Шпоры по геологии нефти и газа (3). 1. Метановые Углеводороды

• Название: 1. Метановые Углеводороды
• Анкор: Шпоры по геологии нефти и газа (3).docx
• Дата: 25.12.2017
• Размер: 1.29 Mb.
• Имя файла: Шпоры по геологии нефти и газа (3).docx
• Тип: Документы; #12972
• страница: 2 из 7

В пластовых условиях при температуре десятки градусов и давлении десятки мегапаскалей, когда в нефти растворен газ, вязкость ее значительно снижается, иногда в десятки раз по сравнению с поверхностными условиями после сепарации растворенного газа.

3) Поверхностное натяжение – это сила, с которой нефть сопротивляется изменению своей поверхности. Обусловлено тем, какие молекулярно-поверхностные свойства нефти на различных границах фаз: нефти и газа нефти и пластовых вод, нефти и поверхности твердого тела. Физико-химические свойства поверхностей раздела твердой (породы) и жидких фаз (нефть, пластовая вода) и их взаимодействие характеризуется рядом показателей, в том числе гидрофильность (способность вещества смачиваться водой) и гидрофобность (неспособность вещества смачиваться водой).

Капля воды или нефти, например на поверхности стекла стремится приобрести форму шара, капля нефти на поверхности воды растекается в виде пленки.

4) Сжимаемость нефти зависит от давления, температуры, самого состава нефти и содержания в нефти газа. Чем больше содержание растворенного газа в нефти, тем выше коэффициент сжимаемости. Температура кипения нефти зависит от содержания в ней тех или иных компонентов и их строение. Чем выше % легких углеводородов, тем меньше температура кипения.

5) Температура застывания нефти. За температуру застывания принимают температуру, при которой уровень нефти, помещенной в пробирку, при наклоне этой пробирки на 45⁰ не изменяется. Встречаются нефти с положительной температурой застывания. Как правило, это нефти, содержащие в своем составе парафинистые соединения, а безпарафинистые имеют отрицательную температуру застывания. Например, большинство нефтей Волго-Уральской области имеют температуру застывания 0 ⁰С, а нефти Аха на Сахалине не застывают даже при температуре ниже 30 ⁰С.

6) В среднем температура сгорания нефти составляет 10400-11000 кКал/кг [Дж/кг]; природный газ 46 Дж/кг; нефть – 45 Дж/кг; антрацит – 35 Дж/кг; каменный уголь – 34 Дж/кг; бурый угль – 28 Дж/кг; торф – 14 Дж/кг; горючий сланец – 9 Дж/кг.

7) Растворимость и растворяющая способность нефти. Если пластовое давление <, то в ней меньше растворенного газа. Если пластовое давление >, то и растворенного газа больше. Нефть обладает способностью растворять углеводородные газы.

Теоретически в 1м³ нефти может раствориться до 400 м³ газа. На практике до 100 м³ газа. Это соотношение объема газа растворенного в единице S нефти называется газовым фактором. Газ находится в растворенном состоянии в нефти до достижения давления насыщения газом – это давление при котором из нефти начинают выделяться пузырьки газа. Существуют специальные установки, которые это определяют.

Если объем газа в залежи намного превышает объем нефти, то при температуре пласта 90-100 ⁰С и давлении 200-250 атмосфер часть жидких углеводородов нефти переходит а парообразное состояние и растворяется в газе. Этот процесс называется ретроградным (обратным) испарением. При снижении пластового давления эта часть жидких углеводородов растворившихся в газе начинает выпадать снова в жидкую фазу, и этот процесс называется обратной или ретроградной конденсацией. В природе существует обратное испарение и прямая конденсация.

8) Электрические свойства нефти – способность проводить или не проводить электрический ток. Например, удельное электрическое сопротивление пластовых вод составляет в среднем от 0,05 до 1 Ом/м, в дистиллированной воде 10^-3 Ом/м, а нефть обладает высоким удельным сопротивлением от 10¹⁰ до 10¹⁴ Ом/м и следовательно нефть является диэлектриком, нефть не проводит электрический ток. На этих свойствах нефти пластовых вод и вмещающих пород базируется такой важный метод исследования скважин, который называют каротаж. Базируются некоторые другие пылевые геофизические исследования, в частности электроразведка.

9) Оптические свойства нефти. Нефть оптически активна, обладает свойством вращать плоскость поляризации света, люминесцировать, преломлять проходящие световые лучи. Нефть и ее компоненты обычно вращают плоскость поляризации вправо, хотя встречаются и левовращающие нефти.
Считается, что эта способность вращать плоскость поляризации – неоспоримое доказательство происхождения нефти из органических веществ.

