Топливно-энергетический потенциал нефти и газа

Состав газов в залежах постоянно меняется за счёт действия многих факторов. Одним из них является растворимость индивидуальных газовых компонентов в воде и нефти.

Например, растворимость метана в нефти в пять раз меньше, чем растворимость этана и в 21 раз меньше, чем пропана. Азот обладает растворимостью в 15 раз меньшей, чем метан. Поэтому газы в газовых шапках обогащены метаном и азотом. В то же время растворимость газообразных гомологов метана растет с увеличением в нефти легких фракций УВ. Содержание диоксида углерода в газах изменяется от долей процента до 10 и более процентов. Предполагается, что основным источником СО2 в природных газах является окисление углеводородов и отчасти ОВ. В ряде случаев СО2 имеет явно термокаталитическое, поствулканическое или метаморфическое происхождение. Примером может служить Межовское газовое месторождение, открытое в Западной Сибири. Оно находится в породах фундамента и состоит на 95 % из диоксида углерода. Результатом метаморфического разложения карбонатов объясняется большое содержание диоксида углерода в газах Астраханского газоконденсатного месторождения и его большое содержание в попутных газах газонефтяных залежей, залегающих в палеозойских отложениях на юге Западной Сибири. Газовые месторождения Сицилии, расположенные вблизи вулкана Этна, также обогащены диоксидом углерода. Азот, содержащийся в газовых и газоконденсатных залежах, также может иметь различное происхождение: атмосферное, биогенное и небольшое его количество - глубинное. В целом, содержание азота увеличивается с возрастом отложений. Оно колеблется от десятых долей процента до 50-70 %. Иногда высокие концентрации азота могут быть связаны с его хорошими миграционными свойствами. Например, доля азота в попутных газах возрастает в месторождениях, находящихся вдали от зон генерации УВ.

Аргон в залежах углеводородных газов может иметь атмосферное или радиогенное происхождение. Атмосферный или воздушный аргон попадает в газовые залежи посредством инфильтрационных вод. Доля аргона различного генезиса определяется по отношению разных изотопов. Аргон представлен тремя изотопами 40Ar, 38Ar и 36Ar. Изотоп 40Ar резко преобладает и имеет радиогенное происхождение. Он образуется из изотопа 40К. Высокие концентрации радиогенного аргона отмечаются для месторождений, расположенных в приразломных зонах. Происхождение аргона тесно связано с генезисом азота. Поэтому для определения в газах относительной доли азота разного происхождения пользуются отношением количества воздушного аргона к общему содержанию азота в исследуемом газе.

Сероводород чаще всего образуется в результате биологического восстановления сульфатов, растворенных в водах. Это подтверждается изучением изотопного состава серы.

Однако, начиная с глубины 2-3 км, бактериальная генерация сероводорода невозможна. Здесь он образуется в результате термокаталитического преобразования сернистых компонентов нефтей и химического восстановления сульфатов. Часть сероводорода, возможно, имеет глубинное происхождение. Нередко сероводородом обогащены газы, находящиеся в толщах карбонатных пород, которые контактируют или чередуются с сульфатными породами. Концентрация сероводорода в природных газах составляет от 0,01 до 25 %, но иногда она достигает 100 %. В России большое количество сероводорода (20-24 %) содержится в газах Астраханского газоконденсатного месторождения. Сероводород является ценным компонентом природного газа и служит сырьем для производства серы.

Водород считался раньше редким компонентом в составе природных горючих газов. В последние десятилетия ХХ века появилось большое количество данных об обнаружении его различных концентраций в газовых залежах. Во многих месторождениях углеводородов Западного Предкавказья в составе газов присутствует до 3,5 % водорода.

Гелий, содержащийся в свободных и нефтяных газах, имеет радиогенное происхождение. Это легкий и миграционноспособный газ, поэтому его наибольшие концентрации отмечены в древних палеозойских отложениях. Таким образом, основными компонентами природных горючих газов являются: метан и его гомологи, диоксид углерода, азот и сероводород. Формирование газового состава залежей обусловлено диагенетическими и катагенетическими преобразованиями ОВ осадочных пород, которые идут параллельно с образованием залежей. Часть газов поступает в скопления из глубинных подкорковых зон Земли (N2, CO2, He, Аr, CH4). Часть газов образуется при метаморфических процессах и окислительно-восстановительных процессах непосредственно в залежах.

