Геология, поиски и разведка месторождений нефти и газа (стр. 13 )

Нафтеновые углеводороды (цикланы) имеют формулу СnH2n

Нафтены улучшают экплуатационные свойства бензинов и масел, являются сырьем для получения ароматических углеводородов (рис. 1.22 А).

Ароматические углеводороды (арены) имеют формулу СnH2n-6 Они обладают хорошей растворяющей способностью, но высокотоксичны (рис. 1.22.Б).

А Б

СН2 Н2С СН2 Н2С СН2 НС2	СН2 Н2С СН2 Н2С СН2 НС2
Циклогексан	Бензол

Рис. 1.22. Примеры структуры углеводородов

нафтенового (А) и ароматического (Б) рядов.

Чистые, без примесей, газы не имеют запаха, а жидкие углеводороды пахнут приятно для каждого нефтяника. Неприятный запах углеводородам придают разнообразные примеси, главным образом меркаптаны.

Физические свойства нефтей различны, меняясь в зависимости от химического состава, температуры и давления, а также от растворенного в нефти газа.

Плотность нефти колеблется от 0,77 до - 1.1 г/см куб. Чаще всего встречаются нефти с плотностью - 0,82 - 0,92 г/см куб. В пласте ее значения меньше, чем на поверхности, за счет присутствия газа. Плотность нефти меряется как в г/см3, так и в 0АРI. Соотношения между этими величинами приведены в приложении - 2 - справочные данные.

Температура кипения различных нефтей меняется - от 30 до 600° в зависимости от их химического состава. На этом свойстве основана разгонка нефтей на фракции.

Вязкость нефтей различна и непостоянна - она сильно зависит от температуры, уменьшаясь при ее повышении. На этом свойстве основаны методы добычи нагревом и паром.

Поверхностное натяжение нефтей также бывает различным, но всегда меньшим, чем у воды. Это свойство используется для вытеснения нефти водой из пор пород-коллекторов.

Нефть диэлектрик, что используется в электрокаротаже.

Теплота сгорания до 45 500 дж./кг, (каменный уголь 33 600 дж/кг) 1 см куб нефти способен вскипятить полстакана воды. Нефть - сгусток энергии, видимо, поэтому до сих пор человечество никак не выполнит завет - "Нефть не топливо, топить можно и ассигнациями".

Растворимость газа в воде до 10 м/м, в нефти до 50 м/м. Критическая температура для метана 83°С.

Оптические свойства нефтей.

Чистые, без примесей углеводороды бесцветны, цвет нефтям придают примеси, в основном - смолы.

Оптическая активность нефтей – способность вращать плоскость поляризации света. Она обусловлена хиральностью (киральностью) молекул углеводородов в нефтях. Это вид изомерии, фундаментальное свойство органических соединений существовать в виде пространственно несовместимых зеркально симметричных форм - энантиомеров (как перчатки на левую и правую руку). Оптически активными могут быть только хиральные молекулы. Важнейшие ферментативные процессы в живых организмах протекают стерео селективно, с участием только одного энантиомера. Большинство нефтей вращают плоскость поляризованного луча вправо, известны и левовращательные нефти. Отмечено, что чем моложе нефть, тем больше угол поворота поляризованного луча. Поскольку образование веществ, обладающих оптической активностью, характерно для жизненных процессов, то оптическая активность нефтей является свидетельством их генетической связи с биологическими системами. Установлено, что главными носителями оптической активности нефти являются циклоалканы – хемофоссилии.

Показатели преломления и спектры поглощения нефтей разнообразны и строго индивидуальны. На этом свойстве нефтей основаны их ИК и УФ спектроскопия.

Люминесценция – свечение под действием облучения неотъемлемое свойство нефтей и продуктов их преобразования. Люминесцируют не чистые вещества, а их растворы, главным образом смол. На люминесцентных свойствах соединений нефти основан ряд эффективных и простых методов их исследования.

Нефти очень разнообразны, их классифицируют по разным признакам. См. приложение 3.

Газовые углеводородные системы.

