2. 14. Классификация газов. 2. 15. Гидраты природных газов

2. 14. КЛАССИФИКАЦИЯ ГАЗОВ

В природе газы распространены очень широко и составляют газовую оболочку нашей планеты - атмосферу. Они присутствуют в свободном, растворенном сорбированном, механически и химически связанном состоянии в гидросфере и литосфере. Существуют классификации газов по: химическому составу, генезису, месту нахождения.

Классификация растворенных в пластовых водах газов по составу была предложена М. И. Субботой (1961), а затем Л. М. Зорькиным (1971). Авторы различных классификаций границу углеводородных компонентов для определения класса и типа газа проводят в пределах от 75 до 100%. Разницы в химическом составе свободных и растворенных газов нет. По условиям нахождения газов в породе Е. В. Стадник выделяет три группы: рассеянные газы пород, газы подземных вод и газы залежей. Рассеянные делятся на газы закрытых и открытых пор, среди которых различаются: 1) свободные, 2) растворенные в воде, 3) сорбированные минеральной частью породы, 4) сорбированные органическим веществом, 5) межслоистых пространств минералов (Зорькин и др., 1985).

Природные газовые смеси осадочного чехла по соотношению компонентов, с учетом классификации Л. М. Зорькина (1973), предложено разделять следующим образом: азотные (N₂ более 50%), углеводородные (СН₄ высших более 50%), кислые (С0₂ более 50%), водородные (Н₂ более 50%) и смешанные, когда концентрация любого компонента не превышает 50% (Зорькин и др., 1985).

Природные газы, как свободные, так и присутствующие в растворенном состоянии в воде часто представляют собой сложную по составу и генезису смесь, поскольку разные процессы при­водят к образованию газов сходного состава.

2. 15. ГИДРАТЫ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ

Согласно современным представлениям отдельные газы или их смеси способны образовывать газовые гидраты.

Газогидраты - твердые кристаллические вещества, так называемые газовые клатраты. Кристаллическая решетка клатратов построена из молекул воды, во внутренних полостях которых размещены молекулы газа, образующего гидрат. Они удерживаются силами Ван-дер-Ваальса. Незаполненная газом решетка существовать не может, в этом ее принципиальное отличие от кристаллической решетки льда (рис. 2. 4. ). Газогидраты кристаллизируются в две структуры кубической сингонии.

Изучение природных газогидратов насчитывает всего 20-летнюю историю, хотя техногенные гидраты известны более 150 лет. Гидратные пробки в газопроводных скважинах и стволах затрудняют разработку и транспортировку газа.

В конце 60-х годов была открыта возможность существования газа в естественных условиях в гидратном состоянии; было проведено лабораторное моделирование природных процессов гидратообразования.

Рис. 2. 4. Газогидраты, которые подожжены в атмосферных условиях. Видно пламя от горящего метана и капающая по ладоням рук высвобожденная вода.

Классификации природных газогидратов. Природные газогидраты классифицируются по разным признакам. Морфологически выделено четыре основных вида: мелковкрапленные, узловатые, слоистые, массивные (плотные). В петрографическом смысле в качестве породообразующего компонента газогидраты подразделяются на три типа: 1) гидрат - мономинеральная порода, 2) гидрат - главный породообразующий компонент (минерал), 3) гидрат — акцессорный. Выделенным типам отвечают известные формы подземного льда.

Г. С. Баркан и Г. Д. Гинсбург по генетическому признаку выделяют четыре основных типа газогидратов: 1) криогенный, 2) седиментогенный, 3) фильтрогенный и 4) диагенетический.

Под криогенным газогидратом понимается такое скопление гидрата, которое образуется в результате понижения температуры и уже существовавшей ко времени охлаждения залежи газа.

Седиментогенные газогидраты образуются на континентальных склонах и у их подножий. К ним приурочена подавляющая масса. известных проявлений гидратов в морях.

Фильтрогенные газогидраты формируются при фильтрации таза или газонасыщенной воды через зону, отвечающую термодинамической стабильности гидратов. Такой тип образуется в осадочной толще в участках разгрузки флюидной системы, каковой может служить в том числе и подводный грязевой вулканизм.

Диагенетический тип газогидратов формируется вследствие связывания с поровой водой газов, образовавшихся при диагенетических процессах.

Газогидраты в морских бассейнах. Гидратоносность различных районов Мирового океана доказана и подтверждена глубоководным бурением. В полярных морях, характеризующихся близкими к 0°С (273 К) и незначительными колебаниями температур, верхняя граница гидратообразования приближается к поверхности. Поскольку температура воды даже на экваторе на глубине 1000 м составляет 288 К, а с глубиной она остается практически постоянной (274-276 К), то гидратообразование происходит во всех акваториях независимо от широты.

Наиболее перспективными в отношении газогидратов являются участки сочленения шельфа арктических морей с материком. Термодинамический режим Северного Ледовитого океана соответствует условиям формирования газогидратов на всей территории вблизи дна, причем в направлении материка отмечено поднятие газогидратного слоя.