравитации.
Под воздействием гравитационного фактора подвижные вещества распределяются в ловушке по их плотностям, т.е. нефть и газ всплывают в воде. Распределение флюидов в ловушке выглядит следующим образом — газ сосредотачивается в кровельной части природного резервуара, непосредственно под флюидоупором, ниже поровое пространство заполняется нефтью, вода занимает самое нижнее положение. Ловушка чаще всего представляет собой участок резервуара с застойными условиями, даже если в остальной части резервуара вода находится в движении. При движении воды наблюдается нактонный водонефтяной раздел, иногда вся нефть может быть вытеснена из ловушки водой.
В зависимости от причин, обуславливающих возникновение ловушек, выделяют следующие наиболее широко распространенные типы: структурный, стратиграфический и литологический. Последние два типа называют неструктурными ловушками.
Большинство пород-коллекторов имеют вид пластов или слоев, которые на сколько-нибудь значительных расстояниях отклоняются от горизонтального положения. Образование ловушки вследствие изменения направления наклона пластов пород обычно обусловлено движениями земной породы: такие ловушки относятся к структурному типу. Углеводороды, мигрируя в коллекторах по восстанию слоев или перпендикулярно к их напластованию по тектоническим нарушениям, попадают в ловушки — своды антиклинальных структур, где и формируются промышленные скопления нефти и газа. Скопления нефти и газа в антиклиналях происходит за счет улавливания движущихся вверх капелек жидкости и пузырьков газа аркой смятых в складку пластов. Одним из специфических видов антиклиналей являются соляные купола. Они частично прорывают слои осадочных пород, а залегающие над ними пласты изгибаются в виде антиклиналей или купола. Помимо антиклиналей и соляных куполов разновидностью структурных ловушек являются тектонически ограниченные (экранированные) ловушки. Ловушка этого типа образуется за счет того, что при сдвиге (взаимном перемещении пластов) проницаемые пласты вверх по восстанию в зоне разлома экранируются непроницаемым глинистым барьером, который эффективно преграждает движение нефти вверх наклонно залегающего пласта. Изменения проницаемости ведут к образованию стратиграфических ловушек.
При замещении пластов-коллекторов непроницаемыми породами возникает стратиграфическая ловушка. Причинами, по которым может измениться проницаемость и пористость пласта, служат изменения условий осадконакопления по площади, а также растворяющее действие пластовых вод. Известно, что стратиграфические ловушки образуются при срезании, эрозии серии наклонно залегающих пластов, в том числе пористых и проницаемых, и последующем их перекрытии плохо проницаемыми породами-покрышками.
Литологические ловушки формируются в связи с литологической изменчивостью пород-коллекторов, выклиниванием песков и песчаников по восстанию слоев, изменением пористости и проницаемости коллекторов, трещиноватостью пород и др.
Залежь — скопление нефти и газа в ловушке, все части которого гидродинамически связаны.
Залежи образуются обычно в таких местах, где высокопористые пески отлагались вслед за осаждением обогащенных органическим веществом илов. Флюиды в залежи обычно находятся под давлением, примерно соответствующим гидростатическому, т.е. равным давлению столба воды высотой от поверхности земли до кровли залежи (10 кПа/м). Таким образом, первоначальное давление нефти на глубине, например, 1500 м может составлять 15 ООО кПа. В случае появления коллекторских свойств пород одновременно с нефтеобразованием происходит возникновение ловушек вместе с залежью.
Форма и размер залежи в значительной степени определяются формой и размером ловушки. Основным параметром залежи являются ее запасы. Различают геологические и извлекаемые запасы. Под геологическими запасами нефти и газа понимают количество этих , находящихся в залежи.
Необходимым условием возникновения залежи является наличие замкнутого субгоризонтального контура (граница ловушки). Замкнутый контур рассматривается как линия, ограничивающая в плане максимальную возможную площадь залежи. Замкнутый контур представляет собой границу, ниже которой углеводороды не могут удержаться. Залежь нефти и (или) газа может распространяться во всем объеме резервуара внутри замкнутого контура или занимать часть его.
Залежи в основном подстилаются подошвенной водой. Если в них присутствуют нефть и газ. то залежи разделяются на газовые и нефтяные. Выделяются следующие границы раздела: водонефтяной контакт (ВНК), газонефтяной контакт (ГНК), газоводяной контакт (ГВК). Скопление свободного газа над нефтью в залежи называется газовой шапкой. Газовая шапка в пласте может присутствовать только в том случае, если давление в залежи равно давлению насыщения нефти газом при данной температуре. Если пластовое давление выше давления насыщения, то весь газ растворится в нефти.
На рисунке 1 показаны примеры изображения газонефтяной залежи на карте и геологическом разрезе.
Залежи нефти и газа типизируются и классифицируются по разным признакам.
По составу флюидов: чисто нефтяные, нефтяные с газовой шапкой, нефтегазовые, газовые с нефтяной оторочкой. газоконденсатные, газоконденсатно — нефтяные, чисто газовые и др.
Соотношения нефти, газа и воды в залежах приведены в таблице 3. В зависимости от объема нефти и газа, характера насыщения пластаколлектора. географического положения, глубины необходимого для добычи флюидов бурения и других показателей, по которым оценивается рентабельность разработки, залежи подразделяются на промышленные и непромышленные.
Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях:
