Файл: Горючие полезные ископаемые.pdf

№ Вопрос
Ответ
1
Понятие горючих полезных ископаемых
Горючие полезные ископаемые, также называют ископаемое топливо - являются горючими материалами, добываемыми под поверхностью земли или добываемые открытым способом. К горючим полезным ископаемым относят нефть, каменный уголь, природный газ, горючие сланцы, торф и другие виды. Все вместе горючие породы образуют особое семейство, получившее название каустобиолиты. Каустобиолиты- ископаемые, биолиты, содержащие большое количество углерода, органического происхождения, представляющие собой продукты преобразования остатков растительных, реже животных, организмов под воздействием геологических факторов.
Палеоботаник Генри Потонье разделил каустобиолиты по происхождению на 3 группы: битуминозные (битум - твёрдое или вязкое органическое соединение; вещество, применяемое в дорожном строительстве), угольные
(«гумусовые») и липтобиолиты. К каустобиолитам битумного (нефтяного) ряда относятся все разновидности нефти, горючие углеводородные газы, мальты, асфальты, асфальтиты, озокерит, а также рассеянные B породах растворимые B нейтральных органических жидкостях вещества (битумоиды). Каустобиолиты угольного
(гумусового) ряда - это различные торфы, бурые и каменные угли, антрациты, т. е. горючие ископаемые, при образовании которых основную роль, как полагают большинство исследователей, играли различные вещества растительного происхождения. K липтобиолитам относятся некоторые органические соединения растительного происхождения (наиболее устойчивые бкомпоненты растительной органики)- ископаемые СМоЛЫ, ВоСКИ, стерины, споронины и т.п. Представителями этой группы являются янтарь и другие минералы. Каустобиолиты делятся на сингенетичные (поступившие в осадок вместе с основной формирующей массой) угольного ряда и
эпигенетичные (внедрившиеся в породу в постседиментационном этапе) каустобиолиты нефтяного ряда к которым отнесены УВ газы, нефти, мальты, асфальты и прочие природные битумы. Нефть - жидкий каустобиолит, представитель ряда нафтидов, способный к перемещениям в недрах и в поверхностных условиях. Газ природный - смесь углеводородов, преимущественно метана, с небольшими примесями других газов, добываемая из осадочных горных пород Земли.
2
Возобновляемые и невозовновляемые источники энергии
Энергетические ресурсы Россиии Мира делятся на первичные и вторичные. К первичным невозобновляемым относятся - нефть, природный газ, уголь ,горючие сланцы, ядерное горючее, к возобновляемым - энергия воды, ветра, солнца, биомассы и торфа, тепла земных недр и др. Электрическая и тепловая энергия, энергия сжатого воздуха, химических итехнологических процессов относятся к вторичным энергетическим ресурсам. на невозобновляемые источники энергии приходится около 87% баланса. на возобновляемые источники энергии –
12,6% энергетического баланса.

3
Состояние сырьевой базы нефти и газа в
России и в мире
4
Физико-химические свойства нефти
В химическом отношении нефть – сложная смесь УВ в гетероатомных (преимущественно серо-, кислород- и азотсодержащих) органических соединений.
В физическом отношении нефть – коллоидно-дисперсная сложноорганизованная система.
Физико-химические свойства нефти зависят от химического состава и структуры компонентов.
Важнейшие физико-химические характеристики: плотность, вязкость, температура застывания, поверхностное
натяжение, сжимаемость, температура кипения, теплота сгорания, растворимость и растворяющая
способность, содержание попутных компонентов
Нефти различаются по элементному, изотопному, фракционному и групповому углеводородному составу.
Химический состав нефти
Нефть состоит из смеси различных углеводородных соединений.
Для геохимической характеристики нефти используют показатели, которые отражают главные свойства нефти и позволяют сопоставлять особенности различных сортов нефти.
Такими показателями являются:

• - элементный состав – содержание в нефти элементов, образующих молекулы углеводородов и гетеросоединений. Все нефти состоят из пяти биогенных элементов: углерода (С), водорода (Н), серы (S), азота (N) и кислорода (О). Содержание углерода в нефтях колеблется в пределах 83-87%, водорода - 11-
14%. Из других элементов в нефтях чаще всего встречается сера. Её содержание иногда достигает 6-8%.