Газы, добываемые из чисто газовых месторождений, содержат более 95% метана (таблица 1). Содержание метана на газоконденсатных месторождениях - 75-95% (таблица 2).

Таблица 1 - Химический состав газа газовых месторождений, об. %

Таблица 2 - Химический состав газа газоконденсатных месторождений, об. %

Газы, добываемые вместе с нефтью (попутный газ) представляют собой смесь метана, этана, пропанобутановой фракции (сжиженного газа) и газового бензина. Содержание метана - около 35-85%. Содержание тяжёлых углеводородов в попутном газе 20-40% , реже - до 60% (таблица 3).

Таблица 3 - Химический состав газа нефтяных месторождений (попутного газа), об. %

Тяжёлым нефтям свойственны сухие нефтяные газы (с преобладанием метана).

Классификация газов по химическому составу

I. Преимущественно метановый (СН4 > 50 %):

1) метановый (СН4 > 75 %);

2) метано-азотный (СН4 > 50 %);

3) метан-этан-пропановый (СН4 > 50 %);

4) метано-углекислый (СН4 > 50 %).

II. Преимущественно углеводородный (тяжелее метана, ТУ >50 %):

1) этан-пропановый (ТУ > 75 %);

2) этан-пропан-метановый (ТУ > 50 %).

III. Преимущественно азотный (N2 > 50 %):

1) азотный (N2 > 75 %);

2) азотно-метановый (N2 > 50 %);

3) азотно-углекислый (N2 >50 %);

4) азотно-кислородный (N2 > 75 %, О2 > 10 %);

5) азотно-кислородно-углекислый (N2 > 50 %).

IV. Преимущественно углекислый (СО2 > 50 %):

1) углекислый (СО2 > 75 %);

2) углекисло-азотный (СО2 > 50 %);

3) углекисло-метановый (СО2 > 50 %);

4) углекисло-сероводородный (СО2 > 50 %).

V. Преимущественно водородный (Н2 > 50 %):

1) водородный (Н2 > 75 %);

2) водородно-азотный (Н2 > 50 %).

§5.Физические свойства

Во многих случаях состав природных углеводородных газов определяется не полностью, а лишь до бутана (С4Н10) или гексана (С6Н14) включительно, а все остальные компоненты объединяются в остаток (или псевдокомпонент) С5 + высш., С7 + высш.

Газ, в составе которого тяжелые УВ (С3, С4) составляют не более 75 г/м3, называют сухим. При содержании тяжелых УВ более 150 г/м3 газ называют жирным.

Газовые смеси характеризуются массовыми или молярными концентрациями компонентов. Для характеристики газовой смеси необходимо знать ее среднюю молекулярную массу, среднюю плотность в килограммах на кубический метр или относительную плотность по воздуху.

Таблица 4 - Основные свойства компонентов природных газов в стандартных условиях

Молекулярная масса М природного газа:

где Мi - молекулярная масса i-го компонента;

xi - объемное содержание i-го компонента, доли ед.

Для реальных газов обычно М=16 - 20.

Плотность газа сг рассчитывается по формуле:

,

где Vм - объем 1 моля газа при стандартных условиях.

Обычно сг находится в пределах 0,73 - 1,0 кг/м3.

Плотность газа в значительной степени зависит от давления и температуры, и поэтому для практического применения этот показатель неудобен. Чаще пользуются относительной плотностью газа по воздуху сг.в., равной отношению плотности газа сг к плотности воздуха св, взятой при тех же давлении и температуре:

Если сг и св определяются при стандартных условиях, то св = 1,293 кг/м3 и сг.в. = сг / 1,293.

Плотность нефтяных газов колеблется от 0,554 (для метана) до 2,006 (для бутана) и выше.

Вязкость газа характеризует силы взаимодействия между молекулами газа, которые преодолеваются при его движении. Она увеличивается при повышении температуры, давления и содержания углеводородных компонентов. Однако при давлениях выше 3МПа увеличение температуры вызывает понижение вязкости газа.

Вязкость нефтяного газа незначительна и при 0оС составляет 0,000131 пз; вязкость воздуха при 0оС равна 0,000172 пз.

