Горные породы и нефть

кислорода остатков животных и растительных организмов. И. М. Губкин

нашел веские доказательства в пользу этой теории и сформулировал их в своей

работе «Учение о нефти». По этой теории, известной под названием с а п р о п е л е в о й , материнским веществом нефти является

сапропель(«гнилой ил»).

Все без исключения живые организмы  рано или поздно гибнут и их

останки накапливаются мощным слоем на дне застойных водоемов (озера,

лагуны, заливы) и прибрежных участках открытых морей. Органическое

вещество, которое в результате сложных химических процессов способно

частично превратиться в нефть, содержится как в животных, так  и в

растительных организмах. В наши дни насчитывают более 500 тыс. видов

таких растений и свыше 1 млн. видов  животных. Со временем в результате

изменения режима бассейна на них  начинают откладываться осадки другого

состава, например, пески, и сапропелевый слой оказывается погребенным под

толщу новых отложений. Происходит разложение вещества без доступа

кислорода и обогащение разлагающихся  органических веществ углеродом.

Разложению способствуют бактерии, которые не только разлагают

органическое вещество, но и, размножаясь, своей массой увеличивают его

объем. Под давлением вышележащих  слоев сапропелевый слой уплотняется, из

него выжимаются жидкие и полужидкие нефть, вода и газы, которые по

трещинам проникают в вышележащие  слои пород. Возможность образования

нефти в результате разложения без доступа воздуха животных остатков и

жиров доказана экспериментально. Нефть  могла оставаться после своего

образования в пределах тех же пород (материнских), но в большинстве

случаев нефть перемещалась (мигрировала) из одних слоев в другие. Главный

недостаток этой теории – нет  достаточно аргументированных объяснений,

откуда взялись исходные органические материалы для образования столь

большого количества нефтяных месторождений  с огромными запасами

углеводородов.

 

Профессор Б.М.Юсупов выдвинул смешанную биогенно - минеральную

гипотезу. Согласно этой теории нефть и газ образовались в тех бассейнах, при

формировании которых имелись  благоприятные условия, как для  развития

органического мира, так и для  поступления глубинного метана с  водородом.

Поскольку ранее открытые месторождения  нефти и газа связаны с глубинными

разломами, предполагается, что они  служат путями миграции метана и его

спутников из глубинных недр в верхние  слои земной коры.

В составе нефти всегда имеется  метан. Метан присутствует в

поверхностных водах (рек и океанов), атмосфере, растворен в водах  пластовых,

содержится в породах земной коры. Метан образуется в результате жизнедеятельности бактерий из органических соединений (биохимический

процесс), воздействии радиоактивного излучения на углеродистые соединения

(радиационно-химический  процесс), преобразованием угля под воздействием

высоких температур в углерод (метаморфический процесс), преобразовании в

газ органического вещества осадочных  пород под воздействием высоких

температур и давления в присутствии глинистых минералов

(термокаталитический процесс).

Считается, что основная масса метана газовых месторождений

образуется на глубине от 1 до 10 км и имеет каталитическое происхождение  и

значительная часть на глубинах 1-2 км. в результате биохимических процессов.

Нефть, как вид химического и  стратегического сырья незаменима,

не возобновляемая, ее запасы в недрах не бесконечны.

По гипотезе неорганического происхождения  нефти, ее образование –

процесс постоянный, пока в недрах Земли есть вода, углекислый газ и

восстановители (закись железа).

Удовлетворение растущих потребностей в энергетических ресурсах

 