• -фракционный состав – выход фракций, отбираемых по температурам кипения в процессе нагревания нефти;
Температура выкипания:
1.До 60°С Петролейный эфир
2.60-200°С Бензин
3.200-300°С Керосин
4.300-400°С Газойль
5.400-500°С Смазочные масла
>500°C Гудрон (неперегоняемый остаток); 1-3 - светлые фракции, 4-5 - темные фракции или мазут
• -компонентный состав – содержание в нефти компонентов, выделяемых по агрегатному состоянию и растворимости в органических растворителях; Существует четыре компонента нефти: Газ
+ бензин, Углеводородные масла (в т.ч. твердые парафины), Смолы и Асфальтены.
• - групповой углеводородный состав (см 6 вопрос)
Физические свойства нефти:
Плотность нефти зависит от плотности образующих ее соединений и от величины их концентраций. Например: в легкой нефти преобладают легкокипящие фракции (бензин и керосин), а в тяжелых – мазут; нефть с преобладанием метановых УВ легче нефти, обогащенной ароматическими УВ; чем больше в нефти содержится смолисто- асфальтеновых веществ (САВ), тем она тяжелее; в пластовых условиях плотность нефти меньше, чем на земной поверхности, т.к. нефть в пластовых условиях содержит растворенные газы.
По плотности нефти классифицируются:
1) Особо легкая (до 0,83 г/см3)
2) Легкая (0,831-0,85 г/см3)
3) Средние (0,851-0,87 г/см3)
4) Тяжелые (0,871- 0,895 г/см3)
5) Очень тяжелые – битуминозные (более 0,895 г/см3)
Вязкость нефти – способность жидкости оказывать сопротивление перемещению ее частиц под влиянием действующих сил. Вязкость зависит от состава нефти и условий её нахождения: чем больше ароматических и нафтеновых УВ, тем больше молекулярный вес и больше вязкость нефти; чем больше гетероэлементов (сера, азот, кислород) в нефти, тем она более густая и вязкая; легкие нефти с небольшим содержанием парафина, как правило, маловязкие, что облегчает их извлечение на поверхность; вязкость нефти в пластовых условиях меньше вязкости нефти в поверхностных условиях, что связано с присутствием растворенного газа; вязкость зависит от температуры
– чем выше температура, тем меньше вязкость. Величина, обратная вязкости, называется текучесть

Растворимость. Нефть почти не растворяется в воде и хорошо растворяется в органических растворителях, в жирных попутных газах, в углекислом газе (СО2).
5
Физико-химические свойства горючих газов
Природный газ — смесь газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном преобразовании органических остатков. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. Природный газ представляет собой смесь предельных углеводородов: метан, пропан, бутан. Преобладает всегда метан. Различают сухие и жирные газы.
Сухие газы представлены преимущественно метаном (более 95%). Жирные газы отличаются повышенным содержанием этана, пропана и бутана (от 5 до 50%).
Плотность газа –масса 1м3 при температуре 0 0С и давлении 0,1 МПа (760 мм рт.ст.). Плотность газа зависит от давления и температуры и изменяется в пределах 0,55-1,0 г/см3 . Наиболее часто используется относительная плотность по воздуху (безразмерная величина) – отношение плотности газа к плотности воздуха. Вязкость газов – внутреннее трение газов, возникающее при его движении. Очень маленькая величина 1*10-5 Па*с. Это свойство обеспечивает великолепную подвижность по порам и трещинам.
Основными физико-химическими характеристиками природных газов являются: состав, плотность, вязкость, растворимость, критическая температура, теплота сгорания, сжимаемость, диффузия, объемный коэффициент.
Чистый природный газ не имеет цвета и запаха. Природный газ содержит также другие вещества, не являющиеся углеводородами: водород (H2 ), сероводород (H2 S), диоксид углерода (СО2 ), азот (N2 ), гелий (He) и другие инертные газы.
