- •По дисциплине «Геология и геохимия нефти и газа»
- •Часть I. Геохимия нефти и газа
- •1.1 Общие сведения о горючих ископаемых – каустобиолитах 7
- •1.2 Состав, свойства и классификации нефтей 18
- •1.3. Состав, свойства и классификации природных газов 36
- •1.4 Происхождение нефти и газа 60
- •1.5 Литогенез и образование нефти и газа 69
- •Часть II. Геология нефти и газа
- •2.6. Природные резервуары и нефтегазоносные комплексы 94
- •2.7. Формирование и разрушение месторождений (залежей)
- •2.8. Залежи и месторождения нефти и газа, их классификации и
- •2.9. Нефтегазогеологическое районирование и закономерности
- •2.10.3. Контроль знаний модуля 2_10
- •Контроль знаний модуля Введение
- •Общие сведения о горючих ископаемых – каустобиолитах
- •Контроль знаний модуля 1.1.
- •Состав, свойства и классификации нефтей
- •2.1 Элементный и компонентный состав нефтей
- •2.2 Физические свойства и фракционный состав нефтей
- •2.3 Геохимическая эволюция и физическая дифференциация нефтей
- •1.2.4 Классификации нефтей
- •3.Состав, свойства и классификации природных газов
- •3.1 Основные физические свойства природных газов
- •3.2 Характеристика компонентов природных газов
- •3.3 Классификации природных газов
- •3.4 Химический состав газов газовых залежей
- •3.5 Формирование газоконденсатных систем, их состав и свойства
- •3.6 Химический состав газов газонефтяных и нефтяных залежей
- •3.7 Газовые гидраты
- •1.3.8. Контроль знаний модуля 1_3
- •1.4.Происхождение нефти и газа
- •4.1. Развитие представлений о происхождении нефти и газа и их значение для науки и практики
- •4.2 Различия органических и неорганических концепций. Основные гипотезы и факты неорганической концепции
- •4.3 Основные положения и факты органической теории
- •4.4 Варианты решения проблемы происхождения нефти и газа в органической теории. Гибридные представления о происхождении нефти газа
- •Контроль знаний модуля 1_4
- •5.Литогенез и образование нефти и газа
- •5.1 Круговорот углерода в природе, его энергетические источники и значение для образования нефти и газа
- •5.2 Исходное органическое вещество осадочных пород
- •5.3 Седиментогенез и диагенез органического вещества
- •5.4 Состав преобразованного органического вещества
- •5.5 Генетические и геохимические типы нерастворимого органического вещества
- •5.6 Концентрации органического вещества в осадочных породах разных формаций
- •5.7 Формы нахождения органического вещества, фациальные условия формирования и формационный состав основных нефте- и газообразующих осадочных пород
- •5.8 Катагенез органического вещества и его факторы
- •5.9 Шкала градаций катагенеза органического вещества
- •5.10 Вертикальная геохимическая или термобарическая зональность процесса нефте- и газообразования
- •5.11 Характеристика главных зон нефте- и газообразования
- •5.12 Нефте- и газоматеринский потенциал осадочных пород
- •5.13.Контроль знаний модуля 1_5
- •6.Природные резервуары и нефтегазоносные комплексы
- •6.1 Породы-коллекторы
- •2.6.1.1 Основные свойства пород-коллекторов
- •2.6.1.2 Классификации пород-коллекторов
- •2.6.1.3 Изменение коллекторских свойств пород с глубиной
- •2.6.2 Флюидоупоры и ложные покрышки
- •2.6.3 Природные резервуары
- •2.6.4 Ловушки нефти и газа
- •2.6.5 Нефтегазоносные комплексы
- •2.6.6 Термобарические условия в природных резервуарах и нефтегазоносных комплексах
- •2.6.6.1 Горное и пластовое давление
- •2.6.6.2 Причины образования аномальных пластовых давлений
- •2.6.6.3 Геотермические условия в природных резервуарах и нефтегазоносных комплексах
- •2.7. Формирование и разрушение месторождений (залежей) нефти и газа
- •2.7.1 Первичная миграция нефти и газа
- •2.7.2 Вторичная миграция. Классификация миграционных процессов
- •2.7.3 Факторы вторичной миграции нефти и газа
- •2.7.4 Масштабы и направление миграции нефти и газа
- •2.7.5 Аккумуляция нефти и газа в ловушке
- •2.7.6 Время, продолжительность и скорость формирования залежей нефти и газа
- •2.7.7 Методы определения времени формирования залежей нефти и газа
- •2.7.8 Факторы разрушения залежей нефти и газа
- •2.7.9. Контроль знаний модуля 1_7
- •2.8. Залежи и месторождения нефти и газа, их классификации и параметры
- •2.8.1 Масштабы проявления нефтегазоносности на Земле
- •2.8.2 Элементы залежей нефти и газа
- •2.8.3 Классификация и номенклатура залежей нефти и газа по фазовому состоянию
