Химия нефти и газа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации Политехнический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова» в г. Мирном

Г орный факультет Кафедра Горного и нефтегазового дела

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Введение в специальность»

на тему: «Химия нефти и газа»

Работу выполнил:

ст. группы НГД-12 5з

Семенов А.А.

Работу проверил:

асс. каф. ГиНД

Соров Е.В.

Мирный - 2013 г

1. Происхождение месторождений нефти и газа

Концепции неорганического происхождения нефти

Идеи Менделеева. Современные модификации теории неорганического происхождения нефти.

Идея возможности неорганического происхождения месторождений нефти была выдвинута в XIX веке А.Гумбольтом. Позднее популярность неорганической теории была связана с авторитетом Д.И.Менделеева и с привлекательностью космических идей В.Д.Соколова. Впоследствии концепции неорганического происхождения развивались Н. А.Кудрявцевым, Б.Н. Кропоткиным, а также зарубежными учеными -- К.Мак-Дерматом, Ф. Хойлем и др.

В нашей стране наиболее широкую известность получила теория, сформулированная Д.И. Менделеевым, 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.

Современные неорганические теории обосновываются следующим:

1. Многочисленные месторождения приурочены к зонам разломов.

2. Месторождения встречаются в магматических и метаморфических породах.

Углеводороды встречаются в веществе, извергающемся из вулканов, в ультраосновных породах (кимберлитах) алмазоносных трубках взрыва, в метеоритах и хвостах комет, атмосфере планет и в космическом веществе.

Неорганическая теория в современной интерпретации схематически выглядит следующим образом: Источником углеводородов являются вода и углекислый газ, которых в мантии содержится в 1 куб.м - 180 кг и 15кг соответственно (по данным Е.К.Мархинина). В присутствии закисных соединений металлов (главным образом закиси железа) образуются углеводороды. Высокие давления недр Земли подавляют термическую деструкцию сложных молекул углеводородов. По расчетам Э.Б.Чекалюка оптимальные глубины для синтеза, полимеризации и циклизации углеводородов из воды и углекислого газа составляют 100-200 км.

На эти аргументы можно возразить следующее:

Кб

Не все месторождения приурочены к зонам разломов.

2. В магматические и метаморфические горные породы углеводороды могли попасть из осадочных пород в результате миграций.

3. Углеводороды космоса и магматических проявлений существуют в единичных молекулах и совершенно незначительных примесях. Несомненно, углеводороды образуются и химическим путем. Однако крупные скопления таким образом сформироваться не могут.

Важным достоинством концепций неорганического происхождения нефти является ее оптимистичность. Количество воды и углекислого газа в мантии по человеческим меркам неисчерпаемо и это дает нам надежду на то, что ресурсы нефти и газа на Земле значительно больше разведанных сегодня запасов, и продолжают пополняться, то есть теоретически безграничны.

Теории образования природного газа

Биохимическая, термокаталическая, радиационно-химическая, механохимиче- ская, космогенная модели образования природного газа.

Природный газ распространен в природе гораздо шире, чем нефть. Его формирование может происходить различными способами.

1. При биохимическом процессе образование метана происходит в результате переработки органического вещества бактериями. (Иногда эти бактерии поселяются на нефти, которые перерабатывают её в метан, азот и углекислый газ).

2. Термокатализ заключается в преобразовании в газ органического вещества под действием давлений и температур в присутствии катализаторов - глин. Наиболее интенсивно термокатализ происходит при температуре 150- 200°.

3. Если глины с повышенным содержанием органического вещества обогащены ураном, может запуститься радиационно-химический процесс образования газа, который заключается в воздействии радиоактивного излучения, на углеродные соединения. В результате органическое вещество распадается на метан, водород и окись углерода. Оксид углерода, в Свою очередь, распадается на кислород и углерод. При соединении его с водородом также образуется метан. Ежегодно в результате продолжающейся дегазации до 1 трлн. м3 метана выделяется в земную кору и в атмосферу.

