Шпоры по геологии нефти и газа (3). 1. Метановые Углеводороды
 Скачать 1.29 Mb.
|
|
7.Накопление и преобразование органического вещества при литогенезе. Осадконакопление – диагенез – катагенез (главн.фактор - температура) – метаморфизм (осадочн.породы в метаморф.) Живое вещество : белки, жиры( липиды и липоиды),углеводы +лигнин. Органич вещество: гумусовое, сапропелевое, смешанное. Растительное органич вещество: битумоиды, гуминовые кислоты, нерастворимые орган. вещества. В геохимической истории преобразования ОВ можно выделить 3 важнейших этапа: 1)потребление мельчайшими организмами различных химических веществ и выработка химических соединений, в том числе углерода и водорода. 2)геохимическое образование ОВ в период седиментации, которая заканчивается на стадии диагенеза. 3)термокаталитическое преобразование ОВ на стадии катагенеза при погружении осадочных пород и содержащихся в них органических веществ. 8.Битумоиды. Их состав и свойства. Битумоиды – та часть ОВ, которая растворяется в нейтральных растворителях. (до 10-12 %). Битумоиды извлекаются из породы такими нейтральными растворителями, как петролейный эфир, бензол, хлороформ, ацетон, спиртобензол. Выделяют следующие главные фракции битумоидов: 1)масла – растворяются в петролейном эфире,главным образом, нейтр орг соединения 2)смолы – раствор-ся в спиртобензоле, нейтральные и кислые соед-я. 3)асфальтены – растворяются в хлороформе, это кислые азотистые и сернокислые соединения. Главным источником битумоидов является липидная фракция организмов, населяющих бассейн. Оснавная составная часть липидов-ув. Б.ч. ов планктонных орг-в (углеводы и белки) после их гибели легко подвергается биоокислению. Развивающиеся на базе подобных легоусваивающихся ве-в орг-мы, в частности микрофлора, трансформируют часть их в свои клетки, т.о. преобразуя их в липиды. В процессе усвоения в животных организмах из ув образуются жиры и жирные кислоты, а при разложении белков бактериями синтезируются жирные кислоты. В свою очередь, жк биогенным путем могут преобразовываться в ув. Следовательно, при биопреобразовании ов осуществляется не только распад его, но и частично синтез, при котором часть небитумных компоентов может трансформироваться в битумоиды. Преобладающим компонентом группового состава битумоидов современных осадков обычно являются асфальтены (60-70%), на долю смол приходится 20-30%, а концентрация масел не превышает 12%.Битумоиды как и нефти люминесцируют под у/ф светом. Хим состав аналогичен хим составу нефти. Битумоиды состоят в основном из 5 химических элементов: С,О,Н,S,N. Присутствие битумоидов как в современных донных отложениях, так и в ископаемых породах обусловлено прежде всего наличием битумоподобных веществ – липидов – в телах исходных живых организмов. Важным количественным показателем генерации у/в является не столько абсолютная концентрация битуминозных веществ в породе¸ сколько длинноволновой части уф света. 9. Зональность нефтегазообразования. В различных по геологич строению регионах гл.зона нефтеобразования может быть приурочена к разным интервалам глубин, т.к. процессы нефтеобразования зависят от совокупности различных факторов:1)особенности преобразования ОВ на стадии диагенеза.2)тип органич вещ-ва в породе и состав компонентов, входящих в него.(гумусовое или сапропелевое) 3)особенности строения и литологии вмещающих пород, которые определяют процессы эмиграции микронефти. 4) литохимический состав пород, контролирующий протекание термокаталитических реакций. 5) геохронотермические особенности окружающей обстановки, в том числе скорость, направленность и устойчивость колебательных движений ЗК. 6) особенности распространения теплового потока из недр. Нефтематеринская порода должна попадать в эту зону. От 60-70градусов до 190 градусов для жидких ув. «Нефтяное окно» - главная зона нефтеобразования (Вассоевич Н.