- •2.8.4 Понятие о запасах и ресурсах нефти и газа и их классификации
- •2.8.5 Разделение залежей (месторождений) по величине запасов
- •2.8.6 Классификации залежей нефти и газа по генетическому типу ловушек и по форме природных резервуаров
- •2.8.7. Контроль знаний модуля 1_8
- •2.9. Нефтегазогеологическое районирование и закономерности размещения скоплений нефти и газа в земной коре
- •2.9.1 Цели и основные задачи районирования
- •2.9.2 Принципы и систематические единицы нефтегазогеологического районирования
- •2.9.3 Классификации нефтегазоносных провинций и нефтегазоносных бассейнов
- •2.9.4. Закономерности размещения скоплений нефти и газа в земной коре
- •2.9.5. Контроль знаний модуля 1_9
- •10.Основы разработки нефтяных и газовых месторождений
- •10.1.Объект и система разработки
- •10.2.Классификация и характеристика систем разработки
- •10.3.Контроль знаний модуля 1_10
- •11.Основы технологии переработки углеводородного сырья
- •11.1.Производство бензинов с улучшенными экологическими характеристиками
- •11.2.Улучшение экологических характеристик моторных топлив
- •11.3. Технологические процессы переработки углеводородных систем, улучшающие экологические качества бензинов.
- •11.3.1.Реформулированные моторные топлива
- •11.3.2.Каталитический риформинг
- •11.4 Реактивное топливо
- •2.11.5.Дизельные топлива с улучшенными экологическими характеристиками
- •2.11.5.1.Загрязнение окружающей среды при использовании дизельных топлив
- •2.11.6 Котельные топлива с улучшенными экологическими характеристиками
- •2.11.7.Рациональные направления переработки углеводородных газообразных систем.
- •Контрольные вопросы 11.2:
- •Контрольные вопросы 11.6.1
- •Литература
3.3 Классификации природных газов
Первую классификацию природных газов составил В.И. Вернадский, в 1912 году. В этой классификации газы были разделены на три группы: 1) по форме или условиям нахождения в природе; 2) по источникам происхождения или генезису; 3) по химическому составу.
На основании учета этих факторов позже был создан целый ряд классификационных схем природных газов. Кроме них существуют классификации газов по их практической ценности и содержанию полезных компонентов.
Классификации природных газов по условиям (формам) нахождения в природе. В наиболее общем виде выделяются следующие три формы существования природных газов:
свободные газы атмосферы;
водорастворенные газы гидросферы (океанов, морей, озер, прудов и рек);
газы земной коры.
Газы этих форм постоянно взаимодействуют, то есть переходят из одних условий существования в другие.
Наиболее разнообразны условия нахождения газов в земной коре, где они находятся в двух основных формах: рассеянной и концентрированной (табл. 4).
Рассеянные формы газов содержатся в открытых и закрытых порах горных пород, сорбированы минеральной частью пород и рассеянным ОВ, растворены в пластовых водах и микронефти.
Концентрированные формы газов являются объектами поисково-разведочных работ и разработки. Находятся они в газовых скоплениях, растворены в залежах нефти и в пластовых водах.
Таблица 4. Формы нахождения природных газов в земной коре (В.В. Доценко; 2007)
Рассеянные формы |
Концентрированные формы |
Растворенные в пластовых водах |
Залежи свободных газов; например, Уренгойское газовое месторождение содержит 10 трлн. м3 газа |
Растворенные в микронефти (протонефти) |
Растворенные в залежах нефти; например, нефтяные месторождения Большой Бурган и Гавар содержат по 1 трлн. м3 газа, растворенного в нефти |
Содержащиеся в открытых и закрытых порах горных пород в свободном состоянии |
Водорастворенные газы пластовых вод, при их высоком газосодержании, порядка 5-10 м3 на 1 м3 или на 1 т. воды |
Сорбированные минеральной частью горных пород |
Сорбированные торфами, углями и горючими сланцами |
Сорбированные рассеянным органическим веществом осадочных пород |
Залежи газовых гидратов |
Поглощенные (окклюдированные) микроскопическими полостями минералов |
Газовые струи (проявления) из магматических очагов, грязевых вулканов, разрушающихся газовых залежей |
Например, Уренгойское газовое месторождение содержит 10 трлн. м3 свободного газа, нефтяные месторождения Большой Бурган и Гавар содержат более 10 млрд. т извлекаемых запасов нефти каждое. В нефтях этих месторождений растворено по 1 трлн. м3 газов. Огромные объёмы газа существуют в виде залежей твёрдых газовых гидратов на дне Мирового океана.
