14,15.Природные газы

Газы, находящиеся в земной коре в различных формах и скоплениях, называются

природными (ПГ). Их можно рассматривать как углеводородные растворы.

Природные газы — это УВ-ные растворы, имеющие газообразное в нормальных (атмосферных) условиях состояние, выделенные из состава более сложных природных систем.

Распространение и нахождение в разных видах в земной коре можно назвать «морфологическими» типами.

Свободные: свободные в атмосфере, газовые струи, грязевые вулканы, газовые залежи, газовые шапки газонефтяных залежей и газы, рассеянные в порах горных пород.Растворенные: в нефти, грунтовых и пластовых водах. Твердые растворы — газогидраты, кристаллогидраты. Газовые растворы - газоконденсаты Сорбированные минеральными компонентами (ОВ углей, глинистые и др. минералы). Окклюдированные - в газовых включениях в минералах,

Состав природного газа (ПГ).Обычными компонентами ПГ, содержащиеся в газовых и нефтегазовых залежах, а также в рассеянном состоянии в осадочных горных породах, являются газообразные УВ, CО2 и N2, как правило, один из компонентов преобладает. В качестве примесей встречаются О2, Н2S, H2, CO, He, Ar и другие инертные газы.Из них: к горючим газам относятся: предельные УВ - метан (СН4), этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан и изобутан (С4Н10), неопентан (С5Н12) и непредельные - этилен (С2Н4), пропилен (С3Н6), бутилен и изобутилен (С4Н8), а также H2, Н2S и CO («угарный газ»).к негорючим газам - N2, О2, CО2 и все инертные газы. Свойства газов. Основными физическими свойствами газов является плотность, температуры кипения и плавления, критическая температура и растворимость в воде.

Пользуются относительной плотностью газа по отношению к плотности воздуха при 20°С и нормальном давлении. ρ = (М.м/22,4) / 1,293 = М.м/ 28,97. Критическая температура (Ткр), температура, выше которой газ при повышении давления не может быть превращен в жидкость. В природных условиях осадочной толщи в жидком состоянии не могут находиться метан, водород, кислород, азот

Основные физические свойства газов: С3Н8, С4Н10, Н2S и CО2 при повышенных давлениях легко переходят в жидкое состояние, с чем связано образование газоконденсатов. При повышении температуры растворимость газов в воде уменьшается, при повышении давления – увеличивается. Растворимость газов в нефти более высокая, чем в воде («подобное растворяется в подобном»).Она зависит от свойств нефти. В тяжелых вязких нефтях ПГ растворяется хуже, чем в легких.

Морфологические» типы. СВОБОДНЫЕ ГАЗЫ

К свободным относятся газовые струи, газовые залежи, газовые шапки газонефтяных залежей и газы, рассеянные в порах горных пород.Газовые струи - это выделения газа по тектоническим трещинам и зонам трещиноватости. По составу газы могут быть с преобладающим содержанием либо CO2, либо СН4, либо N2.

К газовым струям можно отнести также выделение газа в грязевых вулканах .В них преобладает СН4 (до 99%), содержание «тяжелых» газообразных УВ (С2+) составляет десятые доли процента, иногда отмечаются непредельные УВ.

Состав газов газовых и нефтегазовых залежей

Основными компонентами природных газов газовых и нефтегазовых залежей, а также рассеянных в осадочных горных породах газов, являются газообразные УВ (преобладают), углекислый газ и азот, а также пары легких жидких УВ С5-С7 (92-98%).

Количество Н2S редко превышает 2-5%, чаще - это 0,01 %, но есть залежи, где его более 20% - месторождения Лак (Франция), Астраханское.Значительная примесь Не встречается редко чаще сотые и тысячные доли % .

Иногда имеется примесь аргона, содержание которого определяется долями процента.

Для воздуха соотношение Ar/N2 = 0,0118, величина постоянная.

ПГ, содержащий до 85% СН4, с низким содержанием С2Н6 (до 3%), практическим отсутствием С3Н8 и С4Н10, с содержанием менее 10 см3/м3 способных конденсироваться жидких УВ, называется сухим.

Газ с повышенным содержанием этих гомологов – жирным.

Более дробное разделение природных газов по содержанию С 2+: сухие – 0 – 5%; полужирные – 6 – 15%; жирные – 11 – 25%; высокожирные – более 25%.