Уравнения состояния газов используются для определения многих физических свойств природных газов. Уравнением состояния называется аналитическая зависимость между параметрами газа, описывающая поведение газа. Такими параметрами являются давление, объем и температура.

Состояние идеальных газов в условиях высоких давления и температуры определяется уравнением Клапейрона -- Менделеева:

,

где р -- давление;

Vи -- объем идеального газа;

N-- число киломолей газа;

R-- универсальная газовая постоянная;

Т -- температура.

Идеальным называется газ, силами взаимодействия между молекулами которого пренебрегают. Реальные углеводородные газы не подчиняются законам идеальных газов. Поэтому уравнение Клапейрона--Менделеева для реальных газов записывается в виде:

где Z -- коэффициент сверхсжимаемости реальных газов, зависящий от давления, температуры и состава газа и характеризующий степень отклонения реального газа от закона для идеальных газов.

Коэффициент сверхсжимаемости Z реальных газов -- это отношение объемов равного числа молей реального V и идеального Vи газов при одинаковых термобарических условиях (т. е. при одинаковых давлении и температуре):

Значения коэффициентов сверхсжимаемости наиболее надежно могут быть определены на основе лабораторных исследований пластовых проб газов. При отсутствии таких исследований (как это чаще всего бывает на практике) прибегают к расчетному методу оценки Z по графику Г. Брауна (рисунок 1). Для пользования графиком необходимо знать, так называемые, приведенные псевдокритическое давление и псевдокритическую температуру. Критической называется такая температура, выше которой газ не может быть превращен в жидкость ни при каком давлении. Критическим давлением называется давление, соответствующее критической точке перехода газа в жидкое состояние.

С приближением значений давления и температуры к критическим свойства газовой и жидкой фаз становятся одинаковыми, поверхность раздела между ними исчезает и плотности их уравниваются.

С появлением в системе двух и более компонентов в закономерностях фазовых изменений возникают особенности, отличающие их поведение от поведения однокомпонентного газа. Не останавливаясь на подробностях, следует отметить, что критическая температура смеси находится между критическими температурами компонентов, а критическое давление смеси всегда выше, чем критическое давление любого компонента.

Для определения коэффициента сверхсжимаемости Z реальных газов, представляющих собой многокомпонентную смесь, находят средние из значений критических давлений и температур каждого компонента. Эти средние называются псевдокритическим давлением pп.кр. и псевдокритической температурой Тп.кр. Они определяются из соотношений:

где ркр. и Ткр. - критические давления и температура i-го компонента;

xi - доля i-го компонента в объеме смеси (в долях единицы).

Приведенные псевдокритические давление и температура, необходимые для пользования графиком Брауна, представляют собой псевдокритические значения, приведенные к конкретным давлению и температуре (к пластовым, стандартным или каким-либо другим условиям):

где р и Т - конкретные давления и температура, для которых определяется Z.

Коэффициент сверхсжимаемости Z обязательно используется при подсчете запасов газа для правильного определения изменения объема газа при переходе от пластовых условий к поверхностным, при прогнозировании изменения давления в газовой залежи и при решении других задач.

Глава ЙЙЙ

Значение нефти и газа в современном мире

§1. Роль нефти и газа на мировом рынке энергоресурсов

Нефть и природный газ с середины 60х годов нашего столетия начинают играть ведущую роль в мировой энергетике. В таких странах, как ФРГ, Великобритания, на долю нефти и природного газа приходится 55--60 % от общего потребления энергоресурсов, в США и Японии 75--80 %.

С распадом СССР добыча нефти и угля в России существенно сократилась, а квоты на вывоз нефти и газа за рубеж возросли. В 1993 г. добыча нефти в России составила 350 млн. т, в 1994 г. -- 332 млн. т, а в 1995 г. составит 325 млн. т.

К достоинствам нефти и газа как источников энергии относятся сравнительно невысокая стоимость добычи, возможность безотходной переработки с получением многообразных видов топлива и химического сырья. Однако ресурсы нефти и газа ограничены. Они значительно меньше, чем запасы угля, горючих сланцев и битуминозных песков. В то же время добыча нефти и газа значительно превышает добычу других горючих ископаемых.

Высокий уровень потребления нефти в мире служит основанием для высказываемого рядом ученых и специалистов предположения о неизбежности скорого истощения нефтяных запасов. Наиболее часто высказывается точка зрения об исчерпании мировых нефтяных запасов к концу XXI века.

