Тяжелые нефти и природные битумы
Тяжелые нефти (0,88 – 0,92 г/см3) и очень тяжелые нефти (более 0,92 г/см3) своим высоким удельным весом обязаны повышенной концентрации смолисто-асфальтеновых компонентов, преобладанию в структуре УВ циклических структур и низкому содержанию легко кипящих фракций.
ЕСТЕСТВЕННЫЙ РЯД НАФТИДОВ:
НЕФТИ – МАЛЬТЫ –АСФАЛЬТЫ – АСФАЛЬТИТЫ - КЕРИТЫ – АНТРАКСОЛИТЫ
Термином «природные» битумы – подчеркивается естественное происхождение битумов и противопоставляется всем веществам, получаемым при переработке нефти, угля, горючих сланцев: асфальтам, мазутам, смолам, дегтю, пеку, гудрону и им подобным, то есть так называемым «технобитумам».
БИТУМ(ы) –природные миграционные образования, охватывающие собственно нефти и их естественные производные вплоть до газов и газоконденсатов, а также их пиро- и тектогенетические аналоги(О.А.Радченко, В.А.Успенский (1979)
НАФТИДЫ –битумы нефтяного ряда (нефти и их естественныепроизводные) (В.Н.Муратов, 1954).
НАФТОИДЫ –нефтеподобные (Н.А.Орлов, В.А.Успенский (1936).
Главное – миграционная, вторичная суть БИТУМОВ! БИТУМЫ – ВТОРИЧНЫ!
БИТУМОИДЫ –(битумоподобные) –вещества, извлекаемые органическими растворителями из пород и горючих полезных ископаемых типа углей и горючих сланцев (Н.Б.Вассоевич, 1958).
БИТУМ- термин применяется в трех принципиально разных понятиях.
1. Понятие генетическое, включающее каустобиолиты нефтяного и нафтоидного рядов. Обязательной чертой битумов является эпигенетичность по отношению к вмещающей породе (т.е. миграционная природа скопления); растворимость не принадлежит к обязательным признакам.
2. Понятие аналитическое, охватывающее сумму природных органических веществ, извлекаемых из породы или современных осадков принятыми в битуминологической практике растворителями (хлороформом, бензолом и др.). Обязательным признаком является растворимость; генетическое отношение к породе может быть различным.
3. Понятие техническое, включающее природные асфальты, продукты переработки нефти, дегти, пеки и другие, используемые в качестве технического сырья. Определяющим признаком являются только технические свойства независимо от происхождения битума.
| битуминозные вещества | ||
| генетическое понятие | аналитическое понятие | техническое понятие |
| БИТУМ | БИТУМОИД | ТЕХНОБИТУМ |
Под термином «БИТУМ» следует понимать нефть и всю совокупность родственных ей веществ, от газообразных (нефтяные газы) до твердых (вплоть до высших антраксолитов); другими словами, все нафтиды, нафтоидо-нафтиды и собственно нафтоиды.
НАФТАБИТУМЫ – природные битумы, нацело растворимы в органических растворителях типа хлороформа. По классификации, принятой в СССР, охватывают нефти, мальты, асфальты, асфальтиты и озокериты.
| НАФТИДО-НАФТОИДЫ | НАФТИДЫ | НАФТОИДЫ |
| Продукты пироли-за некоторых на-фтидов (нефтей, мальт, асфальтов, асфальтитов) в ус-ловиях контакто-вого метаморфиз-ма и воздействия гидротерм. К ним относятся кериты, антраксолиты, нефтяные коксы и гатчетиты. | Термин, объеди-няющий углево-дородные газы, конденсаты, неф-ти и их естествен-ные производные (мальты, асфаль-ты, асфальтиты, озокериты и пр.) | Особая генетическая ветвь природных би-тумов (от мальт до высших антраксоли-тов), не связанных по происхождению с нефтью и представляющих собой продук-ты местного воздействия на концентриро-ванное ОВ высоких температур или текто-нических напряжений в условиях контак-тового метаморфизма и динамометамор-физма. Подразделяются на: |
| пиронафтоиды – про-дукты локальных вы-сокотемпературных воздействий интрузий и гидротерм на обога-щенные ОВ породы. | тектонафтоиды – продукты, образо-вавшиеся в резуль-тате выжимания битуминозных ве-ществ из пород при интенсивном давлении. |
Природные горючие газы
Природные газы представляют собой, как правило, смесь различных газов. К наиболее распространенным в природе газам относятся метан, азот и углекислый газ. Эти газы, образующиеся при разнородных биохимических и химических процессах, встречаются в том или ином количестве в составе всех природных газов и нередко в виде значительных скоплений. Другие газы играют подчиненную роль, занимают лишь небольшой объем и редко образуют скопления. К числу последних
Относятся водород и сероводород, а также углеводородные газы – этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), отмечаются следы С5 – С8, а также другие газы, сопутствующие метану (СН4 ).