7. природные  и попутные газы

 
Газы нефтяные попутные – это  природные газы, сопровождающие нефть  и выделяющиеся при ее добыче. Характерной особенностью состава газов нефтяных попутных является наличие в них, кроме метана, также этана, пропана, бутанов и паров более тяжелых углеводородов. Во многих газах нефтяных попутных присутствуют сероводород и негорючие компоненты: азот, углекислый газ, а также редкие газы – He, Ar. Последние содержатся в количествах, редко представляющих прмышленный интерес.Нефть и газ скапливаются в таких участках земной коры (“ловушках”), где физические и геологические условия благоприятствуют длительному сохранению. В нефтяной залежи газ, сопровождающий нефть, может находиться  в растворенном виде (тяжелые углеводороды) или располагаться над нефтью, образуя газовую “шапку”. Состав свободных газов, находящихся непосредственно над нефтью или мигрировавших в выше расположенные коллекторы, может сильно отличаться от состава газов, растворенных в нефти. Состав газов нефтяных попутных, выделяющихся из нефти в процессе ее добычи, значительно отличается от состава свободных газов, добываемых из газоносных пластов того же месторождения. Влиянием растворимости тяжелых углеводородов могут быть объяснены часто наблюдаемые расхождения в составе образцов газов, получаемых из одной и той же нефтяной скважины. Состав газов сильно зависит от условий отбора пробы, от давления, под которым находится газ в скважине, соотношения в пробе свободного газа из залежи и газа, выделившегося из нефти при ее подъеме в скважине. В связи с этим содержание и состав тяжелых углеводородов в газах, отобранных на одной и той же площади, показывают значительные колебания. Это относится и к таким хорошо растворимым газам, как H S  и C O .

При вскрытии пласта скважиной вначале  начинает фонтанировать газ газовой  шапки, а затем,по мере падения давления, начинает выделяться газ, растворенный в нефти. В некоторых случиях, когда газ полностью растворен в нефти, он добывается вместе с нефтью. Количество газа в кубических метрах, приходящееся на 1 m добываемой нефти, называют газовым фактором, который для различных месторождений  неодинаков и зависит от природы месторождения, режима его эксплуатации и может изменяться  от 1-2 м до нескольких тысяч м на 1 m добываемой нефти.

Большая часть газов нефтяных попутных относится к «жирным» газам, содержащим, кроме метана, тяжелые углеводороды (пропан, бутан и т.д.) в количестве 50 г/м  и выше. Газы, состоящие преимущественно из метана и содержащие до 50 г/м тяжелых углеводородов, называют «сухими», или «тощими». Это, в основном, газы чисто газовых месторождений, содержание метана в них может составлять 90-98 %. При переработке жирные газы прежде всего подвергаются удалению бензина, в результате чего из них выделяются углеводороды, входящие в состав бензина. Полученный при данном процессе бензин называется газовым. После отбензинивания газы нефтяные попутные состоят преимущественно из метана, а также небольших количеств этана, пропана и бутана.

Газы нефтяные попутные используют в качестве топлива и химического  сырья. Энергетическое использование  связано с высокой теплотворной способностью газов нефтяных попутных, которая колеблется от 9300 до 14000 ккал/м углеводородной части газа. При электрокрекинге из метана образуется  ацетилен, при конверсии метана перегретым  водяным паром или CO присутствии катализаторов – смесь CO  и H , применяющаяся во многих органических синтезах. Этан и пропан могут служить источником получения этилена, бутилена, ацетальдегида, других кислородсодержащих соединений. Бутан может быть использован для получения дивинила, бутиловых спиртов, метилэтилкетона и других соединений.

 

Газы природные – это газы, содержащиеся в недрах Земли, а также газы земной атмосферы. Газы природные частично растворены в подземных и наземных водах и нефтях, сорбированы углями и некоторыми глинистыми породами. Газы природные выделяются из недр земли при вулканической деятельности по тектоническим трещинам, связанным с газоносными пластами, выносятся минеральными источниками. Газы природные можно подразделить на газы биохимические, вулканические, метаморфические, воздушного и химического происхождения, на газы радиоактивных и термоядерных процессов.

Биохимические газы – продукты жизнедеятельности  бактерий, образуются при превращениях органических веществ, восстановлении сульфатов или других минеральных  солей. В результате таких процессов  могут образоваться CH , C H , H , H S, CO , N .

Вулканические газы выделяются из недр земли при извержениях, растворены в расплавленной магме, а также  образуются  при действии паров воды при высоких температурах на вещества магмы и контактных с магмой пород.

Метаморфические  газы образуются в процессе превращения ископаемых углей и других горных пород под действием теплоты и давления, содержат CH , CO , H , различные  углеводороды,  H S, CO и другие.

Газы воздушные, находящиеся в недрах земли, состоят  из N  и инертных газов, свободный кислород в них отсутствует. Газы химического происхождения образуются при химическом взаимодействии между газообразными веществами, водными р-рами и горными породами как при нормальных условиях, так и при повышенных температурах и давлениях, существующих на разных глубинах земной коры. При этом могут образоваться H , CO, CO , H S, N , а также CH  и другие углеводороды. В результате радиоактивных процессов и термоядерных реакций образуется гелий, аргон, ксенон и другие газы.