В условиях, когда нефть стала основным видом энергетического сырья, возросло ее экономическое и политическое значение в мире. Наличие собственных ресурсов нефти, возможность организовать экспорт нефти и нефтепродуктов позволяют различным государствам добиваться значительных успехов в экономическом и социальном развитии. Вместе с тем колебание мировых цен на нефть, конъюнктура на нефтяном рынке приводят к серьезным изменениям в экономической политике, как нефтедобывающих стран, так и государств, промышленность которых базируется на привозной нефти.

Мировые цены на нефть в последние годы были нестабильными. В первые годы после второй мировой войны цены на нефть диктовал Международный нефтяной картель, в котором доминирующие позиции занимают нефтяные монополии США. Картель покупал нефть у ее экспортеров -- развивающихся стран по монопольно низким ценам (в 1970 г. -- 22 доллара за 1 м3), а продавал нефтепродукты странами импортерам по относительно высоким ценам. Такое положение не могло устроить развивающиеся страны, которые для защиты своих политических интересов, борьбы с нефтяными монополиями и проведения согласованной политики в области экспорта нефти создали в 1960 г. Организацию стран -- экспортеров нефти (ОПЕК). В состав ОПЕК входят Ирак, Иран, Кувейт, Саудовская Аравия, Катар, Абу-Даби, Венесуэла, Индонезия, Ливия, Нигерия, Алжир, Эквадор.

Учитывая резкое повышение спроса на энергетическое сырье на мировом капиталистическом рынке, страны ОПЕК в 1972--1973 гг. увеличили нажим на нефтяные монополии и подняли цены на нефть в четыре раза. Рост цен на нефть привел к перебоям в снабжении нефтью ряда капиталистических государств, а в дальнейшем к ее острой нехватке. Эти события получили название энергетического или нефтяного кризиса.

Западные государства приняли ряд мер по ослаблению их зависимости от импорта нефти за счет расширения добычи собственного сырья (угля, нефти), экономии нефтепродуктов, использования различных других видов энергии (солнечной,, ядерной, геотермальной). Под действием этих факторов цена на нефть на мировом рынке снизилась. В 1980 г. средний уровень мировых цен на нефть составлял 190 долларов за 1 м3,. а в 1987 г. 113 долларов. На начало 1995 г. мировая цена на нефть колеблется в интервале ПО -- 120 долларов на 1 м3.

Россия не только полностью обеспечивает свою потребность, в нефти, но и является экспортером нефти и нефтепродуктов. Российская нефть поставляется в страны ближнего и дальнего зарубежья. Благодаря продаже нефти и природного газа на мировом рынке Россия получает значительное количество валюты, которая расходуется на закупку различных промышленных и продовольственных товаров.

§2 .Заключение

В заключение хотелось бы сказать о тенденциях энергопотребления в мире. Ведь численность населения Земли, как известно, достигла 6 млрд. человек и продолжает увеличиваться. Уровень жизни, оставаясь крайне неравномерным в различных странах и континентах, продолжает, в целом, расти. Эволюция образа жизни и народонаселения влечет за собой неуклонное увеличение потребления на Земле топливно-энергетических ресурсов, несмотря на технологическое совершенствование производительных сил человечества, эколого -- и энергосберегающие тенденции. В силу указанных прогрессивных тенденций, динамика роста потребления ТЭР существенно отстает и будет, в дальнейшем, отставать от темпов экономического развития мирового сообщества. В целом перспективная мировая энергетическая ситуация дает основание прогнозировать как минимум сохранение или, скорее всего, повышение уровня экспортного спроса на российские энергоресурсы, с учетом выхода России на энергетические рынки АТР.

Основными видами экспортируемых энергоносителей на ближайшие 20 лет останутся нефть и природный газ. Ожидаемое развитие мирового энергетического рынка будет происходить в направлениях, где объем спроса на российские энергоносители будет ограничиваться только конкурентоспособностью поставщиков. В то же время Россия располагает всеми возможностями для участия в процессе развития интеграции и объединения энергетических (электроэнергетических, трубопроводных) систем и инфраструктуры транспорта энергоносителей при создании единого Евразийского энергетического пространства.