10) Люминесценция. Под люминесценцией понимают свечение, вызванное различными причинами и испускаемое холодным веществом. Нефть и большая часть нефтепродуктов флюоресцируют в ультрафиолетовом свете как сами по себе, так и в большинстве органических растворителей при облучении их даже дневным светом.
3.Значение геологии и геохимии в развитии нефтяной и газовой пром-ти и повышении эффективности поисково-разведочных работ на нефть и газ.

В настоящее время на основании изучения материала, установлен ряд региональных закономерностей размещения крупных скоплений н и г, что позволило повысить эффективность поисково-разведочных работ.

Одно из главнейших направлений увеличения добычи нефти и газа - освоение в ближайшее время ископаемых богатств больших глубин. Другая важная задача современной нефтегазовой геологии - разработка эффективных методов поисков скоплений н и г неструктурного типа. Необходимо значительно расширить и углубить исследования изотопного состава ОВ, нефтей, конденсатов и газов. В последние десятилетия при поисках н и г приобретают все большее значение геохимические исследования. Наметились три основных направления дальнейшего развития геологии и геохимии:

выявление основных очагов генерации УВ в осадочной толще,

использование геохимич данных при прогнозной оценке ресурсов

применение прямых геохимич методов при поисках н и г.

Оптимизация поисково-разведочных работ на нефть и газ будет способствовать повышению их результативности при меньших материальных затратах, т. е. повышению конечной геолого-экономической эффективности этих работ.

На региональном этапе: опережающее проведение и соблюдение стадийности региональных геолого-геофизических работ с целью выбора уже на начальной стадии изучения нефтегазоносности регионов главных направлений поисков и концентрации на них необходимых капиталовложений, не допуская при этом постановки дорогостоящего бурения в малоперспективных районах; широкое использование аэрокосмических методов изучения перспективных территорий (особенно труднодоступных таежных и горных районов) и акваторий; дальнейшее повышение информативности опорных и параметрических скважин за счет улучшения качества их бурения, опробования и исследования, а также за счет повышения геологической эффективности геофизических работ путем применения новых методов исследований.

На стадии поиска месторождений и разведочном этапе: повышение научной обоснованности введения в поиски геологических объектов с одновременным ростом достоверности количественной оценки перспективных или прогнозных ресурсов нефти и газа на этих объектах, что особенно актуально при проведении работ во все более усложняющихся геологических условиях и значительном увеличении глубин скважин в большинстве регионов страны; ввод в поисковое бурение только кондиционно подготовленных локальных объектов, что позволит открывать и предварительно оценивать месторождение (или давать отрицательное заключение) оптимальным числом скважин, не допуская перебуренности площади на данных стадиях работ; разработка научно-методических основ оптимизации поисков и разведки месторождений, дающая возможность для определенной типовой геологической ситуации иметь адекватный ей выбор вариантов систем разбуривания объектов (число скважин, очередность и темпы их бурения, расстояния между скважинами и т. д.); обязательное проведение после бурения одной-двух поисковых скважин скважинной сейсморазведки, позволяющей получить объемную модель изучаемого объекта и на этой основе решать вопрос о целесообразности продолжения поискового бурения (если первые скважины не выявили залежь) или об оптимальном размещении последующих разведочных скважин для более детального изучения открытого месторождения и подсчета на нем запасов нефти и газа; повышение информативности поисково-разведочных скважин за счет применения новых более эффективных методов и технических средств изучения нефтегазоносности их разрезов, существенного улучшения качества проводимых исследований, снижения аварийности при бурении и опробовании, особенно в скважинах значительной глубины (более 4,5 — 5 км).
4.Основные черты геохимии углерода.

Углерод – порядковый номер 6. Углерод занимает 13 место по распространенности. Содержание углерода в земной коре примерно 0,14 %, а в осадочном чехле примерно 1,4%. Содержание углерода в осадочных породах примерно 80%, а в органическом веществе в среднем 20%. Углерод горит при температуре 300-500⁰С. Углерод при сгорании образует двуокись углерода – СО2 (углекислый газ) и окись углерода СО (угарный газ).

Углекислый газ входит в состав атмосферы Земли. Содержание его в воздухе 0,03 по объему. В природе встречается как в свободном состоянии, так и в различных соединениях. Содержание в живом веществе – 18%, в древесине – 50%, в каменном угле – 80%, в нефти – 85%, в антраците – 96%.

Углерод был известен в 3 видах: уголь, графит и алмаз. Графит и алмаз содержат практически чистый углерод. Структура кристаллической решетки углерода у графита совсем иная, чем у алмаза.