К газам природным  относятся также горючие газы, скопляющиеся в породах-коллекторах в виде самостоятельных газовых залежей или же сопутствующие нефтяным, а также горючие газы, заключенные в угольных пластах. Происхождение природных горючих газов обусловлено биохимическим разложением органического вещества и дальнейшим метаморфизмом последнего под воздействием геохимических факторов. Кроме того, горючие газы образуются при взаимодействии паров воды с карбидами металлов, а также CO и H . Основным газом самостоятельных газовых залежей и угольных пластов является метан. В газах, сопутствующих нефти, кроме метана, содержатся значительные количества его гомологов. В таблице дан примерный состав газовых залежей разных месторождений. Газы природные  горючие и газы попутные добываются как ценное полезное ископаемое. Газы угольных пластов извлекаются при разработке угольных месторождений с целью предотвратить их выделение в горные выработки. В некоторых

Странах (Бельгии, Германии, Китае и др.) угольный газ  используется как топливо. В относительно небольших количествах газы природные содержатся в пористых или трещиноватых породах, вмещающих рудные и нерудные полезные ископаемые, и мешают добыче последних, выделяясь в рудничную атмосферу.

 

8. пористость  и проницаемость

Важнейшим свойством горных пород является их способность вмещать флюиды, пропускать их через себя, или, наоборот – быть непроницаемыми. Эти свойства обусловлены пористостью и проницаемостью пород.

Проницаемость характеризует проводимость породы, т.е. способность пород пласта пропускать жидкость и газ.

Проницаемость обеспечивается сообщающимися порами между частицами, обломками или кристаллами. Поэтому если размер пор более 10 мкм., то проницаемость возрастает пропорционально пористости. Минимальный размер поры, в которой может перемещаться флюид, более 1 мкм. Если же пора меньше, то поверхностные силы ее стенок делают капилярное натяжение непреодолимым для флюида. Поэтому, например, глины, обладая в сухом состоянии пористостью 30%, непроницаемы из–за ничтожных размеров своих каналов. В трещиноватых породах флюид перемещается по трещинам, достигающим иногда 100 мкм. В отличие от межгранулярной проницаемости в общем постоянной в пласте, трещинная проницаемость резко возрастает в узкой зоне вблизи разломов. Вскрытие скважиной таких узких линейных зон обещает гигантские притоки, но грозит аварийными выбросами, фонтанами и требует особого искусства.

 Различают  абсолютную, фазовую и относительную проницаемости.

Абсолютная проницаемость — проницаемость пористой среды, заполненной лишь одной фазой, инертной к пористой среде. Она зависит от размера и структуры поровых каналов, но не зависит от насыщающего флюида, т.е. характеризует физические свойства породы. Обычно абсолютную проницаемость определяют при фильтрации азота через породу.

Единица проницаемости называемая Дарси (Д), отвечает проницаемости такой горной породы, через поперечное сечение которой, равное 1 см², при перепаде давления в 1 атм на протяжении 1 см в 1 сек проходит 1 см³ жидкости, вязкость которой 1 сП.

Проницаемость пород, служащих коллекторами, обычно выражают в миллидарси (мД) или мкм².

По значению проницаемости продуктивные пласты делятся на:

• Низкопроницаемые (от 0 до 100 мД);
• Среднепроницаемые (от 100 мД до 500 мД);
• Высокопроницаемые (более 500 мД).

Природные пласты содержат не только нефть и газ, но также определенное количество воды. При движении флюидов, не смешивающихся между собой, в пласте проницаемость для каждого из флюидов меньше чем абсолютная проницаемость породы.

Фазовая (эффективная) проницаемость — проницаемость породы для отдельно взятого флюида при наличии в ней многофазных систем. Фазовая проницаемость зависит от количественного содержания того или иного флюида в пласте, а также от его, их физико-химических свойств. С практической точки большее значение имеет относительная фазовая проницаемость.

Относительная фазовая проницаемость — отношение эффективной проницаемости к некоторой базовой проницаемости (чаще всего к абсолютной).