Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Состав и физические свойства природных газов. Газогидраты. Условия образования газогидратов, газоконденсаты. Крупнейшие месторождения газа.

Природный газ - УВ растворы, имеющие газообразное в нормальных атмосферных условиях состояние, выделенный из состава более сложных природных систем. В условиях залежи газ очень часто растворяется в нефти, и мы имеет жидкие растворы. При подъеме на поверхность происходит разгазирование нефти.

Морфологические типы:

1. Свободные - свободные в атмосфере, газовые струи, грязевые вулканы, газовые залежи, газовые шапки газонефтяных залежей и газы, рассеянные в порах ГП.

2. Растворенные - в нефти, грунтовых и пластовых водах.

3. Сорбированный минеральными компонентами (ОВ углей, глинистые минералы).

4. Окклюдированные - в газовых включениях в минералах.

Твердые растворы - газогидраты (газ в твердом состоянии). Газовые растворы - газоконденсаты (газ в жидком состоянии).

Состав природного газа:

1. Газообразные УВ (пропан, бутан и т.п.), СО₂, N₂. Как правило, один из компонентов преобладает, чаще всего - метан.

2. Примеси: O₂, H₂S, H₂, CO, He, Ar и др. инертные газы.

Из них к горючим газам (выделяют тепло при сгорании) относятся предельные УВ - метан СН₄, этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈, бутан и изобутан С₄Н₁₀, неопентан С₅Н₁₂ и непредельные - этилен С₂Н₄, пропилен С₃Н₆, бутилен и изобутилен С₄Н₈, а также H₂, H₂S, CO.

К негорючим (не выделяют тепло) - N₂, O₂, CO₂ и все инертные газы.

Газовые гомологи метана или "тяжелые" гомологи часто обозначают - C₂₊ или ТУВ, их состав часто включает легкие жидкие УВ - С₅-С₇.

Состав природного газа газовых и нефтегазовых залежей.

· Основными компонентами природных газов газовых и нефтегазовых залежей, а также рассеянных в осадочных породах газов, являются газообразные УВ (преобладают), углекислый газ и азот, а также пары легких жидких УВ (92-98%).

· Количество H₂S редко превышают 2-5%, чаще - 0,01%, но есть залежи, где его >20% (Лак, Астраханское).

· В газовых шапках нефтегазовых залежей увеличивается количество C₂₊ и легких жидких УВ.

· С глубиной увеличивается содержание гомологов метана как в чисто газовых залежах, так и в нефтегазовых.

Природный газ, содержащий до 85% CH₄, с низким содержанием C₂H₆ (до 3%), практическим отсутствием C₃H₈, C₄H₁₀, называется сухим (иногда тощим). Газ с повышенным содержанием этих гомологов - жирным. Используется коэффициент "сухости газа": CH₄/ΣC₂₊. Для чисто газовых залежей характерен сухой газ. Для газонефтяных и нефтегазовых залежей - жирный газ.

Попутные газы:

· Газы, растворенные в нефти, называются попутными.

· В них повышенное содержание С₂₊ и паров легких жидких УВ.

· Попутные газы являются ценным химическим сырьем для извлечения пропана и этана.

Растворенные газы. ПГ в земной коре могут находиться в:

1. Жидком состоянии. Жидкие природные растворы - пластовые воды и нефть. Хорошо растворимы в воде - СO₂. H₂S, NH₃. УВ газы, N₂, H₂, O₂, инертные газы обладают небольшой растворимостью в воде. Еще хуже растворяются жидкие УВ. Растворимость газа повышается с увеличением пластового давления.

2. Твердом состоянии.

3. Газовом состоянии.

Газоконденсат. При сжатии чистый газ конденсируется, при этом возникает жидкая фаза, которая может сосуществовать с газовой.

В многокомпонентных системах (природные УВ) увеличение Р ведет к тому, что жидкость, т.е. легкие фракции нефти, растворяются в газе - образуется "газорастворенная нефть" - газоконденсат (ГК) - газоконденсатная система (ГКС).

Формирование ГКС происходит в результате ретроградных явлений в условиях надкритических температур и давлений.

В многокомпонентных смесях при росте Р испарение увеличивается - жидкость переходит в газообразное состояние - ретроградное испарение, а при падении Р газ (пар) конденсируется - ретроградная конденсация.

В целом, газоконденсатными УВ системами в пластовых условия, в которых при определенных термобарических условия УВ (С5+) находится в растворенном парообразном состоянии, растворителями являются метан, гомологи метана, двуокиси углерода.