Растворимость газов – одно из важнейших свойств! Растворимость газов в нефти или воде при давлении не более 5
МПа подчиняется закону Генри. Количество растворенного газа прямо пропорционально давлению и коэффициенту растворимости. Растворимость углеводородных газов в 10 раз больше чем в воде. Более легкая нефть растворяет больше газов, чем тяжелая. В 1 куб.м. нефти может раствориться более 500 куб. м. газа. Объемный коэффициент пластового газа – отношение объема газа в пластовых условиях к объему того же газа в стандартных условиях.
Сжимаемость — свойство вещества изменять свой объем под действием всестороннего равномерного внешнего давления. Сжимаемость характеризуется коэффициентом сжимаемости. Коэффициент сжимаемости называют также коэффициентом всестороннего сжатия или просто коэффициентом сжатия, коэффициентом объёмного упругого расширения, коэффициентом объёмной упругости. Объемный коэффициент пластового газа – отношение объема газа в пластовых условиях к объему того же газа в стандартных условиях. Объем газа в пласте может быть в
100 и более раз меньше чем на поверхности. Газ обладает сверхсжимаемостью!
6
Характеристика нефти по групповому составу
Групповой состав нефти – это количественное соотношение в ней отдельных групп углеводородов и соединений.
Углеводороды делятся на 3 группы: метановые или парафиновые (алканы), нефтеновые (цикланы или циклоалканы) и ароматические (арены).
1. Метановые ( содержание в нефти более 50%)
1) Формула СnH2n+2( например, CH4-метан, С2Н6-этан)
2) Углеродный скелет алканов представляет собой линейные (н-алканы) или разветвленные(изо-алканы) цепи

углеродных атомов, соединенных простыми связями.
3) Метановые углеводороды при стандартных условиях находятся в разных фазовых состояниях: С1– С4– газы, С5–
С15– жидкости, С16 и выше – твердые вещества.
4) Алканы практически не растворимы в воде, но хорошо растворимы в ароматических углеводородах и органических растворителях.
5) Находясь в залежах, расположенных близко к поверхности земли, н-алканы могут легко окисляться микроорганизмами. Такие нефти называют биодеградированными.
2. Нефтеновые ( от 25% до 75% ) – весьма устойчивые вещества, вступают в реакции в присутствии катализаторов и при высокой температуре
1) Формула СnН2n ( например, С3Н6-циклопропан)
2) Цикланы-алициклические углеводороды, которые могут иметь одинарные, двойные, тройные и более связей.
3) Фазовое состояние: цикланы С3–С4– газы; цикланы С5–С7– жидкости; цикланы С8 и выше – твердые вещества.
3. Ароматические ( от 10 % -50%)
1)Арены – класс углеводородов, содержащих шестичленные циклы с сопряженными связями. Простейший представитель этого класса углеводородов – бензол – моноциклический ароматический углеводород.
2) Ароматические углеводороды в нефти представлены: моноциклическими углеводородами – бензолом и его гомологами; бициклическими – бифенилом и нафталином; три-, тетра- и полициклическими аренами – фенантреном, антраценом, хризеном, пиреном.
3) Арены не бывают газами. Жидкие арены - бензол (С6Н6), толуол (С7Н8) ксилолы (С8Н10). Высшие гомологи – нафталин (С10Н8), бифенил (С12Н10), дифенилметан (С13Н12)– твердые вещества
7
Агрегатные состояния углеводородов
Метановые углеводороды при стандартных условиях находятся в разных фазовых состояниях: С1– С4– газы, С5–
С15– жидкости, С16 и выше – твердые вещества.
Нефтеновые: цикланы С3–С4– газы; цикланы С5–С7– жидкости; цикланы С8 и выше – твердые вещества.
