ГЕОХИМИЯ ГАЗОВ ЛИТОСФЕРЫ Лекция 13. Газы, растворенные в

ГЕОХИМИЯ ГАЗОВ ЛИТОСФЕРЫ Лекция 13. Газы, растворенные в подземных водах. Газы нефтяных и газовых скоплений. Гидратообразование в недрах

Метаноносность подземной гидросферы o Подземная гидросфера содержит огромные количества природных газов, среди которых преобладает метан. По предварительным оценкам [Корценштейн В. Н. , 1984 г. ; Зорькин Л. М. , 1985 г. ] его ресурсы в подземных водах земной коры составляют 1016÷ 1018 м 3.

Состояния газа в подземных водах o o o Природный газ находится в подземных водах в двух основных состояниях: водорастворенном; диспергированном.

Факторы, влияющие на растворимость газа o o o Помимо состава самого газа, на растворимость газа влияют температура, давление и минерализация раствора. При повышении температуры растворимость метана сначала снижается, достигая минимальных значений при 80 90°С, а при дальнейшем увеличении температуры — растет. Характер зависимости растворимости азота от температуры аналогичен. Минимум растворимости гомологов метана смещается в область более низких температур: для этана — 60— 80°С, для пропана — 40— 60°С, для бутана — 30— 40°С. Для углеводородных газов подобный характер зависимости сохраняется при всех изученных давлениях. Для сероводорода температурного минимума не установлено вплоть до 1400 С.

Минерализация и растворимость o o С ростом минерализации раствора наблюдается уменьшение растворимости газов, что в большей степени проявляется в области относительно низких минерализации и более выражено у метана и азота по сравнению с менее растворимыми газами. При этом в хлоркальциевых растворах растворимость газа ниже, чем в хлорнатриевых.

Растворимость метана связь с глубиной o o Ход кривой растворимости метана до глубины 4 км в водах любой минерализации сравнительно однотипный — происходит увеличение газоудерживающей спо собности воды: в пресных водах — до 6 м 3/м 3 , в рассолах — до 3 м 3/м 3. Начиная с глубины 4 км в водах с минерализацией до 200 г/л метаноемкость увеличивается интенсивно, а с минерализацией более 250 г/л — очень незначительно, и можно ожидать, что в высокоминерализованных водах (400÷ 500 г/л) с глубин 5, 5— 6, 5 км метаноемкость будет не увеличиваться, а уменьшаться. Характер выявленных закономерностей в общем сохраняется и в условиях АВПД.

Диспергированный газ o Второй формой нахождения природного газа в подземных водах является так называемый диспергированный газ (ДГ), т. е. газ, находящийся в пластовых условиях в свободном фазово обособленном состоянии, но обладающий нулевой фазовой проницаемостью. Объем его может составлять от 0 до 5— 20% от объема пустотного пространства, первоначально заполненного водой, и зависит от условий его образования.

Изменение содержаний ДГ o o o Содержание ДГ в подземных водах увеличивается с ростом температуры и давления, причем в возможных термобарических условиях осадочного чехла определяющее влияние на содержание газовой эмульсии оказывает давление [Баркан Е. С, Тихомиров В. В. , 1982 г. ]. Для 5— 10% относительного содержания дисперсной фазы увеличение газового фактора подземных вод может достигать 5— 30 м 3/м 3, а предельная газоемкость (с учетом и водорастворенного газа) — 50 м 3/м 3. Газоемкость высокоминерализованных вод также увеличивается с глубиной, хотя ее значение будет меньше, чем в маломинерализованных.

Классификация ВРГ o По классификации Л. М. Зорькина, по соотношению этих компонентов ВРГ подразделяются на азотные (N 2 > 50%), углеводородные (СН 4 +высшие ≥ 50%), кислые (H 2 S + СО 2 ≥ 50%), водородные (H 2 S > 50% ) и смешанные (концентрация всех компонентов не превышает 50%).

Зональность ВРГ o o Региональная (площадная) зональность выражается в последовательном изменении состава ВРГ от азотного до метанового, газонасыщенности подземных вод, упругости ВРГ и коэффициента газонасыщения Кг в на правлении от окраин бассейнов к их внутренним, наиболее погруженным частям. Вертикальная зональность выражается также в изменении с глубиной по разрезу осадочного чехла состава ВРГ с азотного на метановый и далее (на больших глубинах) — на кислый, сопровождающийся увеличением газо содержанияподземных вод, упругости ВРГ и коэффициента газонасыщения.

Изменение изотопного состава углерода метана ВРГ с глубиной (по Зорькину [1983 г. ]) 1— 7—возраст водоносных ком плексов: 1 — кайнозойский, 2 — меловой, 3 — юрский, 4— мезо зойский, 5—пермский, в—камен ноугольный, / — девонский; 8, 9 — усред ненные кривые для мезозойских (8) и палеозойских (5) отложений. Зональность газообразования четко прослеживается и по изотопному составу углерода метана

Состав газов подземных вод в зоне глубин до 4 км (Зорькин, 1984 г. )

Фазовая диаграмма для систем п Н 2 О↔М. п Н 2 О М+ I—температурная зависимость давления насыщенного пара растворителя; II— тем пературная зависимость давления газа над гидратом в присутствии жидкой воды; II' —тo же, в присутствии льда; III — зависимость температуры плавления гидрата от давления в области существования жидкой воды; III’ — то же, в области существования льда; IV-— изменение температуры замерзания воды при растворе нии в нейгидратообразователя М

Фракционирование состава газа при гидратообразовании o o Наиболее легко переходят в гидрат сероводород и пропан, наиболее трудно — азот, аргон. Гелий в гидрат не переходит и может лишь в ничтожных количествах захватываться гидратной решеткой как примесь. Исходя из этого следует, что при гидратообразовании происходит фракционирование состава природного газа: гомологи метана и сероводород накапливаются в гидрате, а оставшаяся газовая фаза обогащается азотом, аргоном и гелием [Баркан Е. С, Якуцени В. П. , 1977 г. ].

Равновесные условия образования гидратов различных газов На равновесные условия газогидратообразования большое влияние оказывает минерализация воды: чем она больше, тем более низкие температуры или более высокие давления необходимы для образования гидратов. Ориентировочно (по Г. Д. Гинсбургу) повышение минерализации воды на каждые 10 г/л Na. Cl снижает равновесную температуру гидратообразования на 0, 5 °С.

Определение условий гидратообразования в недрах