4- При механических воздействиях на угли на контактах зерен возникают напряжения, которые служат источниками энергии для механохимического образования метана.

5. Космогенный образуется в космических телах на ранних стадиях их развития из углерода и водорода, количество которых во всех космических телах, в том Числе и на Земле огромны.

Главное значение в природе, вероятно, имеют термокаталический и биохимический способы образования метана.

2. Концепция органического происхождения нефти и газа

Представления Ломоносова об органическом происхождении нефти.

"Учение о нефти" Губкина. Современная теория органического происхождения месторождений нефти и газа

Соображения об органическом происхождении нефти были сделаны в 1759 году М.В.Ломоносовым в работе «О слоях земных». Он полагал, что нефть образовалась из каменного угля под воздействием высоких температур. «...Выгоняется подземным жаром из приуготовляющихся каменных углей оная бурая и черная масляная материя и вступает в разные рассолы...». Первые эксперименты получения нефтеподобных продуктов из органического вещества животного происхождения были проделаны немецким химиком Г.Гефером, который нагревал животные жиры при повышенном давлении до температуры 320-400°.

Современная концепция органического происхождения нефти восходит к монографии И.М.Губкина «Учение о нефти». В соответствии с этой моделью, нефть образуется следующим образом:

Исходным для образования нефти является органическое вещество морских илов, состоящее из животных и растительных организмов. Перекрывающие илы осадки предохраняют его от окисления. Погруженный на глубины до 50 м он перерабатывается анаэробными микробами. При попадании в глубокие недра горные породы, содержащие рассеянное органическое вещество (РОВ) оказываются в области давлений 15-45 МПа и температур 60 - 150°. Такие условия находятся на глубинах 1,5-6 км. Под действием возрастающего давления нефть вытесняется в проницаемые породы (коллекторы), по которым она мигрирует к месту образования будущих залежей.

Основные аргументы в пользу биогенного происхождения нефти следующие:

1. Приуроченность 99,9% промышленных скоплений нефти к осадочным породам.

2. Сосредоточение наибольших запасов в отложениях геологических периодов с наибольшей активностью биосферы.

3. Сходство элементного, и, главное, изотопного состава живого вещества и нефтей.

4. Оптическая активность нефтей.

Начальным источником углерода является мантия, биосфера концентрирует углерод в себе, а зеленые растения с помощью фотосинтеза восстанавливают его, запасая энергию, которая впоследствии выделяется при горении, гниении, брожении.

Вопросы

1. Концепции неорганического происхождения нефти. Аргументы "за" и "против".

2. Образование природного газа.

3. Концепция органического происхождения нефти.

Нефтеобразованию существенно способствуют поступающие из мантии флюиды. Это особенно заметно в молодых рифогенных бассейнах типа Суэцкого залива Красного моря. Таким образом, глубинный, эндогенный фактор принимает существенное участие в процессе нефте- и газогенерации. Так как действие этого фактора происходит импульсами, то и генерация углеводородов также может иметь несколько фаз. Нефтегазообразование - это универсальный саморазвивающийся процесс, закономерно сопровождающий существование осадочных бассейнов, которые являются накопителями органического вещества и производителями углеводородов. Осадочные бассейны являются «заводами» по производству нефти и газа.

3. Миграция. Природные резервуары

Под действием высокого давления недр углеводороды отжимаются, эмигрируют из нефтематеринских пород в породы-коллекторы. Происходит эмиграция, или первичная миграция нефти. Коллекторы могут находиться в переслаивании с материнскими глинами, а иногда это могут быть и сами глины, если они достаточно трещиноваты. Однако гораздо чаще коллекторы залегают выше по разрезу осадочного бассейна, чем нефтематеринские толщи, или замещают их по простиранию. Так образуются нефтегазоносные комплексы -- сочетания нефтематеринских пород, коллекторов и флюидоупоров. Подробнее о нефтегазоносных комплексах рассказано в приложении 20. неорганический нефть газ углеводород

Вместе с нефтью, или раньше нее, в неизмеримо больших количествах из материнской породы отжимается вода. Поэтому породы-коллекторы практически всегда водоносные.