Б.) «Главная фаза нефтеобразования»-этап в геохимической истории погружающейся ос толщи, находящейся в условиях определенных температур и давлений, при которых в составе рассеянного ов пород наиболее энергично происходит новообразование битумоидов, в том числе ув. Бактерии и их ферменты перерабатывают в верхних слоях (до 1км) все ве-а, на которые способны воздействовать. По мере погружения и перехда ос пород в термокаталитическую зоу с постоянно растущей скоростью идут хим процессы преобразования ов с продуцированием нефти, углеводородных и других газов. На следующей стадии с увеличением глубины происходит более полный распад углистых и других ов. Накапливаются углерод,метан и наиболее устойчивые полициклические соединения. 10.Элементный и групповой состав нефти. Элементный состав нефти наиболее хорошо изучен. Обязательно наличие в нефти 5 хим элементов: С,О,Н,S,N. Эти же элементы входят в состав органического вещества пород. В нефти С – 83-87%, Н-12-14%,суммарное содержание всех остальных элементов – 5-6%(S-3%, О-2%,N- 0,1 – 0,001%). Основные компоненты нефти – метановые, ароматические и нафтеновые у/в. Они находятся в нефти в жидком, растворенном и твердом состояниях. Присутствуют также у/в смешанного строения. У/в, входящие в состав нефти, делятся на 2 группы:1)открытые,2)кольцевые. Алканы (метановые) находятся практически во всех нефтях и если их концентрация превышает 50%, то такие нефти называются метановыми. Циклоалканы в нефтях представлены у/в, содержащими 5-6 циклов. В геохимии их называют нафтены. Содержание нафтенов в нефтях колеблется от 25 до 35%.По своим свойствам нафтены занимают промежуточное положение между метановыми и ароматическими у/в. Ароматические у/в – ненасыщенные, циклические, СnН2n-6.Общее содержание аренов в нефтях 10-20%, если доходит до 30% - ароматические нефти. Высокая концентрация ароматических у/в установлена в нефтях молодого возраста. Одной из закономерностей состава нефтей является то, что с увелич t кипения фракции в них повышается содержание аренов. 11.Классификация и основные типы природных газов.
Способностью гореть обладает метан и его газообразные гомологи, а также непредельные газы С2Н4,С3Н6 и некотор другие не у/в газы Н2,Н2S и СО. Негорючие газы – N2 и благородные инертные газы. В осадочных отложениях природные газы находятся в свободном состоянии, растворенные в пластовых водах и нефтях, а также рассеянными в гп. Свободные газы в литосфере могут образовывать самостоятельные скопления, находиться в виде газовых шапок нефтяных месторождений. Классификация газов по содержанию СН4 и его гомологов.
Коэф жирн.= С2+высшие/СН4, коэффициент сухости-наоборот. Природные газы, растворенные в нефтях – попутные или нефтяные газы. 12.Изотопный состав нефтей и газов. Изучается поведение соотношения в нефтях масс стабильных изотопов углерода С12-13, изотопов водорода – протия Н1 и дейтерияН2, изотопов S – S32 и S33 и азота – N14 -15. Нефти из одного источника имеют одинаковое соотношение изотопов. Анализ изотопного состава нефтей позволяет решать вопросы об их образовании в системах нефть-нефть и нефть- орг вещество. Изотопный состав позволяет проследить условия формирования залежей. По имеющимся данным, количественные соотношения различных изотопов в нефтях составляют: С12/С13 – 91-94, Н/D- 3895-4436,S32/S34- от 22 до 22,5,N14/N15 от 273 до 277.Соотношения изотопов в нефтях выражаются при помощи величины приращения сигма какого либо одного из пары изотопов. сигмаС=(С13/С12обр-С13/С12ст )/ С13/с12ст .Стандарт- меловой белемнит.Полученные величины могут быть как + так и -. Значения сигма С13 для у/в газа из отложений различного возраста колеблются от -2,92 до -5,76. С.Сильверманом было показано, что изотопом С13 наиболее обогащен метан, затем этан ,пропан. По мере усиления катагенеза сигмаС13 метана закономерно увеличивается. На нач.стадии катагенеза метан образуется за счет отщепления от крупных молекул ОВ групп СН3.Затем в газообр-е вовлекается группы СН2 и СН. Поэтому на заключ.