Генетические классификации природных газов. Газы образуют различные смеси, в которых определить генезис отдельных компонентов не всегда возможно. Существует много генетических классификаций газов, в которых выделяется различное количество генетических классов и типов газов. В таблице 5 дано сопоставление наиболее известных схем генетических классификаций, которые показаны в ней в несколько упрощённом виде. Наиболее краткой из них является классификация газов В.И. Ермакова и др. (1990), в которой все природные газы разделены на три большие группы: биогенную, литогенную и органолитогенную.
Таблица 5. Сопоставление схем генетических классификаций природных газов разных авторов
А.Л. Козлов (1950) |
|||
А. Газы земной коры |
Б. Газы миграционного характера |
||
1. Биохимические: СН4, СО2, СnН2n+2, N2, H2S, O2, NH3 и др. |
1. Космического происхождения: все инертные газы |
||
2. Природных химических реакций (обменного разложения): СО2, H2S и др. |
2. Воздушного происхождения: N2, O2, инертные газы |
||
3. Метаморфического происхождения: СО2, H2S, СН4, СnНm, СО, N2, НСl, НF, NH3, В(ОН)3, Сl, SО2, Н2, сульфиды, хлориды |
3. Магматические (газы подкоровых глубин): вероятно, те же, что и газы метаморфического происхождения |
||
4. Радиоактивного происхождения: Не, эманации радия (Rа), тория (Тh), Ar, Хе |
|||
5. Радиохимического происхождения: H2, O2, СН4, СО, СnН2n+2, СО2 и др. |
|||
6. Ядерных реакций: все элементарные газы |
|||
И.В. Высоцкий (1954) |
|||
А. Газы, формирующиеся в земной коре: 1. Биохимические: СО2, Н2О, СН4, СnНm 2. Литологические: СО2, газы вулканических извержений H2S 3. Радиоактивные Не, О2, Н2, СО, СО2, СН4, СnНm |
Б. Циркуляционные газы: 1. Атмосферные: N2, О2, СО2 |
В. Реликтовые (космические) газы: 1. Космические (?): редкие инертные газы
|
|
А.А. Карцев (1969) |
|||
Газы земного генезиса |
Космогенные газы |
||
1. Хемогенные газы: СО2, H2S и др. |
1. Инертные газы: N2, Аr |
||
2. Радиогенные газы: Не, Аr и др. |
|
||
3. Биогенные газы: О2, Н2, H2S и многие др. |
|
||
4. Техногенные газы: СО2 и др. |
|
||
М.И Суббота и А.В. Романюк |
|||
Ì. Биохимические газы: СО2, СН4, N2, СО, N2О, NО2, Н2, NН3, H2S, С2Н4, О2 |
|||
ÌÌ. Газы химического генезиса:СО2, СН4, СО, СnН2n, Н2 и др. |
|||
ÌÌÌ. Газы дегазации мантии: СН4, Н2, NН3, N2, СО2, SО2, H2S, СО, Н2О и др. |
|||
ÌV. Газы радиоактивного распада и радиохимического генезиса: Не, Ar, Rn, Н2, О2 |
|||
V. Газы, образующиеся под воздействием космических лучей: Н, Не, Н2, О2, N2, О3 |
|||
В. И. Ермакова и др. (1990) |
|||
Биогенные: О2, СО2, СН4, N2, H2S, NH3, С2Н6, С3Н8, С4Н10 |
Органолитогенные: СН4, С2Н6, С3Н8, С4Н10, СО2, Н2, H2S и др. |
Литогенные: СО2, Н2, H2S, Не, Ar, Xe, SO2, N2, CO, HCl, HF, Cl, NH3 Rn и др. |
1. Биогенные газы образуются в результате жизнедеятельности различных организмов, а также разложения и преобразования органических и минеральных веществ в биосфере.
2 .Органолитогенные газы образуются при термической деструкции (углефикации) ОВ в зоне катагенеза и метагенеза, вплоть до исчерпания его продуктивности и превращения в графит.
3. Литогенные газы образуются в результате физико-химических и радиоактивные процессов в минеральном скелете водонасыщенных осадочных пород в зоне катагенеза, метагенеза и метаморфизма, а также в магматических породах земной коры и мантии.
Классификации природных газов по химическому составу. По химическому составу классифицируются газы конкретных форм или условий нахождения в природе. Существует большое количество различных химических классификаций. Отличаются они широтой охвата форм газов и соответственно количеством выделенных классов газов по химическим компонентам и их количественным содержанием. Широко известна комплексная классификация природных газов, составленная в 1966 году В.А. Соколовым. В ней, по условиям нахождения газов в природе, выделено восемь типов, указан их химический состав и происхождение (табл. 6).