Типы природных газов
| Природная система | Дегазация или сепарация | |
| самопроизвольная (спонтанная) | принудительная | |
| Подземный газ (пластовый) | Свободный газ | Газ дегазации и дебутани- зации сырого конденсата |
| Пластовая нефть | Нефтяной газ | Газ глубокой стабилизации нефти |
| Природная вода | Водорастворенный спонтанный газ | Водорастворенный газ |
| Природные газогидраты | Газогидратный газ | Водорастворенный газ газогидратной воды |
| Горная порода | Природные газы открытого трещинно-порового пространства | Газы закрытых пор, окклюдированный, сорбированный и др. |
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. Высокое энергосодержание, способность к химическим превращениям, низкое загрязнение биосферы обусловливают использование углеводородных газов в качестве наиболее удобного топлива и ценного химического сырья.
Главным компонентом природных горючих газов является метан.
Природный газ считается сухим, если он состоит главным образом из метана (85 – 95%), с низкими содержанием этана (10 – 5% и менее), практическим отсутствием пропана и бутана, с содержанием менее 10 см3/м3 способных конденсироваться жидкостей. Газ тощий – пластовый газ метанового состава с низким содержанием этана, пропана и бутана; количество конденсата - 10-30см3/м3. Газ жирный – пластовый газ с содержанием конденсата от 30 до 90 см3/м3.
В геохимии широко используется показатель «коэффициент сухости» (СН4/С2+высш).
Природные газы бесцветные, 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 С1 – С4. 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.
Химический состав природных газов неоднороден и зависит от условий их образования и нахождения в осадочной толще. Согласно классификации В.А.Соколова (1956-1967 г.г.), природные газы могут быть подразделены на газы: атмосферы, земной поверхности, осадочной толщи и изверженных пород.
Каждый из этих типов газов имеет свои специфические особенности и может находиться в свободном, сорбированном и растворенном состоянии.
Свободные газы содержатся в порах горных пород и встречаются как в рассеянном виде, так и в виде скоплений. Рассеянные газы повсеместно пронизывают горные породы и содержатся в замкнутых и сообщающихся порах. Более или менее значительные концентрации газов возможны лишь в сообщающихся порах, в зонах повышенной кавернозности и трещиноватости и при определенных условиях приводят к формированию скоплений газов, имеющих промышленное значение.
Сорбированный газ удерживается на поверхности частиц породы (адсорбция) либо пронизывает всю массу плотных участков каждой частицы и минерала (абсорбция), нередко вступая при этом в химическое взаимодействие с последним (хемосорбция).
Растворенные газы – газы жидких растворов; включают газы, повсеместно распространенные в водных растворах и нефтях, пропитывающие горные породы и выделяющиеся из недр земной коры в виде минеральных и термальных источников.
Отличительной особенностью атмосферных газов является наличие свободного кислорода. Главными компонентами атмосферного газа являются азот, на долю которого приходится 78.09%, кислород, составляющий 20,95%, аргон – 0.93% и двуокись углерода – 0,03%, а также присутствуют неон (0,0018%), гелий (0,00052%), криптон (0,0001%), водород (0,00005%).
На земной поверхности процессы газообразования интенсивно протекают в условиях заболоченных площадей и в илистых отложениях на дне различных водоемов в результате анаэробного микробиального разложения органических остатков. Характерными компонентами этих газов являются метан, углекислый газ, сероводород. Нередко в них содержится и значительное количество азота, на долю которого приходится до 90% всех газов. В составе газов, образующихся в почвенных слоях, в результате процессов разложения органических остатков при свободном доступе кислорода обнаружены углекислый газ, метан, закись азота, окись углерода, водород, аммиак.
