Глава 1

Фізико—хімічна характеристика та геологічні умови залягання нафти й газу

1.1. Елементний та ізотопний склад нафти і газу

Нафта і природний горючий газ складаються в основному з п'яти хіміч-них елементів: вуглецю, водню, сірки, кисню і азоту. Найбільше в них місти-ться вуглецю і водню: відповідно в нафтах — 80 — 88 і 11 — 14,5, у вуглевод-невій частині природних газів — 75-82 і 18-25У₀- Частка інших елементів зде-більшого не перевищує 2% і тільки в окремих ви­падках може досягти 7 — 9 %. Так, вміст сірки в нафті переважно становить 0,1 — 2 і іноді досягає 5 — 7%, кисню до 1 % і тільки в деяких випадках — 3 — 4%. Частка азоту в нафті рідко перевищує 0,5%.

Окрім названих в нафті наявні ще понад сорок хімічних елементів у кіль-кості 10^-2 –10^-7%. їх називають мікроелементами нафт. Серед усіх елементів найбільше зацікавлення викли­кають метали, зокрема ванадій і нікель, бо їх вміст відносно високий і вони утворюють ме­талоорганічні сполуки. В нафті на рівні кларків присутні й радіоактивні елементи: уран, торій та радій. Знання мікроелементів може бути використане для кореляції та типізації нафти, а також для вирішення деяких питань її походження, міграції і перетворення.

Часто при характеристиці складу нафти й газу використовують відношеньня вуглецю до водню, яке для нафти становить 5,8 — 7,5, а для газу — 3 — 4,8. Рідше вживається відношення С/ (0 + S + N), яке для нафти перебуває в межах 10 — 300.

Ізотопний склад елементів, що входять в нафту і газ, визначають на мас-спектрометрі, а виражають переважно через відхилення від стандарту в промилях або у процентах:

або 102%,

де R_пр, R_CT — масові відношення важкого ізотопу до легкого в пробі і в стандарті.

Якщо відношення δ має додатне значення, то проба збагачена важким ізотопом порівняно зі стандартом. При від'ємному значенні величини δ проба збіднена на важкий ізотоп і збагачена легким. Зрідка користуються простим відношенням мас одного ізотопу до другого.

В нафті і газі зустрічаються два стабільних ізотопи вуглецю - ¹²С і ¹³С зі середнім вмістом відповідно 98,93 і 1,07%. Нафта характеризується відхиленням δ

¹³С переважно в межах від — 35 до — 22 %₀, величина якого залежить від віку, складу, походження товщ, у яких залягає нафта, та деяких інших факторів. Відхилення δ¹³С для газів родовищ коли­вається від — 30 до — 60 %₀, для сучасного біогенного метану воно становить від — 70 до — 88 %₀. В природі проходять процеси фракціонування ізотопів при різних перетвореннях. Вивчення ізотопного складу вуглецю нафти і газу дає змогу вирішувати питання їх поход­ження, міграції та пошуків родовищ.

Водень нафти і газу має два стабільних ізотопи: протій (¹Н) і дейтерій (Д або ²Н) з се­реднім вмістом відповідно 99,985 і 0,015%. Нафта і газ переважно збагачені дейтерієм порівняно з поверхневими водами. Ізотопний склад .водню нафти і газу зазнає змін, що можна використати для різних теоретичних і практичних цілей.

5

Сірка в нафті і газі має чотири стабільних ізотопи: ³²S - 95,02; ³³S - 0,75; ³⁴S'-4,21; ³⁶S -0,02%. Використовують відношення ^MS / ³²S, виражаючи його через відхилення 6**$ ана­логічно, як для вуглецю. Ізотопний склад сірки в нафті коливається від 25,8 до - 22,5, а в га­зах - від 17 до -16 %₀. В нафті і газі зустрічаються три стабільні ізотопи кисню: ¹⁶О — 99,76; ¹⁷О—0,04 і ¹⁸О—0,2%. Використовують відношення ¹⁸О / ^1бО. По ньому можна судити про температуру утворення карбонатів.