Состав газов. Неуглеводородные компоненты

Природные газы газовых месторождений состоят в основном из метана с примесью более тяжёлых его гомологов: этана (С₂Н₆), пропана (С₃Н₈) и бутана (С₄Н₁₀). Иногда, в небольших количествах в газовых залежах, присутствуют пары пентана (С₅Н₁₂) и гексана (С₆Н₁₄), в газовых шапках могут присутствовать пары жидких УВ, более тяжелые, чем гексан, но их примесь бывает незначительной.

Все УВ, содержащиеся в залежах, начиная с этана, считают тяжёлыми и относят к нефтяным газам. Они образуются при преобразовании рассеянного ОВ на стадиях диагенеза и катагенеза. Кроме метана и его гомологов в попутных газах присутствуют: диоксид углерода, азот и сероводород. Часть газов поступает из глубинных подкоровых зон Земли (N₂, CO₂, He, Аr, CH₄); часть - образуется при метаморфических процессах и окислительно-восстановительных процессах непосредственно в залежах.

Нефтяные газы могут проникать из залежей в вышележащие отложения в виде ретроградного раствора. Это явление используется в гидрогеохимии в качестве поискового признака на нефть. Доля тяжёлых УВ в газовых залежах колеблется от единиц до частей процента. Их содержание зависит от состава исходного ОВ, степени его катагенетической превращенности, а также от длины пути миграции газов.

Метан (СН₄) - главный компонент природных горючих газов. Содержание его в нефтяных газах от 20-30 % до 80 % от состава газовой смеси. Легкие метановые нефти содержат газы, состоящие на 20-30 % из тяжелых углеводородов. Тяжелые нефти наоборот, содержат преимущественно метан. Соотношение метана и его гомологов меняется в нефтяных газах с увеличением возраста пород. Газы древних отложений более обогащены тяжелыми УВ и азотом, чем молодые.

В отличие от своих гомологов метан обладает наибольшей подвижностью и наименьшей растворимостью в воде и способностью к адсорбции, поэтому он опережает другие УВ газы при миграции. Устойчивость к химическим воздействиям обусловлена отсутствием у метана связей С–С, менее прочных, чем С–Н. Метан имеет биохимическое, глубинное и радиохимическое происхождение. Поэтому он не является надёжным геохимическим индикатором или поисковым признаком наличия скоплений УВ.

Гомологи метана (ТУВ) - этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (C4H10) имеют большую, по сравнению с метаном сорбционную способность и низкий коэффициент диффузии, что позволяет им концентрироваться в газах закрытых пор. Наибольшая из всех УВ газов растворимость в воде у этана (0,047 м³/м³ при 20° С). Смеси этих газов с воздухом взрывоопасны. Содержание каждого из гомологов в газах чисто газовых залежей обычно менее 0,5 %, в нефтяных попутных газах достигает 30 %.

По углеводородному составу выделяют газы:

– сухие, состоящие в основном из метана,

– тощие – с незначительным содержании тяжёлых углеводородов,

– жирные – со значительным содержанием тяжелых УВ.

Для характеристики УВ состава газов применяется понятие «коэффициент сухости», это - отношение процентного содержания метана к сумме его гомологов: СН₄/С₂Н_{6 + высшие}. Для этих целей используется и такой критерий как газовый фактор или его обратная величина – содержание стабильного конденсата в граммах или кубических сантиметрах в 1 м³ газа:

Сухие газы содержат конденсата менее 10 г/м³,

тощие – от 10 до 30 г/м³ ;

жирные – от 30 до 90 г/м³.

Изменение коэффициента сухости газов является показателем направления их миграции.

Состав газов в залежах постоянно меняется за счёт действия многих факторов. Одним из них является растворимость индивидуальных газовых компонентов в водах и нефтях. Например, растворимость метана в нефтях 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 нефтях легких фракций.