Природные газы – это углеводородные растворы, имеющие в атмосферных условиях газообразное состояние. Природные газы находятся в Земле в различном состоянии: свободные в атмосфере и в газовых залежах, растворенные в водах, сорбированные, окклюдированные, в виде твердых растворов (газогидраты) (Баженова, 2000). Газы, растворенные в нефти и выделяющиеся при разработке, называются попутными.

Основными компонентами природного газа являются углеводороды от метана (основная доля) до бутана. Кроме того, природные газы включают углекислый газ, азот, сероводород, инертные газы. По соотношению метана и других компонентов, природные газы делятся на сухие, состоящие преимущественно из метана - 85% и содержащие менее 10 cм3/м3 конденсата, тощие (содержащие 10 – 30 cм3/м3 конденсата) и жирные (30 -90 cм3/м3 конденсата).

Свойства газов на поверхности и в пластовых условиях отличаются. На растворимость природного газа влияют температура, давление, состав газа и нефти. Растворимость газа в нефти повышается с ростом давления, понижением температуры, растет в ряду С1 – С4, и с уменьшением плотности нефти. Давление, при котором данная нефть полностью насыщена газом, называется давлением насыщения. Если давление в залежи падает, то газ выделяется в свободную фазу.

Из не углеводородных газов, присутствующих в месторождениях природного газа, упомянем сероводород и гелий.

Сероводород (H2S) – бесцветный горючий высокотоксичный газ с характерным резким запахом. При концентрации его в воздухе более 0,1% можно умереть, предельно допустимое его содержание в воздухе – 0,01 мг/л. В природных газах содержание сероводорода редко превышает 1%

Гелий (Не) – благородный (химически инертный) раз без цвета и запаха. Среднее содержание гелия в земной коре 1∙10 –6 вес.%, в атмосфере 5,2∙10 –4 об.%, в природных газах содержание гелия достигает 18 об%, в попутных – 0,5%. Гелий – ценнейшее химическое сырье.

Газогидрат (газовый клатрат) – соединение метана с водой, имеющее облик подтаявшего льда. Область его устойчивости при нормальном давлении – до -4°С. Кристаллическая решетка клатратов построена из молекул воды, во внутренних полостях которых находятся молекулы газа, образующего гидрат. Незаполненная газом решетка существовать не может, чем отличается ото льда. Техногенные газогидраты, образующие пробки в газопроводных скважинах и стволах, известны более 150 лет. В настоящее время в природном состоянии газовые клатраты описаны в зонах распространения вечной мерзлоты, в придонных илах Мирового океана. Проблеме гидратов газа и их промышленного использования посвящена многочисленная литература. Однако, многие вопросы размещения, добычи и использования газовых гидратов разработаны недостаточно. Самое главное - не вполне еще ясно, являются газогидраты уникальным природным образованием, имеющим исключительно научный интерес, или перспективным нетрадиционным промышленным источником газового сырья.

1.8.2. Происхождение нефти и газа.

1.8.2.1. Концепции неорганического происхождения нефти.

Идея возможности неорганического происхождения нефти была выдвинута в XIX веке замечательным естествоиспытателем А. Гумбольтом. Позднее популярность неорганической теории была связана с авторитетом и с привлекательностью космических идей . Позднее концепции неорганического происхождения развивались петербургским геологом , киевским исследователем , а также зарубежными учеными – К. Мак-Дерматом, Ф. Хойлем и др.

-  В нашей стране наиболее широкую известность получила теория, сформулированная , доложенная им в 1876 году в Русском химическом обществе. По его мнению, вода, проникая по разломам в глубинные недра Земли, вступает во взаимодействие с карбидами металлов. Образовавшиеся при этом взаимодействии углеводородные пары по тем же разломам поднимаются в верхние части земной коры, где конденсируются, образуя скопления нефти.

В 1889 году в Московском обществе испытателей природы доложил свою концепцию неорганического происхождения нефти. Это было время увлечения теорией космизма, начинал работать . Идеи единства вещественного состава Солнечной системы, естественных связей земного и небесного носились в воздухе. Сущность же теории сводилась к следующему:

1.  Углеводороды возникают в космических телах на ранних стадиях их развития из углерода и водорода, количество которых во всех космических телах, в том числе и в Земле огромны.