Типы ГК:

1. Первичные - исходные. Характерно отсутствие нефтяной оторочки, в вертикально разрезе они глубже нефтяных залежей в более жестких термобарических условиях. Эти ГКС отличаются низкими значениями Кф (коэффициент насыщения, растворения, газовый фактор), преобладанием в жидкой фазе ароматических УВ (2-45% на фракцию н.к. - 200С), а в газах - CH₄, CO₂.

2. Вторичные - новообразованные из нефти. Отличаются присутствием нефтяной оторочки в залежах, в бензинах преобладают алканы, а газах - доля гомологов метана (С₂₊) составляет 12-20%. В них высоких Кф - 120-1000 см³/м³. Залежи вторичных ГК располагаются на меньших глубинах.

Сырой ГК - извлеченная на поверхность жидкая фаза, в которой растворены газообразные компоненты, его получают непосредственно в промысловых сепараторах при Р и Т сепарации.

Стабильный ГК - получают из сырого путем его дегазации, он состоит только из жидких УВ - пентана и высших.

Количество т растворенной жидкой фазы - конденсатный фактор Кф. Меняется в широких пределах - от nх10 до 1000 см³/м³ и более.

Глубина газоконденсатообразования 710-4500 м. Температуры 25-195⁰С. Давления 7,5-65 Мпа

Газогидраты - представляют собой твердые растворы, где растворителем является вода (лед), молекулы которой за счет водородных связей образуются объемный каркас, в полости которого внедряются легкоподвижные молекулы газа. При таянии воды молекулы высвобождаются, появляется природный газ в атмосферных условиях.

Структуры молекул воды:

· 1-го типа - могут содержать молекулы метана, этана, диоксида углерода.

· 2-го типа - пропан, изобутан.

· Типа H - могут внедряться комплексы молекул.

В зависимости от типа меняется внутренний объем молекулы. Метан - самая маленькая молекула. Чем больше пустотное пространство, тем большего размера молекулы могут внедриться.

Область распространения ГГ определяется наличием воды, газа, низких температур, и высоких давлений:

· Вода - пластовые воды, воды морей и океанов.

· Газ (CO₂, CH₄, H₂S) - осадки (биогенные газы), катагенетические глубинные газы.

· Температура: приповерхностные условия - зоны вечной мерзлоты, дно морей и океанов (<25°С).

· Давление - глубина.

Выделена равновесная кривая в координатах температура-глубина, в которой могу существовать ГГ. Она контролируется температурным градиентом. Нижняя граница существования ГГ - BSR (bottom simulation reflector), идентифицируется по сейсмике, параллелен поверхности осадочной толщи.

Физические свойства:

1. Относительная плотность газа (по отношению к плотности воздуха при температуре воздуха 20⁰С и нормальном давлении). Плотность меняется в зависимости от состава газа, т.к. контролируется молекулярной массы. Т.е., тем больше тяжелых гомологов метана, тем больше будет плотность. 1 моль газа имеет объем 22,4 л, 1 л газа весит 1,293 г, т.о., плотность газа рассчитывается по формуле: p=(M.m./22,4)/1,293=M.m./28,97, где M.m. - молярная масса. ГК = 0,62-0,875 г/см³ (40⁰API, обычно увеличивается с глубиной). ГГ - 0,9 г/см³.

2. Вязкость - это свойство молекул и текучих тел к взаимному перемещению. Динамическая вязкость для газа сухого: 13х10^-6 Па*с (при 0⁰С).

3. Т начала кипения и Т начала плавления (или потери текучести). ГК характеризуются низкой Т_нк (24-92⁰C). Для газа температура самовозгорания 650⁰С.

Критическая Т - температура, выше который газ при повышении давления не может быть превращен в жидкость. Растворимость газов при повышении Т в воде и нефти уменьшается, при повышении Р - увеличивается. Растворимость в нефти более высокая, чем в воде. Она зависит от свойств и состава нефти. В тяжелых вязких нефтях газ растворяется хуже, чем в легких.

4. Растворимость УВ в воде:

· Увеличивается в ряду: алканы, цикланы - арены (насыщенные УВ - наименьше растворимы).

· Уменьшается в ростом минерализации (главным образом, солености - NaCl).

· Уменьшается с увеличением газонасыщенности воды (на 30-50%).

· Увеличивается с увеличением температуры воды.

· С увеличением давления увеличивается растворимость легких газообразных УВ.

Крупнейшие газовые месторождения в мире.