8.2 Условия залегания углеводородов в недрах

Каждая из природных систем углеводородов образует тот или иной тип залежей (см. выше).

В определенных условиях природный газ может образовывать твер­дые соединения - гидраты или газогидратные залежи (например, Мессояхское месторождение на севере Красноярского края).

Гидраты газов представляют собой твердые соединения, в которых молекулы газов при определенных давлениях и температурах заполняют структурные пустоты кристаллической решетки, образованной молекула­ми воды за счет прочной водородной связи. Молекулы воды при обра­зовании гидрата и сооружении «ажурных» полостей как бы раздвигаются молекулами газа, заключенными в эти полости. Удельный вес воды в гидратном состоянии возрастает до 1,261,32 см³/г ( удельный вес льда составляет 1,09 см³/г).

Элементарная ячейка гидрата газа состоит из определенного количе­ства молекул воды и газа. Молярное соотношение воды и газа зависит от размера молекул газа - гидратообразователя. В зависимости от характеристики исходного газа один объем воды в гидратном состоянии связывает от 70 до 300 объемов газа [1].

Процесс образования гидрата определяется составом газа, состояни­ем воды, внешним давлением и температурой. Для заданной температуры повышение давления (выше значений равновесной кривой системы) сопровождается соединением молекул газа с молекулами воды и образованием гидрата. Обратное понижение Р (или повышение Т при неизменном Р) сопровожда­ется разложением гидрата на газ и воду.

На рисунке 8.3 приведены равновесные кривые гидратообразования отдельных уг­леводородных компонентов и природных смесей с относительной плотностью 0,60,8 по воздуху.

Плотность гидратов отдельных газов изменяется в довольно широких пределах: от 0,8 до 1,8 г/см³. Природные газы образуют гидраты с плотностью в диапазоне 0,91,1 г/см³.

Процесс образования гидратов происходит с выделением тепла от 14 до 134 кДж/моль (418 кДж/кг) при t > 0°С. При t < 0°С теплота гидратооб­разования составляет 1630 кДж/моль.

Рисунок 8.3 Равновесные кривые гидратообразова­ния газов по Ю.Ф. Макагону

Гидраты газов, полученные из пресной воды, обладают в 1015 раз более высокой электропроводностью, чем у льда. Гидраты растворов солей с минерализацией 10 г/л имеют в 34 раза ниже электропровод­ность, чем исходный раствор.

Кристаллогидраты характеризуются высокой механической прочно­стью, упругостью и низкой проницаемостью. Установлено, что скорость прохождения сейсмоволн через пористую среду, насыщенную газогидратом, на 60100 % выше, чем через аналогичную, не насыщенную гидратом. Формирование газогидратных залежей (ГГЗ) может происходить из недонасыщенных газом пластовых вод. Оказалось, что для формирования и сохранения ГГЗ не обязательны литологические покрышки.

Авторами [1] утверждается, что ГГЗ может контактировать с пластовой по­дошвенной или крыльевой водой, со свободной газовой, газоконденсатной или нефтяной залежью, сверху – со свободной газовой залежью или газонепроницаемыми пластами. ГГЗ приурочены к охлажденным разрезам осадочного чехла земной коры. В пределах материков ГГЗ приурочены к районам распространения многолетнемерзлых пород. На материках глуби­на залегания таких залежей составляет 7001500 м. Считается, что в экваториальных частях северных морей (с температурой воды около 0°С на глубине) ре­жим гидратообразования благоприятен на глубинах 150500 м. На глуби­нах около 1 км (даже на экваторе) температура не превышает 5°С, а на глубине 2 км составляет 13°С.

В Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции газогидратные залежи выявлены в арктических районах в отложениях, характеризующихся наличием мёрзлых пород.

Гидраты образуются в подъемных трубах скважин, наземном оборудовании и осложняют их эксплуа­тацию. Благоприятными условиями для образования их являются: вы­сокая газонасыщенность жидких фаз при достаточном для данных условий водосодержании в системе, т.е. при эксплуатации газовых, газоконденсатных и нефтегазоконденсатных залежей. Интенсивнее они протекают в зо­нах развития мерзлых пород. В скважинах гидраты образуют пробки, в состав которых входят парафины, окислы, минеральные компо­ненты пород-коллекторов.