Ароматические: арены не бывают газами. Жидкие арены - бензол (С6Н6), толуол (С7Н8) ксилолы (С8Н10). Высшие гомологи – нафталин (С10Н8), бифенил (С12Н10), дифенилметан (С13Н12)– твердые вещества
8
Характеристика нефти по содержанию серы и парафина
По содержанию парафинов (%): <1,5 – малопарафинистые 1,5 - 6 – среднепарафиновые >малопарафинистые (до
1,5% парафинов), среднепарафиновые(от 1,5 до 6,0%), высокопарафиновые (свыше 6,0%) По содержанию серы (%):
<0,5 – малосернистые, 0,5-1,5 – сернистые, 1,5-3,0 – высокосернистые, >3 - сверхвысокосернистые
9
Понятие растворенного газа
Растворенный газ - газ, растворенный в коллекторных флюидах, например в сырой нефти. Растворенный газ выделяется из нефти или воды тогда, когда давление оказывается равным давлению насыщения; только в этом случае может образоваться газовая шапка или газовая залежь над водой.
1 0
Понятие конденсата и его состояние в пластовых условиях и на поверхности
Конденсатом называют жидкую углеводородную фазу, выделяющуюся из газа при снижении давления. В пластовых условиях конденсат обычно весь растворен в газе. Различают конденсат сырой и стабильный.На поверхности(в толще паропроницаемых материалов или конструкций (например, в чердачных перекрытиях или стенах ,на поверхностях конструкций или предметов) в виде капель (роса)

1 1
Промысловая классификация подземных вод
В продуктивной части пласта: 1) Связанная вода содержится в нефтяной или газовой части всякого пласта. Она является водой неподвижной. 2) Подвижная вода – это вода в углах пор, вода капиллярно-удержанная и капельная.
В водоносной части пласта: 1) Законтурная (краевая) вода подпирает пластовые нефтяную или газовую залежи. 2)
Подошвенная вода подпирает массивные нефтяную или газовую залежи. Она может быть и в пластовых залежах при заполнении нефтяного пласта не на всю мощность. 3) Конденсационная вода образуется за счет конденсации водных паров. Посторонняя вода: Верхняя вода залегает в пластах, расположенных выше продуктивного пласта.
Нижняя вода залегает в пластах, расположенных ниже продуктивного пласта. 1) Тектоническая вода проникает в нефтяной пласт по тектоническим трещинам. 2) Технологическая вода закачивается в пласт при искусственном заводнении, согласно технологическому процессу разработки залежей. 3) Техническая вода – фильтрат промывочной жидкости, проникшей в пласт в процессе вскрытия его добывающими или разведочными скважинами. Появление в пласте технической воды весьма нежелательно, так как в результате этого значительно снижается продуктивных скважин, особенно газовых
1 2
Основные положения теории органического происхождения УВ
1. Органическая теория происхождения нефти считает первым доказательством нефтеобразования за счет органического вещества приуроченность месторождений нефти и газа к осадочным бассейнам.
2. Второе доказательство связи нефти с живым веществом – присутствие в нефти реликтовых углеводородов, или хемофоссилий, которые являются биологическими маркерами между нефтью и исходным органическим веществом.
3. Оптическая активность или способность нефти вращать плоскость поляризованного света связана с присутствием в молекуле асимметричного атома углерода, все валентности которого насыщены различными атомами или радикалами, что свойственно только биологическим системам».
1 3
Что такое катагенез ОВ и какие он имеет стадии
Катагенез - процесс изменения осадочных пород в результате погружения их на определенную величину.
Основными факторами катагенеза являются:
- повышенная температура
- высокое давление
- подземные воды и грунтовые растворы
Катагенетические процессы происходят на глубинах от 1 до 5 км.
3 стадии нефтегазообразования:
1 фаза - ГФН газогенерирующая (отвечает диагенезу, степени образования ОВ от торфов до матовых и блестящих углей)
Трансформация ОВ в диагенезе происходит с большой потерей первоначальной массы и сопровождается генерацией газов: метан, углекислый газ, водород. В морских обстановках - ещё и сероводород.
Для нефтегазообразования эта фаза является подготовительной, ещё не созревшей микронефти. 2 фаза - ГЗН
главная фаза нефтегазогенерирующая, главная фаза нефтеобразования (зона среднего катагенеза, отвечает этапам газовых и жирных углей)
Образование газообразных и жидких продуктов из твёрдого керогена происходит с увеличением объема вещества. 3
фаза - ГЗГ главная фаза газообразования (развивается в жёстких условиях, характерных для среднего и позднего катагенеза - коксовые, тощие угли и полуантрациты)