Используется коэффициент «сухости» газа» - СН4/ Σ С2+. Классификация природных газов по соотношению гомологов метана: этановые газы – содержание этана 3-6%, при сумме «тяжелых» УВ (С2+) до 10%; этан-пропановые газы – содержание гомологов метана 10-30%, в том числе 6-9% этана; пропан-бутановые газы – содержание (С2+) более 30%, в том числе этана более 9%.Для газонефтяных и нефтегазовых залежей характерен жирный газ.

РАСТВОРЕННЫЕ ГАЗЫ ПГ в земной коре могут находиться в составе жидких, твердых и газовых растворов.

Жидкие природные растворы - пластовые воды и нефть.Качественный состав растворенных газов такой же, как и свободных газов, но количественные соотношения несколько иные.

Все газы растворяются в воде в соответствии с их коэффициентами растворимости. Хорошо растворяются в воде СО2, Н2S, NH3. УВ-ые газы, N2, H, O2, инертные газы обладают небольшой растворимостью в воде. Еще хуже растворяются жидкие УВ. Растворимость газа повышается с увеличением пластового давления.

Водорастворенные газы.В верхних пластах водорастворенный газ в основном метановый с небольшим количеством «тяжелых» УВ, их содержание увеличивается с глубиной.

В пределах НГБ наблюдается площадное изменение состава газа.

Попутные газы.Газы, растворенные в нефти, называются попутными. В них повышенное содержание С 2+ и паров легких жидких УВ С5 – С7. Попутные газы - ценное химическое сырье для извлечения из них этана (С2Н6) и пропана (С3Н8). Давление, при котором данная нефть полностью насыщена газом, называется

давлением насыщения. Если давление в залежи падает, то газ выделяется в свободную фазу .

Твердые растворы –газогидраты.Основными структурными элементами являются кристаллические ячейки из молекул воды, которые образуют кристаллическую решетку, внутри нее располагаются молекулы газа.

Гидраты газов представляют собой твердые растворы, где растворителем является вода (лед), молекулы которой за счет водородных связей образуют объемный каркас, в полости которого внедряются легкоподвижные молекулы газа. Начало процесса образования газогидратов определяется составом газа, состоянием воды, внешней температурой и давлением.Гидраты газов представляют собой кристаллические соединения, характеризующиеся строго определенной кристаллической структурой для различных газов Газовые растворы существуют в недрах, где на больших глубинах в условиях высоких Р бензиновые и керосиновые фракции нефти растворяются в газе. Эти растворы называются газоконденсатами, в них газ выступает как растворитель. При сжатии чистый газ будет конденсироваться, при этом возникает жидкая фаза, которая может сосуществовать с газовой – однофазная система.

В многокомпонентных системах, каковыми являются природные УВ системы, увеличение давления ведет к тому, что жидкость, т.е. легкие фракции нефти, растворяется в газе — образуется «газорастворенная нефть» — газоконденсат — газоконденсатная система (ГКС).В условиях недр - это газ, при снижении Р (ретроградная конденсация) на поверхности жидкая фаза выпадает и образуется конденсат.

В стандартных условиях ГК представляют собой, прозрачные, бесцветные, желтоватые, слабо коричневатые, иногда зеленоватые жидкости (в зависимости от состава). Плотность ГК изменяется 0,620-0,825 г/см3; обычно плотность увеличивается с глубиной, также она меняется (обычно увеличивается) в процессе разработки.

ГК характеризуются низкой Т начала кипения (НК) - 24-92°С.ГК - это бензиновые и керосиновые фракции, выкипающие до 250, реже до 300°С и лишь незначительная их часть выкипает выше 300°С.

В групповом составе УВ составляют более 90%, смолы не превышают 5%, асфальтены — десятые, сотые доли %, редко содержат твердые парафины (н-алканы С16+).

СОРБИРОВАННЫЕ ГАЗЫ.ПГ могут быть сорбированными на вмещающих породах, представлять газовые включения в минералах (оклюдированные газы) гидротермальных жил. Большое количество сорбированного газа находится в угольных пластах. Эти газы могут быть либо автохтонными, либо аллохтонными.

На угольных месторождениях по составу газа наблюдается вертикальная зональность (сверху вниз):

1.азотно-углекислая зона, 2. углекисло-азотная, 3. метано-азотная, 4. метановая, 5. водородно-углекисло-метановая. Пятая зона выделена сравнительно недавно, ее наличие объясняют конверсией метана - в присутствии воды и при высоких температурах (300С) идет реакция образования из метана углекислоты и водорода. СН4 + 2Н2О  СО2+ 4Н2 .Образующийся водород является взрывоопасным, также как и метан. угольных пластах, где нет воды, в состав газов часто входит аммиак, что их отличает от газа нефтяных и газовых месторождений.