В графите атомы углерода располагаются слоями, внутри которых атомы углерода напоминают пчелиные соты, внутри атомы углерода связаны прочнее, чем между слоями. У алмаза трехмерное расположение атома углерода и они размещаются очень прочно из-за того, что каждый атом связан с 4. В 1985 году группа химиков: Клер, Крото и др. тоже получили Нобелевскую премию по химии. Они при лазерном облучении образца графита получили новое вещество, которое было названо «фуллерен». Название было дано в честь архитектора Фуллера, который в Монреале построил знаменитое сооружение – геодезический купол. Углерод представлен в свободном состоянии в виде: угля, алмаза, графита, графена, фуллерена.

Уникальность углерода определяется и другими свойствами. Его атомы имеют прочные связи не только с атомами других химических элементов, но и между собой. Углерод образует 4 равнозначные валентные связи, что позволяет ему образовывать многочисленные разнообразные неразветвленные цепи и разветвленные кольца. В связи с этим углерод имеет возможность создавать огромное количество различных структур. Например, из 20 атомов С и 42 атомов Н (С₂₀Н₄₂). Теоретически можно получить 66 000 углеводородов этого состава.
СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₂ – СН₃ – н-пентан (нормальный пентан)

СН₃
СН₃ – СН – СН₂ – СН₃ - изопентан

СН₃
Н₃С – С – СН₃ - неопентан
СН₃

Важно и то, что связь атомов углерода между собой, а также с атомами H, O, N и других элементов таблицы Менделеева может разрушаться под действием природных факторов, ферментов, входящих в состав живых организмов, образуя более простые соединения. C, O, H составляют 98% от общей массы живых организмов. Наблюдается постоянный круговорот углерода в природе. В результате процессов фотосинтеза с помощью зеленых растений ежегодно ассимилируется около 100 млрд.тонн углекислого газа. Общее содержание органического углерода в Мировом океане в живой и неживой материи сегодня оценивается 4*10⁹ т и 11*10⁹ т соответственно. Скорость обновления биомассы в результате круговорота углерода. Подавляющая часть биомассы суши обновляется за 14 лет, а биомасса океана всего за 33 дня. Суммарная продукция живого вещества по данным Успенского за все время существования биосферы примерно в 30 раз превосходит суммарную массу осадочных пород на Земле. Более поздние исследования показали более впечатляющие результаты, то что превышение в 150 раз.

Изотопный состав углерода.

В природе существует 2 стабильных изотопа С₁₂ преобладает и С₁₃. С₁₂ содержится почти 99%, а С₁₃ чуть больше 1%, так же существует 1 радиоактивный С₁₄. Концентрация этого радиоизотопа постоянна в любом живом организме. Когда живое погибает, переставая быть звеном круговорота углерода, благодаря радиоактивному распаду С₁₄ (полураспад 5570+-30 лет), его содержание в этом организме уменьшится примерно вдвое. Замеряя сколько фактически содержится С в веществе взятом из любого отложения, измеряя фактическое содержание С₁₄ легко определить возраст этого артефакта животного или растительного происхождения. Соотношение изотопов С определяют используя величину приращения:: δ¹³С= [ с13/с12 обр/ с13/с12 станд -1 ]*1000

Отношение ¹³С/¹²С белемнита мелового возраста, величина которого– стандарт.
5.Каустобиолиты, их классификация.

В 1888 г. Потонье, изучая отпечатки древних растений дал им такое название. Выделил 3 группы: сапропелиты, возникающие в результате захоронения на дне водоёмов низших организмов, в основном планктонных водорослей (кероген горючих сланцев, богхед); гумиды, образующиеся из остатков высших, преимущественно болотных, растений (бурый уголь, каменный уголь); липтобиолиты — угли, обогащённые наиболее стойкими к разложению компонентами растительные вещества (смолами, восками, кутикулой и др.). Сейчас все горючие полезные ископаемые так называются. Каустобиолиты – горючие полезные ископаемые . Ископаемые органического происхождения, представляющие собой продукты преобразования остатков растительных, реже животных организмов под действием геолог. факторов.