стадиях метаморфического преобразования РОВ в нем может генерироваться метан даже с более тяжелым С, чем у исходного керогена в целом. Азот представлен изотопами N14 и N15, причем стандартом является атмосф азот. Причиной образования сероводорода является бактериальное восстановление сульфатов(Панкина), с увеличением геологич возраста уменьшается доля тяжелого изотопа серы. 13.Геохимическая эволюция нефтей. В отечеств. литературе используются 2 противоположные схемы образования и изменения нефти: по Успенскому – сначала образуется легкая нефть, потом она превращается в тяжелую,по Добрянскому – сначала тяжелая нефть, которая затем превращается в легкую. Преобразование нефтей происходит в результате 2 основных процессов: катагенеза и гипергенеза. Гипергенез – окислительное воздействие микроорганизмов. На изменение состава нефти с глубиной указывали многочисленные авторы. Вниз по разрезу плотность уменьшается, с глубиной залегания уменьшается также количество смол и серы в нефтях, а выход легких фракций нефтей увеличивается. Нефти изменяются и с возрастом отложений: чем старше нефть, тем она более обогащена легкими фракциями. Термокаталитическое преобразование нефтей обусловлено действием температуры и давления. Попадая на большую глубину, нефти начинают обогащаться более мелкими фракциями, под действием t и p происходит глубокий метаморфизм нефтей и накапливаются более устойчивые соединения. Окисление нефтей – процесс, противоположный метаморфизму. Процессы окисления обычно характерны для тех территорий, которые испытывают положительные движения. Процессам окисления подвергаются далеко не все нефти. Оно может происходить как за счет свободного кислорода,т.е. аэробное окисление, так и за счет связанного кислорода сульфатов и некоторых др .Аэробное окисление возможно лишь в условиях залежей, расположенных близко к поверхности, где нефти контактируют с водами, обогащенными свободными кислородом. Микробиальное превращение нефтей или биодеградация и изменение нефтей вследствие вымывания водой т.е. удаление воднорастворимых компонентов отмечается в залежах, где происходит проникновение инфильтрационных вод в пласты. В общем,на окончательный состав нефти существенное влияние может оказать ее превращение, следующее за процессом аккумуляции. Процессы осернения нефтей еще недостаточно изучены. 14. Кристаллогидраты газов. Газовые гидраты представляют собой твердые кристаллические вещества, напоминающие снег. Образуются при низких температурах и значительном давлении. Кристаллогидраты могут привести к закупорке газопровода, поэтому перед подачей газа в трубу его осушают. Сероводород образует кристаллогидраты при температуре 0-15оС и давлении 0,1-0,5 мПа, более высокое давление необходимо для образования кристаллогидратов СО2, СH4 и N2. Природные газы в виде твердых гидратов встречаются в верхней зоне горных пород при наличии в них невысоких температур и достаточном давлении, глубже вследствие повышения температуры кристаллогидраты существовать уже не могут. Для образования кристаллогидратов требуется много воды. Возможны три пути образования гидратов метана в естественных условиях:
Газогидратные залежи – ок. 50% площади РФ, 30% - суши. В нашей стране: Север Сибири, Тимано-Печорская нефтегазоносная провинция. Использование кристаллогидратов: опреснение морской воды, хранение газов, разделение двойных и многокомпонентных газовых и жидких смесей, транспорт природного газа. 15. Гетероэлементы в нефтях. Помимо УВ в нефтях содержатся разнообразные соединения, зачастую имеющие в составе углерод или углеводородные циклы. Количество неуглеводородных соединений возрастает от легких нефтей к тяжелым. Эти вещества являются производными углеводорода, где одна или несколько групп заменены атомами кислорода, серы, азота, некоторых металлов – смолисто асфальтеновые компоненты нефти. По количеству этих компонентов нефти подразделяются:
