Природный газ
Природный газ, содержащийся в природных резервуарах, состоит из низкокипящих углеводородных газов; он встречается как в незначительном количестве в растворенном в нефтях состоянии, так и в виде скоплений, занимающих большой объем в резервуаре. Кроме углеводородов, в состав природных газов в качестве примесей входят сероводород, азот и углекислота. Ни один из этих газов не имеет большого промышленного значения, и только гелий, содержание которого достигает иногда 8 % общего количества присутствующих в природном резервуаре газов, может представлять определенный промышленный интерес.
Природный газ можно классифицировать как попутный (associated), если он встречается совместно с нефтью, и как самостоятельный, не связанный с нефтью (nonassociated), когда он залегает отдельно от нее, образуя чисто газовые залежи. В нефтегазовых резервуарах природный газ может быть обнаружен в свободном состоянии в виде газа, растворенного в нефти или воде, а также в виде сжиженного газа.
Свободный газ. Свободный газ занимает наиболее приподнятую часть природного резервуара и может подпираться либо нефтью (попутный газ), либо водой (самостоятельный газ)1.
Газ, растворенный в нефти. Когда нефть и газ находятся в тесном контакте, газ в том или ином количестве растворяется в нефти. Объем растворенного газа зависит от свойств самого газа и свойств нефти, а также от давления и температуры в природном резервуаре. За некоторыми исключениями, почти во всех нефтяных залежах содержится растворенный газ, количество которого колеблется от нескольких кубических футов до нескольких тысяч кубических футов на 1 баррель нефти. Если объем растворенного газа невелик, при отборе нефти из залежи его просто выпускают в воздух. В случае довольно значительного содержания в нефти растворенного газа обычно производится их разделение с последующим сжиганием газа в факелах, чтобы предотвратить скопление последнего в опасных концентрациях в понижениях рельефа земной поверхности. Когда же газа еще больше, он собирается в емкости и поступает в продажу или используется в качестве источника энергии на промыслах, или же подвергается обратной закачке в природный резервуар.
Залежи, в которых весь газ растворен в нефти, называются недонасыщенными в отличие от насыщенных залежей, в которых избыточный газ образует газовую шапку. Величина температуры и давления, при которой газ начинает выделяться из нефтяного раствора, называется точкой «кипения» (bubble point). Поскольку в процессе добычи температура в природном резервуаре остается более или менее постоянной, в то время как пластовое давление изменяется, то давление, при котором начинают выделяться пузырьки газа, часто именуется еще давлением насыщения (или, что то же самое, упругостью, или давлением, паров). Если давление насыщения равно по величине пластовому, то нефть, находясь в залежи, содержит в себе весь присутствующий газ, удерживая его в растворенном состоянии без какого-либо образования пузырьков. Когда же пластовое давление превышает давление насыщения, нефть способна растворить газа гораздо больше, чем его имеется в действительности. Давление насыщения изменяется от величины, соответствующей пластовому давлению, до атмосферного. Соотношения между пластовым давлением и давлением насыщения в насыщенных и недонасыщенных залежах схематически показаны на (Рис. 1).
Газ, растворенный в воде.Газ растворяется также в водах нефтяных месторождений. При пластовом давлении 5000 фунт/кв. дюйм и в обычном температурном интервале природных резервуаров нефти растворимость природного газа в водах нефтяных месторождений может достигать20 куб. футов на 1 баррель. Если вода представляет собой рассол, при повышении содержания растворенного в ней минерального вещества на 1 вес. % растворимость газа уменьшается на 5 %. Судя по промысловым данным, растворимость газа в пластовых водах составляет около 6 % его растворимости в нефти. В тех случаях, когда пластовая вода занимает до 50% порового пространства природного резервуара, количество растворенного в ней газа может быть весьма значительным.
Сжиженный газ. В пластовых условиях, характеризующихся высокими абсолютными давлениями, обычно более 5000-6000 фунт/кв. дюйм, и высокими температурами, природный газ и нефть становятся неотличимы по физическим свойствам. Их соотношения контролируются в этих случаях целым рядом новых обстоятельств
Рис. 1. Схема взаимоотношения между нефтью и газом при одинаковых их количествах, но в условиях разного давления.
В залежи 1 пластовое давление S¹B¹ меньше давления насыщения А¹В¹ и, следовательно, здесь образуется газовая шапка. В залежи 2 давление насыщения равно пластовому давлению; здесь образуется насыщенная залежь. В залежи 3 пластовое давление S³B³ выше давления насыщения А³В³, образуется недонасыщенная залежь - здесь нефть могла бы содержать растворенного газа больше, чем его имеется в действительности.
Залежь1: пластовое давление 200 фунт/кв. дюйм (S¹B¹), давление насыщения 450 фунт/кв. дюйм (А¹В¹); полное насыщение нефти газом плюс газовая шапка. Залежь2: пластовое давление 450 фунт/кв. дюйм (S²B²), давление насыщения 450 фунт/кв. дюйм (А²В²); насыщенная залежь. Залежь3: пластовое давление 700 фунт/кв. дюйм (S³B³), давление насыщения 450 фунт/кв. дюйм (А³В³): недонасыщенная залежь.
¹Считается, что природный газ почти всегда представляет собой газообразную фазу нафтидов (petroleum). Однако в Канаде вместо этой общепринятой существует иная точка зрения, согласно которой свободный, не связанный с нефтью природный газ рассматривается в качестве самостоятельной субстанции и только попутный газ относится к нафтидам, образованиям нефтяного ряда (petroleumsubstance).