Природные газы (основные сведения)

Газы, выделяющиеся в природных условиях из недр Земли или скапливающиеся на глубине в пористых горных породах, называют природными или естественными.

Природные газы - это наиболее часто встречающиеся в природе смеси газообразных соединений или элементов, либо тех и других. Они обладают определенными химическими и физическими свойствами, различны по формам их нахождения и проявления в природе, а также по условиям происхождения.

В образовании природных газов принимают участие, главным образом, следующие химические соединения и элементы: углеводородные соединения, углекислый газ, азот, кислород, сероводород, водород, окись углерода, сернистый газ, пары воды, редкие (инертные) газы: тяжелые - аргон, ксенон, криптон; легкие – неон, гелий. Среди газов угольных месторождений преобладают метановые газы и реже тяжелые углеводороды и главным образом этан.

Главная составляющая часть природных газов – углеводороды (горючие газы) и среди них, прежде всего метан, содержание которого часто превышает 80-85%.

Углеводородные газы образуют в горных породах крупные скопления или залежи, позволяющие извлекать на поверхность миллионы кубометров газа в сутки, иногда в течение многих десятков лет. В практике часто под природными газами понимают именно горючие газы.

По химическому составу горючие газы представляют собой смесь отдельных углеводородных соединений, подразделяемых на две основные группы: 1 ) алканы, или насыщенные предельные углеводороды, к ним относятся (в атмосферных условиях) метан, этан, пропан, бутан и при некоторых условиях пентан; 2) алкены или ненасыщенные непредельные углеводороды, например: этилен и пропилен.

Вторая составляющая природных газов – углекислый газ. Его количество меняется от долей процента до 10-15%, реже более. Известны и чисто углекислые струи газа и свободные скопления с преимущественным содержанием СО (Самутнельское месторождение – 70% СО, месторождение Михальи – 95% СО.).

Природные горючие газы иногда содержат значительные количества азота и сероводорода. Концентрация азота в углеводородных газах обычно не превышает 10% (часто 2-3%), однако существуют и чисто азотные струи в угленосных бассейнах.

Водород. кислород, окись углерода, сернистый газ встречаются в природных горючих газах редко и в небольших количествах.

Из редких наиболее распространен гелий, количество которого редко превышает 1% (в США известно месторождение с содержанием гелия до 10%). Второе место по распространенности занимают аргон, неон, ксенон и криптон, встречающиеся весьма редко и в незначительных количествах.

Растворимость газов в воде и нефти зависит от температуры, давления, а также свойств растворителя и состава газа. Наибольшей растворимостью обладают сероводород и углекислый газ. С увеличением степени минерализации воды растворимость газов уменьшается, но увеличивается с увеличением давления. Сравнительно высокая растворимость в воде (и нефти) основных компонентов природных газов обусловливает существование огромных масс газа в пластовых водных растворах. Так в Западно-Сибирской газонефтеносной области газонасыщенность пластовых вод составляет 2-3 м³\м³, в Средне-Каспийской области – 4-5 м³\м³.

Природные газы (кроме гелия и водорода) способны при низких температурах присоединять воду и образовывать кристаллогидраты. Последние представляют собой твердые кристаллические вещества плотностью 0, 88-0, 90 г\см³ . Один м³ газового гидрата содержит 0, 9м³ воды и в зависимости от состава газа от 70 до 240м³ газа.

Газовые гидраты – это твердые растворы, растворителем которых является кристаллическая решетка состоящая из молекул воды. Внутри воды размещаются молекулы «растворенного газа», размеры которых определяют возможность образования гидратов только из метана, этана, пропана и изобутана. Для образования газовых гидратов необходимы низкие температуры и давления, сочетания которых возможно в пластовых условиях лишь в районах развития мощной толщи многолетней мерзлоты.

При изучении закономерностей распределения газов в земной коре большое значение имеет количественная химическая характеристика состава различных природных газов. Так, например, болотные газы содержат большое количество метана (58%), азота (36%) и малое углекислого газа(6%); нефтяные месторождения содержат значительное количество метана (75, 5%) и тяжелых углеводородов (17%); газовые месторождения содержат большое количество метана (87, 9%) и малое (3%) тяжелых углеводородов. В каменноугольных газах (метановой зоне) преобладает метан (96%), а тяжелые углеводороды, как правило, отсутствуют.

Геохимия природных газов представляет собой исключительный научный и практический интерес в познании истории развития земной коры вообще и установления основных закономерностей образования различных полезных ископаемых и прежде всего углеводородных газов и нефти.