Шпоры по геологии нефти и газа (3). 1. Метановые Углеводороды
![]()
|
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.
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. |