Условия преобразования
Окислительные							Восстановительные
Исходное вещество
Метаморфизм	Высшие растения (мох)			Низшие организмы (ил, сапропель)			Высшие растения	Низшие организмы (ил, сапропель)	Содержание углерода
	Торф	50-60			Сапропели		Окаменевшие деревья	Нефти 85-87
	Бурый уголь		59-80			Горючие сланцы		Мальты, асфальты 70,5 -90
	Каменный уголь		70-95			Углистые сланцы		Керит 77,5 - 88
	Антрацит 92-98							Антраксолиты, шунгиты 95-98
	Графит 100

Каустобиолиты делятся:

1)угольный ряд ( субаэральная, окислительная обстановка, высшие растения, низшие организмы) - торф – бурый уголь – каменный уголь-антрацит – сапропелит – горючие сланцы – углистые сланцы;

2)нефтяной ряд (субаквальная, восстановительная обстановка,низшие растения, высшие организмы – нефть – мальта- асфальт – озокерит.
6. Органическое вещество пород и его диагенетическое и катагенное преобразование.

На диагенетической стадии преобразования ОВ на химические и биологические процессы его преобразования влияют окислительно-восстановительные условия среды и их щелочно–кислотные условия. Изменение физико-химич условий в осадках на стадии диагенеза отражается на стадии образования ряда аутигенных минералов. Их различные формы возникают последовательно, отображая напряженность О-В состояния системы. (Лептохлорит (окисл.усл-я) – сидерит – пирит(восстан.усл-я)). Биохимические процессы на стадии диагенеза сопровождаются интенсивным образованием газов: углекислый, метан, сероводород.

На нач. стадии диагенеза теряется 26-27 проц.орг вещества. Расчеты показывают, что ежегодная генерация метана метанобразующими бактериями составляет 2,7 * 10 в 14 степени тонн. Как правило, со снижением с глубиной микробиальной активности постепенно затухает и процесс образования метана. Тем не менее, количества образовавшегося метана может быть достаточно для скопления газа. При низких температурах образуются скопления газовых гидратов. В диагенезе в процессе преобразования органического вещества образуется и незначительное количество жидких у/в.

В результате к концу диагенетического периода в органическом веществе накапливаются длинноцепочечные спирты, воски, растит масла, а также биологические структуры, унаследованные от исходного органического вещества: алканы, изопренадные структуры. Диагенез завершает первый этап подготовки орган вещества в горную породу. Окончательно завершится этот процесс на нач. этапе катагенеза.

В этот период образуется относительно легкая часть, так называемая битумоидная фракция (куда входят унаследованные от живого ве-а кераген – осн поставщик ув на след стадии катагенеза). Битумоиды и кероген - важнейшие компоненты органического вещества. Главный элемент в составе орг вещ-ва – углерод. Содержание ОВ в породе определяется именно по содержанию в них Сорг.

Пристан и фитан – изопреноидные у/в(С19Н40 и С20Н42). Их содержание является показателем О-В условий на стадии диагенеза осадков. В восстанов усл-ях образуется преимущественно фитан, а в окислительных – пристан. Анализ соотношения пристана к фитану позволяет проводить корреляцию в системах нефть-нефть и нефть-орг.ве-о, что позволяет решать вопросы нефтепромысловой газохимии Соотношение пристана к фитану стандартно для определенной среды и явл критерием для сравнения нефтей.

Катагенез – наиболее длительная стадия преобразования органического вещества. На этапах раннего катагенеза с увеличением t и р благодаря процессам слабого термолиза и термокатализа в орг вещ-ве происходит образ-е новых и преобразование имеющихся у/в. На ранних стадиях этот процесс имеет вялотекущий характер. Здесь образуются в основн. метан , углек. газ, а на завершающих этапах раннего катагенеза образуются высокомолекулярные у/в. В нач. стадии среднего катагенеза( мезакатагенез) t достигнут величины, достаточной для активизации процессов термолиза и термокатализа(около и более 50). Процессы новообраз-я у/в резко возрастают и в этот период интенсивно образуются как газообразные у/в, так и жидкие. Постепенно, с накоплением глубины осадочной толщи и накоплением толщи перекрывающих отложений пластовые t достигают 80-150. В этот период наиболее интенсивное образование новых у/в. Одноврменно с этими процессами происходит изменение самой породы, ее уплотнение и преобразование глинистых материалов, в том числе дегидрослюдизация монтмориллонита. Этот процесс сопровождается выделением значительного объема воды. В результате возникают условия, когда под влиянием относительно t происходит резкое увеличение генерации у/в, концентрация которых приводит к образованию микронефти. Возникают условия, когда содержание нефти в породе достигает критического уровня, что приводит к десорбции у/в и их отрыву и от материнской органики, и от минеральных компонентов самой породы. Происходит прорыв жидких и газообразных у/в из минеральной основы. Возникают аномально высокие p и интенсивная иммиграция их путем растворения жидких у/в в образующихся сжатых газах и в образующейся свободной воде. Это и есть главная фаза нефтеобразования.