НЕФТЯНОЙ ГАЗ. ПРИРОДНЫЙ И ПОПУТНЫЙ

НЕФТЯНОЙ ГАЗ

Известно, что газ может находиться в трех состояниях: газообразном состоянии; искусственно сжиженном состоянии; в виде природных кристаллических газогидратов. В недрах земли газ может быть сконцентрирован в следующих качествах: в виде скоплений метана в угольных пластах, газовых образованиях в пластовых условиях, попутного газа (смесь пропана и бутана) с месторождениями нефти, в толще жестких песков, в сланцевых пластах, а также в виде кристаллических газогидратов в толще морского дна. Природный газ в свою очередь является смесью газов, большая их часть относится к метану, меньшая — к его гомологам, тяжелым углеводородам: этану, бутану, пропану. В состав природного газа также входят неуглеродные соединения: сероводород, водород, диоксид углерода, гелий, азот (таблица). Каждое месторождение имеет свой уникальный химический состав газа, наиболее ярко выраженными свойствами, вызывающими парниковый эффект, обладает метан

Состав природного газа

Метан широко распространен в природе. Он всегда входит в состав пластовой нефти. Много метана растворено в пластовых водах на глубине 1,5-5 км. Газообразный метан образует залежи в пористых и трещиноватых осадочных породах. В небольших концентрациях он присутствует в водах рек, озер и океанов, в почвенном воздухе и даже в атмосфере. Основная же масса метана рассеяна в осадочных и изверженных породах.

Широкое распространение метана в природе позволяет предположить, что он образовался различными путями. Известно несколько процессов, приводящих к образованию метана: биохимический, термокаталитический, радиационно-химический, механохимический, метаморфический, космогенный.

Биохимический процесс образования метана происходит в илах, почве, осадочных горных породах и гидросфере. Известно более десятка бактерий, в результате жизнедеятельности которых из органических соединений (белков, клетчатки, жирных кислот) образуется метан. Даже нефть на больших глубинах под действием бактерий, содержащихся в пластовой воде, разрушается до метана, азота и углекислого газа.

Термокаталитический процесс образования метана заключается в преобразовании в газ органического вещества осадочных пород под воздействием повышенных температуры и давления в присутствии глинистых минералов, играющих роль катализатора. Этот процесс подобен образованию нефти. Первоначально органическое вещество, накапливающееся на дне водоемов и на суше, подвергается биохимическому разложению. Бактерии при этом разрушают простейшие соединения. По мере погружения органического вещества вглубь Земли и соответственного повышения температуры деятельность бактерий затухает и полностью прекращается при температуре 100 ⁰С. Затем включается другой механизм – разрушение сложных органических соединений (остатки живого вещества) в более простые углеводороды и, в частности, в метан, под воздействием возрастающих температуры и давления. Важную роль в этом процессе играют естественные катализаторы - алюмосиликаты, входящие в состав различных, особенно глинистых пород, а также микроэлементы и их соединения.

Если нефть образуется из органического вещества сапропелевого типа – осадков морей и шельфа океанов, получившихся из фито- и зоопланктона, обогащенных жировыми веществами, то исходным для образования метана является органическое вещество гумусового типа, состоящее из остатков растительных организмов. Это вещество при термокатализе образует в основном метан. Главная зона нефтеобразования соответствует температурам горных пород от 60 до 150 ⁰С, которые встречаются на глубине 1,5-6 км. В главной зоне нефтеобразования наряду с нефтью образуется и метан (в сравнительно малых количествах), а также его более тяжелые гомологи. Мощная зона интенсивного газообразования соответствует температурам 150-200 ⁰С и выше. Она находится ниже главной зоны нефтеобразования. В этой зоне в жестких температурных условиях происходит глубокая термическая деструкция не только рассеянного органического вещества, но и углеводородов горючих сланцев и нефти. При этом образуется большое количество метана.

Радиационно-химический процесс образования метана протекает при воздействии радиоактивного излучения на различные углеродистые соединения. Замечено, что черные тонкодисперсные глинистые осадки с повышенной концентрацией органического вещества, как правило, обогащены и ураном. Это связано с тем, что накопление органического вещества в осадках благоприятствует осаждению солей урана. Под воздействием радиоактивного излучения органическое вещество распадается с образованием метана, водорода и оксида углерода. Последняя сама распадается на углерод и кислород, после чего углерод соединяется с водородом, также образуя метан.

Основная масса метана большинства газовых месторождений мира имеет термокаталитическое происхождение. Образуется он на глубине от 1 до 10 км. Метан, имеющий биохимическое происхождение, образуется на глубинах до 1-2 км.

Природные газы делятся на три группы:

- газы, добываемые из чисто газовых месторождений;

- газы, добываемые из газоконденсатных месторождений;

- газы, добываемые вместе с нефтью из нефтяных месторождений.

Все газы представляют собой смеси парафиновых углеводородов с азотом, сероводородом, углекислым газом и другими компонентами, но в разных пропорциях. Газы чисто газовых месторождений наиболее легкие, они на 90 % и более состоят из метана. Газы нефтяных месторождений (их также называют попутным нефтяным газом) наиболее тяжелые, метана в них от 30 до 70 %. Газы газоконденсатных месторождений несколько более тяжелы, чем газы чисто газовых месторождений, но легче, чем нефтяной газ; метана в них от 80 до 90 %.

Природный газ бесцветен, а при отсутствии в нем сероводорода – не имеет запаха.

В нашей стране имеются многочисленные месторождения горючих газов, особенно в нефтеносных районах, например близ Саратова, Ставрополя, Ухты и др. Природные горючие газы перерабатываются на газоперерабатывющих заводах, которые строят вблизи крупных нефтяных и газовых месторождений.

Природный газ – ценное топливо, он сгорает нацело не оставляя золы, не образуя угарного газа (СО). Его теплотворная способность очень велика (40-50 кДж/кг). Кроме того, природный газ – сырье для химической промышленности.

Попутный газ представляет собой газообразные углеводороды, находящиеся в нефти в растворенном состоянии. При ее добыче газы выделяются на поверхность. Количество газа в кубометрах, растворенного в 1 т нефти в пластовых условиях, называют газовым фактором. Применяется попутный газ в качестве сырья для химической промышленности. Может быть использован также в качестве топлива.