Химический состав газов газовых залежей

Состав газов газовых залежей. Свободные природные газы образуют скопления, состоящие из углеводородных и неуглеводородных компонентов. Главное значение имеют углеводородные компоненты: метан СН₄, этан С₂Н₆, пропан С₃Н₈ и бутан С₄Н₁₀, а также пары жидких УВ. Среди них преобладает метан.

Среди неуглеводородных компонентов преобладают: азот, углекислый газ и сероводород. Иногда каждый из этих газов может превышать 50 % и даже достигать 100 % в составе газовых залежей. В меньших количествах в залежах присутствуют следующие газы: водород, гелий, аргон, ксенон, окись углерода, а также пары воды и ртути.

Природный газ, в котором суммарное содержание углеводородных газовых компонентов превышает 50 %, называется углеводородным.

Природный газ, способный гореть в смеси с воздухом при нормальных условиях называется горючим. Горючими являются газовые смеси, содержащие УВ, сероводород, водород и окись углерода.

Качество газа, как энергоносителя, зависит от содержания метана. При содержании в газовой смеси этана и других углеводородных газов более 2-3 % они становятся ценным химическим сырьём, которое используется в производстве синтетического каучука, полиэтилена, пластмасс и других веществ.

В зависимости от количественного соотношения метана и его гомологов углеводородные газы разделяются на сухие, тощие (полужирные) и жирные.

Сухие газы состоят на 95-99 % из метана. Сухими они называются потому, что практически не образуют конденсат.

Тощие газы состоят из метана на 90-95 % и содержат пары жидких углеводородов, которые при снижении давления образуют конденсат в количестве от 10 до 30 см³/м³.

Жирные газы также состоят в основном из метана, но его содержание составляет менее 90 %. Содержат они и ТУВГ, а также - пары жидких высококипящих УВ, которые при снижении давления образуют конденсат в количестве боле 30 см³/м³. Имеются жирные газы с преобладанием неуглеводородных компонентов.

К чисто газовым залежам относятся скопления газа, в которых при стандартных условиях отсутствует жидкая фаза или конденсат, то есть сухие газы или же скопления тощих газов, в которых содержание конденсата не достигает промышленных концентраций (25-30 см³/м³). Газы с содержанием конденсата выше 25-30 см³/м³ относятся к конденсатным газам или газоконденсатам.

В геохимии широко используется такай показатель, как «коэффициент сухости» - это - отношение процентного содержания метана к сумме его гомологов: СН₄ /С₂Н₆ + высшие, или применяется его обратная величина – коэффициент жирности.

Формирование состава газовых залежей. Углекислый газ. Содержание углекислого газа в газовых залежах изменяется от долей процента до 100 %.

Источниками углекислого газа в природных газах являются процессы окисления УВ и частично ОВ. В ряде случаев углекислый газ имеет термокаталитическое, поствулканическое или метаморфическое происхождение. Например, углекислым газом обогащены газовые месторождения, расположенные вблизи вулканических областей, областей недавней тектонической активизации и метаморфизации карбонатных пород. Накопление углекислого газа в пластовых водах, а в последствии и в залежах, может происходить в результате глубинного выщелачивания карбонатов при температуре немногим более 100 ⁰С.

Сероводород. Концентрация сероводорода в природных газах обычно составляет от 0,01 до 25 %, но иногда она достигает 100 %.

Сероводород чаще всего образуется в результате биологического восстановления сульфатов подземных вод сульфат-редуцирующими бактериями.

На больших глубинах в жестких термобарических условиях сероводород образуется в результате термокаталитического преобразования сернистых компонентов нефтей и химического восстановления сульфатов УВ.

При температурах более 200 ⁰С и в присутствии воды возможно превращение метана с образованием и углекислого газа и водорода. При наличии в породах сульфатов водород восстанавливается до сероводорода. В результате формируются залежи смешанного углекисло-сероводородно-углеводородного состава. Поэтому газы, находящиеся в толщах карбонатных пород, которые контактируют или чередуются с сульфатными породами часто обогащены сероводородом.

Часть сероводорода, возможно, имеет глубинное происхождение.

Азот. В целом, содержание азота в природных газах увеличивается с возрастом вмещающих пород, и колеблется от сотых долей процента до 90-99 %. Азот в залежах может иметь атмосферное и биогенное происхождение и небольшое его количество – глубинное происхождение. Иногда высокие концентрации азота связаны с его хорошими миграционными свойствами. В таких случаях повышенные концентрации азота в газах отмечаются в месторождениях, которые находятся вдали от очагов генерации УВ то есть на периферии областей газонакопления. Например, в России пояс азотных газовых залежей, в которых содержание биогенного азота превышает 99 %, протягивается по западной окраине Волго-Уральской нефтегазоносной провинции, по территории Татарстана и Удмуртии.

Водород. Этот газ способен мигрировать через толщи, непроницаемые для углеводородных газов, поэтому его скопления в осадочной толще возможны только при наличии очень надёжных низкопроницаемых покрышек. В составе залежей свободных газов водород обычно содержится в незначительном количестве. Повышенные его концентрации, достигающие 3,5 % отмечены во многих месторождениях Западного Предкавказья, характеризующихся значительной тектонической нарушенностью. Известны немногочисленные залежи природных газов, содержащие от 13 до 28 % водорода.

Гелий. В залежах свободных газов гелий содержится от тысячных долей процента до 9 %. Залежи газов с концентрацией гелия выше 0,05 % относятся к промышленным месторождениям гелия. Гелий, содержащийся в свободных и нефтяных газах, имеет радиогенное и глубинное происхождение.

Аргон. Его концентрации составляют от 0,003 до 0,5 %. В залежах углеводородных газов аргон 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.

Неон, криптон, ксенон. Содержание этих редких газов находится в пределах от n·10^-5 до n·10^-9 %.

Ртуть. Природные газы могут содержать пары ртути в концентрациях, представляющих промышленный интерес. В основном концентрация ртути лежит в незначительных пределах от 1·10^-8 до 3·10^-3 г/м³. Но иногда она может достигать очень высоких значений от 3 до 14 г/м³.