В свободном, или растворенном состоянии углеводороды мигрируют по порам и трещинам по природному резервуару (внутрипластовая, или межпластовая миграция.). Если миграция осуществляется по пласту, она называется боковая, или латеральная, вверх - вертикальная. Миграция происходит либо в растворе с водой (молекулярная), либо в свободном состоянии - фазовая. Легче и лучше миграция проходит по порам, уже «смазанным» углеводородами.

Миграция углеводородов идет из областей повышенного давления в области пониженного давления. Однако в этот общий принцип могут вмешаться дополнительные факторы.

Сила тяжести. Вода может увлекать нефть своим потоком. Однако на ее перемещение действуют, кроме перепада давлений, силы гравитации, направленные вниз. В спокойном же состоянии углеводороды, наоборот, всплывают над водой.

Капиллярные силы, удерживающие воду и нефть в порах.

Диффузия, ориентированная по градиенту концентрации вещества и направленная в сторону меньших концентраций. Особенно активно диффузия действует в газах, что ведет к разрушению залежей.

Порода-коллектор в обрамлении пород - флюидоупоров, по которому может перемещаться флюид, называется природным резервуаром. Различают пластовые, массивные, пластово-массивные и литологические природные резервуары (рис. 8.2).

У пластового резервуара толщина (метры, первые десятки метров) намного меньше, чем площадь распространения (сотни квадратных километров). Коллектор в нем ограничен непроницаемой породой и в кровле, и в подошве. Основная циркуляция флюидов происходит вдоль пласта. Пластовые резервуары наиболее удобный объект для разработки.

Рис. 1. Природные резервуары

1 -- пластовый. 2 - массивный, 3 - пластовомассивный,

4 - литологически ограниченный (по Л.П. Мстиславской, 1996).

В массивном - размер по разным направлениям примерно сопоставим.

Обычно, это рифовые массивы, или подобные им тела. Размеры их от десятков метров до десятков километров. Циркуляция флюидов происходит в разных направлениях. Основное экранирующее значение имеет перекрытие плохо проницаемыми породами сверху. В пластово-массивном толща пластов-коллекторов, переслоенная непроницаемыми породами, имеет общий водонефтяной контакт,

Литологический - образует наиболее обширную группу - в которых породы-коллекторы ограничены со всех сторон. Это могут быть линзы песка в глинистой толще, или какой-то участок повышенной трещиноватости, или кавернозности в массиве осадочных, или изверженных пород; погребенная речная долина, выполненная песчано-алевритистыми осадками.

4. Ловушки. Образование залежей

В природных резервуарах существуют такие участки, по которым флюиды не могут перемещаться и образуют скопления. Они называются ло~

Размещено на http://www.allbest.ru/

еушками (рис. 8.3). Углеводороды перемещаются по пласту - коллектору до тех пор, пока не встретят ловушку. Тогда они останавливаются и, накапливаясь, образуют залежи - естественные, единичные, скопления нефти и газа в коллекторе. Залежи могут иметь как промышленное, так и непромышленное значение. Непромышленную залежь иногда называют нефте (газо) проявлением.

Классификации ловушек разнообразны. Как правило, среди них выделяют следующие виды.

Структурные, в которых флюиды улавливаются в верхней части антиклинали, или тектоническим экраном. То есть ловушку образуют структурные формы;

Литологические, в которых флюиды улавливаются благодаря замещению по разрезу пород-коллекторов не коллекторами. Это замещение может происходить либо вследствие уменьшения толщины породы- коллектора до нуля - выклиниванием породы, либо постепенным (фаци- алъным замещением) породы коллектора породой флюидоупором;

Стратиграфические, в которых экранирующей поверхностью является поверхность несогласия;

Рифогенные - образованные рифами;

комбинированные - Структурно-стратиграфические.

