27. Классификация природных газов.
Состав природных газов. В состав природных газов входят:
а) Углеводороды – алканы CnH2n+2 и цикланы CnH2n.
б) Неуглеводороды – азот N2, углекислый газ СО2, сероводород Н2S, ртуть, меркаптаны RSH.
в) Инертные газы – гелий, аргон, криптон, ксенон.
Классификация природных газов. Природные газы подразделяют на три группы:
1. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они представляют собой сухой газ, практически свободный от тяжелых углеводородов.
2. Газы, добываемые вместе с нефтью. Это физическая смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции (сжиженного газа) и газового бензина.
3. Газы, добываемые из газоконденсатных месторождений. Они состоят из сухого газа и жидкого углеводородного конденсата. Углеводородный конденсат состоит из большого числа тяжелых углеводородов, из которых можно выделить бензиновые, лигроиновые, керосиновые, а иногда и более тяжелые масляные фракции. Кроме того, присутствуют N2, СО2, H2S, Не, Аг и др.
4. Искусственные газы получают из твердых топлив (горючие сланцы, бурый уголь) в газогенераторах, ретортах, тоннельных и прочих печах при высоких температурах, а иногда и при повышенных или высоких давлениях.
КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ
Вопрос генетической классификации газов сложен, так как газы, как правило, благодаря своей миграционной способности обычно не находятся там, где образовались. Образование газов различно и они часто образуют разнообразные смеси.
Первым предложил классификацию газов В. И. Вернадский. Он указывал; что при изучении газов необходимо знать следующие факторы: 1) морфологию природных газов, т. е. формы их нахождения в земной коре; 2) химический состав; 3) историю.
По морфологии природные газы разделяются на:
- содержащиеся в порах горных пород;
- свободные (атмосфера),
- газовые струи — вулканические, тектонические, поверхностные;
- газовые испарения;
- жидкие растворы газов (газы океанов, морей, рек, различных водных источников);
6) твердые растворы газов (газы, адсорбированные горными породами и минералами).
По истории природные газы В. И. Вернадский подразделил на: 1) газы земной поверхности; 2) газы, связанные с высокой температурой; 3) газы, проникающие в земную кору. Под последними подразумеваются газы, проникающие на земную поверхность в связи с тектоническими процессами. Эти тектонические газы В. И. Вернадский подразделил по составу на: азотные; углекислые; метановые; водородные газовые струи; для глубинных зон земной коры — водяные газовые струи, так как вода в условиях больших глубин находится в парообразном состоянии.
A. А. Карцев предложил генетическую классификацию природных газов:
- космогенные газы,- которые остались от протопланетного облака, из которого образовалась Земля; до наших дней сохранились, по-видимому, только инертные газы — азот и аргон;
- газы земного генезиса образовались из других веществ в результате различных непрерывно происходящих геохимических процессов; они, в свою очередь, могут быть подразделены на: а) хемогенные; б) радиогенные; в) техногенные — возникшие в результате деятельности человека; г) биогенные.
Газы различного происхождения образуют разнообразные смеси — газовые ассоциации, определить генезис отдельных компонентов которых не всегда возможно. Поэтому генетическая классификация газов имеет преимущественно теоретическое значение.
Параллельно с процессами образования газов происходят и процессы их разрушения, в результате которых вместо газообразных веществ получаются продукты, находящиеся в других фазовых состояниях. Например, при действии кислорода на сероводород образуются твердая свободная сера и жидкая вода.
B. А. Соколовым была предложена классификация природных газов в соответствии с условиями их нахождения в природе и химическим составом (табл.-?).
Газы атмосферы. Свободные газы сосредоточены только в атмосфере и в осадочной оболочке Земли. Масса свободных газов атмосферы на порядок превосходит все количество газов стратисферы, в которой масса газов свободных скоплений в залежах составляет лишь небольшую часть.
Таблица 7. Классификация природных газов (по В. А. Соколову)
Источник
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)
Растворенные в пластовых водах
Залежи свободных газов; например, Уренгойское газовое месторождение содержит 10 трлн. м 3 газа
Растворенные в микронефти (протонефти)
Растворенные в залежах нефти; например, нефтяные месторождения Большой Бурган и Гавар содержат по 1 трлн. м 3 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 м 3 на 1 м 3 или на 1 т. воды
Сорбированные минеральной частью горных пород
Сорбированные торфами, углями и горючими сланцами
Сорбированные рассеянным органическим веществом осадочных пород
Поглощенные (окклюдированные) микроскопическими
Газовые струи (проявления) из магматических очагов, грязевых вулканов, разрушающихся газовых залежей
Например, Уренгойское газовое месторождение содержит 10 трлн. м 3 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. м 3 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
1. Космического происхождения: все инертные газы
2. Природных химических реакций
(обменного разложения): СО2, H2S и др.
2. Воздушного происхождения: N2, O2, инертные газы
3. Магматические (газы подкоровых глубин):
вероятно, те же, что и газы метаморфического происхождения
4. Радиоактивного происхождения: Не, эманации радия (Rа), тория (Тh), Ar, Хе
6. Ядерных реакций: все элементарные газы
А. Газы, формирующиеся в земной коре:
2. Литологические: СО2, газы вулканических извержений H2S
1. Хемогенные газы: СО2, H2S и др.
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
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)
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)
Источник