Среди газов литосферы классифицируются свободные газы газовых и газоконденсатных месторождений и газы, растворенные в нефти; газы, растворенные в подземных водах; газы угольных месторождений (угленосных бассейнов); газы залежей газовых гидратов; газы метаморфических, магматических пород и рудных месторождений; газы грязевых вулканов; вулканические газы.
Газы газовых, газоконденсатных и нефтяных месторождений образуют разнообразные смеси, состоящие из углеводородных и неуглеводородных компонентов. По преобладающим компонентам можно выделить 13 типов газов: углеводородные, азотные, углекислые, сероводородные и другие типы, которые представлены различными сочетаниями вышеназванных газов, например азотно-углеводородные, углекисло-азотно-углеводородные, углеводородно-углекислые и так далее.
Иногда углеводородные газы разделяют на классы в зависимости от количественного содержания отдельных компонентов: углекислого газа, сероводорода, азота, гелия и других газов.
Таблица 6. Классификация природных газов по условиям нахождения, химическому составу и генезису (по В.А. Соколову, 1966)
Тип газа по условиям нахождения в природе |
Химический состав |
Происхождение газа |
|
Основные компоненты |
Важнейшие примеси |
||
I. Газы атмосферы |
N2, O2 |
Ar, CO2, Ne, He, Kr, Xe, H2, O3 |
Смесь газов химического, биохимического и радиогенного происхождения (He, Ar) |
II. Газы земной поверхности: 1) почвенные и подпочвенные
2) болотные и торфяные
3) морских субаквальных осадков |
CO2, N2, O2 |
Ar, CH4, N2O, H2, благородные газы (из атмосферы) |
CO2, CH4, N2O, H2 преимущественно биохимического происхождения, эти газы примешаны к атмосферному воздуху |
CH4, CO2, N2 |
Ar, H2, CO, NH3, N2O, H2S, благородные газы (из атмосферы) |
CH4, CO2, H2, NH3, N2O, H2S преимущественно биохимического происхождения |
|
CO2, CH4, N2 |
H2, NH3, H2S, Ar |
Все газы, кроме благородных, преимущественно биохимического происхождения |
|
III. Газы осадочных пород: 1) нефтяных месторождений 2) газовых месторождений 3) угольных месторождений 4) соленосных отложений 5) пластовых вод |
CH4, ТУВГ, N2 |
CO2, H2S, He, Ar, H2 |
Все газы, кроме благородных, главным образом химического происхождения. Имеется примесь газов биохимического и иного происхождения (частично H2S и др.). На значительных глубинах, где вследствие повышения температуры нормальная деятельность микроорганизмов прекращается, биохимические газы отсутствуют |
CH4, C2H6, N2, CO2 |
ТУВГ, H2S, He, Ar, H2, |
||
CH4 |
CO2, N2, H2, ТУВГ, H2S, NH3, He, Ar |
||
CH4, N2, H2, CO2, |
H2S, ТУВГ, N2, H2 |
||
CH4, CO2, Н2, N2, O2 |
ТУВГ, H2S, H2, Ar |
||
IV. Газы океанов и морей |
CO2, N2 |
NH3, H2S, O2, Ar |
NH3, H2S, O2 и частично СО2 биохимического происхождения, часть СО2 и N2 образуется химическим путем, а Аr имеет радиогенное происхождение. В верхние слои океанов и морей СО2, N2 и О2 попадают из атмосферы |
V. Газы метаморфических пород |
CO2, N2, H2 |
CH4, H2S, ТУВГ, He, Ar |
Газы, кроме благородных, химического происхождения |
VI. Газы магматических пород |
CO2, H2 |
N2, H2S, He, Ar. На больших глубинах SO2, HCI, HF |
Тип газа по условиям нахождения в природе |
Химический состав |
Происхождение газа |
|
Основные компоненты |
Важнейшие примеси |
||
VII. Газы вулканические: 1) высокотемпературные (из лавовых озер и др.) 2) фумарольные (100-300 ºС) 3) термальных источников |
СО2, Н2, SO2, HCl, HF |
N2, CO, NH3, He, Ar |
Все газы, кроме благородных, химического происхождения. Они представляют собой в той или иной степени изменённые газы, поступающие из верхней мантии с примесью газов из вышерасположенных оболочек |
СО2, Н2, H2S, SO2 |
CO, HCl, HF, N2, NH3, He, Ar |
||
СО2, SO2 |
N2, CO, NH3, He, Ar |
||
VIII. Газы космоса |
H2, H, He |
CO, радикалы CH, CH2, OH и другие, ионизированные атомы элементов Ne, N, Ar |
Все газы являются результатом ядерных, радиационно-химических и химических реакций |