Россия обладает огромным топливно-энергетическим потенциалом, который позволяет нашей стране занимать лидирующие позиции в мире по объемам добычи и производства топливно-энергетических ресурсов. Наша страна полностью обеспечивает себя топливно-энергетическими ресурсами и считается крупным экспортером топлива и энергии среди стран мира. Сложившаяся структура использования энергоресурсов и, в общем, экономики поддерживает высокую потребность в энергии, предъявляет требования к ускоренному развитию топливных отраслей.

Список используемой литературы

1) Геология и геохимия нефти и газа: учебное пособие/ М.В. Бордовский, А.А. Бакиров, В.И. Ермолкин - под ред. В.И. Ермолкина, 1993.

2) Геология нефти и газа и нефтегазоносных провинций: учебное пособие/ А.К. Мальцева, Д.А. Бакиров, В.И. Ермолкин - институт Губкина, 1998г.

3) Судо М. М. Нефть и горючие газы в современном мире. - М.: Недра, 1984.

4)Тарасенко Г.В. Образование нефти и тектоника плит скольжения//

Международная конференция "Геология, поиск нефтяных и газовых

месторождений Прикаспийской впадины и территорий Каспийского моря".

18-20 сентября 2007 г. РГУ нефти и газа им. Губкина, г. Москва.

5) Стадников Г.Л. Происхождение углей и нефти // М.: - третье -

переработанное и дополненное издание АН СССР, - 1937, - стр. 544.

6) Парменов К.Я., Сморгонский Л.М., Цветков Л.А. Книга для чтения по

химии (часть вторая) Москва, "Просвещение" 1993 г.

7) Химия. Школьный иллюстрированный справочник. - М.: Росмэн, 1995.

8) Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г. Органическая химия: учебник для 10 кл.

сред. шк. - М.: Просвещение, 1991.

9) Российская газовая энциклопедия. Москва. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2004, стр.81-85.

10) Мирзаджанзаде А.Х., Аметов И.М., Ковалев А.Г. Физика нефтяного и газового пласта. Изд. «Недра». М. 1982г - 268.

11) Истомин В.А., Якушев В.С., Махонина Н.А., Квон В.Г., Чувилин Е.М. Эффект самоконсервации газовых гидратов - Газовая промышленность, спецвыпуск «Газовые гидраты», 2006, стр. 36-46.

12) История нефти в осадочных бассейнах: сб. науч. тр. / Под ред. Б.А. Соколова. - М.: Изд-во «Интерпринт», 1994 - 181.

13) Карцев А.А. Основы геохимии нефти и газа. - М.: Недра, 1978 - 461.

14) Новые идеи в геологии и геохимии нефти и газа. Нефтегазовая геология - итоги ХХ века. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2000г, стр.-386.

15) Байков Н.П. Топливно-энергетический комплекс. // МЭиМО, 1998, № 8.

16) Топливо и энергетика России. Статистический сборник - М.: Финансы

и статистика, 2004.

17) Экономическая география России: учебник для вузов / под общ. ред. В.И. Видяпина, доктора экон. наук, проф. М.В. Степанова. - изд-е. перераб. и доп. - М.: ИНФРА-М., 2005г.

18) Экономическая география России: Учеб. пособие для вузов / Т.Г. Морозова,

М.П. Победина, С.С. Шишов и др.; под ред.Т.Г. Морозовой. - 2-е изд., перераб.

и доп. - М.: ЮНИТИ., 2004.

19) Григорьев Л, Салихов М. Энергетический баланс России: анализ и оценка

// "Экономическое обозрение", №6.2007. стр.47-55

20) Халимов Э.М. Нефтяной комплекс России: состояние, проблемы развития

// НефтьГазПромышленность, № 4 (24), 2006 г.

21) Энергетика России (1920-2020 гг.). Том 2. Энергетическая политика на рубеже веков. М.: ИД Энергия, 2008. - 1032 стр.

22) Состояние и использование минерально-сырьевых ресурсов Российской Федерации.Аналитический обзор. М.: ФГУНПП, "Аэрогеология", Информационно-аналитический центр "Минерал". 2008г, стр.-275

23) Розенберг Г.С., Рянский Ф.Н. Теоретическая и прикладная экология: Учебное пособие. Нижневартовск: Изд-во Нижневарт. пед. ин-та, 2005. стр.245

Размещено на Allbest.ru