Среди природных газов осадочной толщи, образующих промышленные скопления, следует выделять: сухие газы, попутные нефтяные газы, газы конденсатных месторождений, газы каменноугольных месторождений.
Попутные газы
Попутные нефтяные газы представляют собой смесь предельных УВ состава Сn Н2n+2, в которой кроме метана содержатся значительные количеств ТУВ: этан, пропан, изо-бутан, н-бутан. Наряду с этими УВ в них содержатся пары более ТУВ: н-пентана, изо-пентана, н-гексана, изо-гексана и другие. Суммарное содержание ТУВ в попутном газе достигает более 10 - 50%. В различных количествах в нем присутствуют углекислый газ, азот, сероводород, водород, гелий аргон и другие.
Газы газоконденсатных месторождений содержат ТУВ (свыше 10%); наличие тяжелых газообразных УВ является отличительной особенностью газов нефтяных и газоконденсатных месторождений.
Газы каменноугольных месторождений обычно содержат много метана и в различной степени обогащены углекислым газом и азотом. Содержание двух последних компонентов в смеси газов обусловлено газообменом с атмосферой и увеличивается по мере приближения к поверхности земли. ТУВ, как правило, отсутствуют в газах угольных месторождений.
Природные горючие газы либо находятся в виде самостоятельных залежей в угольных, чисто газовых и нефтяных месторождениях, либо образуют так называемую газовую шапку над нефтяной залежью, либо содержатся в растворенном состоянии в нефти (попутные газы).
Основной характеристикой УВ – состава газов является количественное соотношение метана и ТУВ – показатель «сухости» газа обратная величина, характеризующая жирность газа (Черепенникова, 1955).
В настоящее время установлено, что гелий, содержащийся в природных горючих газах, образуется за счет радиоактивного распада урана и тория в породах различного состава. Принимая, что аргон преимущественно космического происхождения, по соотношению гелия и аргона устанавливается относительный возраст газа (Савченко, 1935).
Воздушный азот и азот, образующийся в процессе биохимического преобразования ОВ, составляют азот природных газов. Учитывая постоянство аргоново-азотного соотношения в воздушном газе, по соотношению аргона и азота в составе смеси природных газов к их отношению в воздухе устанавливается доля биогенного азота в природном газе (Савченко, 1935).
Физические свойства газов
Основные физические свойства газов: растворимость (коэффициент растворимости УВ –газов в нефтях колеблется от 0,25 до 2). Количество газа, растворенного в 1 т пластовой нефти, называется растворимостью газа в нефти или газосодержанием, а количество добытого газа, приходящегося на 1 т добытой нефти, называется газовым фактором. Сорбция, фильтрация, вязкость, диффузия и другие.
Решающую роль во всех процессах играют температура и давление, определяющие состав и состояние газовой смеси на поверхности и на различных глубинах в недрах земной коры. Увеличение температуры и давления может привести к полному растворению газов в нефти (и водах), то есть к образованию однофазной жидкой системы (с растворенным газом). Одновременно увеличение температуры и давления способствует растворению жидкой фазы в газе, и при достаточном количестве газов в условиях критических температур и давлений возможен переход смеси жидких и газообразных УВ в однофазное газовое состояние – газоконденсатное. Соответственно, в процессе миграции по мере снижения давления и температуры, происходит дифференциация состава нефтей и газов.
Конденсат
КОНДЕНСАТ– жидкий продукт сепарации подземных газов. Конденсат пластовых газов представлен в основном жидкими в нормальных условиях УВ. В высокотемпературных газовых струях зон активного вулканизма в составе конденсата преобладает вода. В промысловой практике имеют дело с конденсатом УВ состава. В него обычно входят преимущественно пентан и ТУВ алканового, цикланового и аренового состава. Плотность конденсата, как правило, не превышает 0.785 г/см3, хотя известны разности с плотностью до 0.820 г/см3. Конец кипения от 200 до 350 0С. Различают конденсат сырой (полученный при сепарации) и стабильный( полученный путем глубокой дегазации сырого конденсата) Сырой конденсат содержит много газовых компонентов, особенно бутана. Стабильный конденсат практически содержит пентан и более тяжелые УВ. Количество конденсата в пластовых газах выражается либо отношением его объема к объему сепарированного газа (см3/м3), либо величиной газового фактора. Количество конденсата, отнесенное к 1 м3 сепарированного (свободного) газа, достигает 700 см3.