Смолы отличаются от асфальтенов несколько бОльшим содержанием водорода и меньшей молекулярной массой. Фосфор – один из элементов органогенов нефти, количество возрастает с повышением сернистости нефти. Кислород – в составе насыщенных жирных нафтеновых кислот (группа –COOH), кетонов, фенолов, эфиров, лактонов и ангидритов; содержание увеличивается с ростом температуры кипения. Сера – присутствует в разных количествах; в качестве элементарной серы, коллоидного раствора, сероводорода, меркаптанов, но главная часть связана со смолами; основные группы сернистых соединений. Некоторые ученые считают, что образование сернистых соединений – результат реакции УВ с сероводородом; иные полагают, что часть сернистых соединений унаследована от исходного ОВ. Ванадий и никель – гавнейшие из металлов, образующие комплексные соединения с органическими компонентами; большое содержание характерно для сернистых нефтей, в малосернистых – никелевые порфирины и (еще меньше) ванадиевые. Азот – содержится в нефтях всегда (!); количество колеблется от 0,01 до 0,09%, реже – больше; Почти половина связана с органическими соединениями: пиридинами, хинолинами, нафтенохинолинами и тд – всего ок. 50 соединений. Порфирины являются производными хлорофилла. 16. Основные физико-химические свойства газов. Именно физические свойства газа обуславливают их способность перемещаться по пористым и трещиноватым породам, просачиваться через более плотные породы; перемещаются растворенными в воде.
3.1) Диффузия (возможна в любой среде; наиболее распространена д. через воду; возрастает с повышением температуры) 3.1.1) Диффузия одного газа в другом (атмосфера, газовая залежь) 3.1.2) Диффузия газа в воде 3.1.3) Диффузия газа в твердом веществе 3.2) Фильтрация (движение газа через пористую среду под влиянием перепада давлений; в литосфере, закон Дарси) 3.3) Всплывание газов в жидкостях (в атмосфере может происходить всплывание легких в тяжелых; характеризуется разницей плотностей; в пористой осложнено, в трещиноватой – облегчено) 3.4) Турбулентное движение (характерно для нижних слоев атмосферы – ветры) 3.5) Перенос газов (в растворенном состоянии водами; важно при формировании газовых скоплений) 17. Природные горючие ископаемые нефтяного ряда. К ним относятся нефти и их производные, горючие газы, мальты, асфальты, асфальтиты, озокерит, битумоиды; входят состав каустобиолитов, которые в свою очередь, относятся к органогенным горным породам – биолитам. По М. К. Калинко – нафтиды. НАфтиды генетически связаны за исключением метана и керитов , взаимосвязаны. Соотношение по регионам меняется в зависимости от термобарических условий, происходящих в результате тектонических движений. Также влияют миграции более подвижных компонентов, растворение их друг в друге и в подземных водах, колебания состава отдельных компонентов при развитии процессов гипергенеза и катагенеза, переход из одних форм нафтидов в другие. Нефть представляет собой вязкую жидкость темно-коричневого, чаще черного цвета, иногда почти бесцветную, жирную на ощупь, состоящую из смеси, состоящую из смеси различных УВ соединений, в природе разнообразны по консистенции – от жидких до густых, смолообразных. Под термином битумы понимается большая группа природных органических веществ, образующих с нефтью непрерывные ряды, в которых наблюдаются переходы от жидких и вязких веществ к твердым. Классифицируются по содержанию масел и некоторым физическим свойствам на мальты, асфальты, асфальтиты, кериты, антраксолиты, озокериты, оксикериты (продукт выветривания асфальтовых битумов). В.А. Успенский и В.Н. Муратов выделяют еще гуминокериты (продукт выветривания оксикеритов), элатериты (продукты особого рода превращения алифатического УВ материала) и альгариты (продукты современной бактериальной переработки парафиновых УВ. Процессы образования природных битумов обычно однонаправленные, их распространение фиксирует те термобарические, гео-, биохимические условия, в которых оказались нефти или породы, обогащенные ОВ. Природные битумы широко распространены, почти в каждом нефтеносном регионе имеются битумсодержащие горизонты. |