Необходимое условие образования залежи - наличие над пластами- коллекторами непроницаемых, или слабопроницаемых пород - флюидо- упоров и ловушек. Именно наличию покрышек кунгурской соли (нижняя пермь) обязаны своей сохранностью гигантские залежи газа, конденсата и нефти в массивных карбонатных резервуарах по периферии Прикаспийской синеклизы. Но чаще роль покрышек играют глины.

Залежи могут формироваться из рассеянных углеводородов, (первич- Ные)> или из разрушенных залежей - (вторичные). Скорость накопления правленные вниз. В спокойном же состоянии углеводороды, наоборот, всплывают над водой.

2. Капиллярные силы, удерживающие воду и нефть в порах.

3. Диффузия, ориентированная по градиенту концентрации вещества и направленная в сторону меньших концентраций. Особенно активно диффузия действует в газах, что ведет к разрушению залежей.

Порода-коллектор в обрамлении пород - флюидоупоров, по которому может перемещаться флюид, называется природным резервуаром. Различают пластовые, массивные, пластово-массивные и литологические природные резервуары (рис. 8.2).

У пластового резервуара толщина (метры, первые десятки метров) намного меньше* чем площадь распространения (сотни квадратных километров). Коллектор в нем ограничен непроницаемой породой и в кровле, и в подошве. Основная циркуляция флюидов происходит вдоль пласта. Пластовые резервуары наиболее удобный объект для разработки.

Рис. 2. Природные резервуары:

1 - пластовый. 2 - массивный, 3 - пластовомассивный,

4 - литологически ограниченный (по Л.П.Мстиславской, 1996).

В массивном - размер по разным направлениям примерно сопоставим.Обычно, это рифовые массивы, или подобные им тела. Размеры их от десятков метров до десятков километров. Циркуляция флюидов происходит в разных направлениях. Основное экранирующее значение имеет перекрытие плохо проницаемыми породами сверху. В пластово-массивном толща пластов-коллекторов, переслоенная непроницаемыми породами, имеет общий водонефтяной контакт,

Литологический - образует наиболее обширную группу -- в которых породы-коллекторы ограничены со всех сторон. Это могут быть линзы песка в глинистой толще, или какой-то участок повышенной трещиноватости» илй кавернозности в массиве осадочных, или изверженных пород; погребенная речная долина, выполненная песчано-алевритистыми осадками.

Ловушки. Образование залежей

Углеводороды перемещаются по пласту - коллектору до тех пор, пока не встретят ловушку. Тогда они останавливаются и, накапливаясь, образуют залежи - естественные, единичные, скопления нефти и газа в коллекторе. Залежи могут иметь как промышленное, так и непромышленное значение. Непромышленную залежь иногда называют нефте (газо) проявлением.

Классификации ловушек разнообразны. Как правило, среди них выделяют следующие виды.

Структурные, в которых флюиды улавливаются в верхней части антиклинали, или тектоническим экраном. То есть ловушку образуют структурные формы;

Литологические, в которых флюиды улавливаются благодаря замещению по разрезу пород-коллекторов не коллекторами. Это замещение может происходить либо вследствие уменьшения толщины породы- коллектора до нуля - выклиниванием породы, либо постепенным (фаци- альным замещением) породы коллектора породой флюидоупором;

Стратиграфические, в которых экранирующей поверхностью является поверхность несогласия;

Рифогенные -- образованные рифами;

комбинированные - Структурно-стратиграфические.

Необходимое условие образования залежи - наличие над пластами- коллекторами непроницаемых, или слабопроницаемых пород - флюидо- упоров и ловушек. Именно наличию покрышек кунгурской соли (нижняя пермь) обязаны своей сохранностью гигантские залежи газа, конденсата и нефти в массивных карбонатных резервуарах по периферии Прикаспий* °кой синеклизы. Но чаще роль покрышек играют глины.

Размещено на Allbest.ru