книги / Учение о нефти

Г л ава II

БИТУМЫ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

ПОНЯТИЕ О БИТУМЕ И ПРИНЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ

Хотя каустобиолиты и образуют по своему химическому составу один непрерывный ряд, тем не менее они могут быть подразделены на две основные группы — угли и битумы [8J.

Все каустобиолиты по существу являются соединениями угле­ рода, водорода и кислорода, в составе которых углерод количе­ ственно преобладает (от 50 до 90%), а водород, играя подчиненную роль, составляет от 2,5 до 14% [9]. Типично выраженные угли и графит, с одной стороны, и битумы, с другой, являются крайними, противоположными членами ряда, промежуточные формы которого (богхэды, сланцы), напротив, сближаются друг с другом, образуя как бы мост между углем и битумами.

Отношение углерода к водороду колеблется в очень широких пределах, составляя от 6 до 38, что видно из табл. 6. Из этой табл. 6 видно, что чем больше отношение CTI, тем каустобиолит ближе к углям, и, наоборот, чем меньше это отношение, тем он ближе к битумам. Последние отличаются от углей своей раствори­ мостью в скипидаре, бензине, бензоле, хлороформе и серо­ углероде.

Существует много различных классификаций битумов. При­ ведем из них наиболее известные.

По Г. Гёферу, битуминозные тела разделяются следующим об­ разом:

I. Г а з ы .

1) природный, или натуральный, газ и газ нефтяной, сопровож­ дающий нефть.

II. Ж и д к и е б и т у м ы , и л и н е ф т и .

2)нефть (жидкость, довольно летучая, прозрачная и бесцвет­ ная или окрашенная).

3)горный деготь, смоляной деготь, или мальта (вязкая, ко­

ричневато-черная жидкость).

III. Т в е р д ы е б и т у м ы .

4)горный воск, или озокерит (эластичный, тестообразный), цвета от желтого до черного.

5)горная смола (эластичная, черная, в очень тонких слоях коричневая).

6)асфальт (хрупкий, черный).

29

Таблица 6

Элементный состав каустобиолитов (в процентах)

Кроме перечисленных так называемых чистых битумов, суще­ ствуют разные смеси битумов с другими веществами, среди кото­ рых Г. Гёфер различает:

С м е с и с к а м е н н ы м у г л е м (битуминизировэнные угли):

а) с бурым углем: дизодил, жет (гагат); б) с черным углем: кэннельский,, богхэдский, плитной уголь,

торбанит *.

С м е с и с н е о р г а н и ч е с к и м и в е щ е с т в а м и ( г о р н ы е п о р о д ы ) :

а) битуминозные горные породы с малым содержанием битума; б) смолистые породы: смолистый сланец, смолистый песчаник

(с нефтью или смолой); в) асфальтовые горные породы: асфальтовый известняк, ас­

фальтовый песчаник (с асфальтовой или отчасти с горной смолой). Несколько иначе классифицирует битумы К. И. Богданович.

Он делит все битумы на три 'класса.

I. Ч и с т ы е б и т у м ы . Все битуминозные естественные вещества (от горючих газов до хрупкого асфальта), а также смеси таких битумов с минеральными веществами (кир). Этот класс чи­ стых битумов в свою очередь подразделяется на три подкласса:

1)жидкие битумы (нефть, горный деготь и мальта),

2)газообразные битумы (природный и нефтяной газ),

3)твердые битумы (горный воск, 1асфальт, грэемит, альбертит

идр.).

*В действительности это не смеси битумов с другими веществами, а разно­ видности ископаемых углей: гагат состоит из структурного витрена, кен-

30

II. П и р о б и т у м ы . Все те вещества, которые при нагрева­ нии дают продукты отгона, более или менее подобные чистым би­ тумам. Сюда относятся горючие сланцы разных сортов, богхэды, битуминозные угли, кэннельские угли и др.

III. И с к у с с т в е н н ы е б и т у м ы . Все продукты от* гона чистых битумов и пиробитумов и их побочные продукты других химических процессов. Сюда относятся продукты разгонки сырой нефти: бензин, керосин и т .д ., сланцевая смола и продукты ее перегонки, продукты перегонки гудрона, асфальта и т. д.

В книге М. А. Усова «Геология каустобиолитов» мы находим

торого получаются нефти; сюда относятся битуминозные сланцы, сапропель и др.

искусственной переработки: так, например, сланцевая смола — вторичный битум, а ее дериваты — третичные битумы. К третичным битумам, по М. А. Усову, следует отнести бензин, керосин и сма­ зочные масла.

В книге И. А. Стиганда «Геология нефти» приведена классифи­ кация Блэка, которая является наиболее полной и охватывающей всю группу углеводородов. Блэк делит все природные углеводороды на четыре группы: 1) битумы, 2) смолы, 3) воски и 4) кристалличе­ ские битуминозные вещества.

В пределах каждой группы имеются свои подразделения, как это представлено в нижеследующей схеме:

I. Б и т у м ы .

1)подгруппа газов: болотный и природный (нефтяной) газ.

2)подгруппа жидкостей: нефть,

3)подгруппа вязких или полутвердых битумов: мальта, гор­ ный деготь, или горная смола, кир.

4)подгруппа эластичных битумов: элатерит и вурцилит.

5)подгруппа твердых битумов: асфальтиты (альбертит, грэемит и уинтаит) и угли (битуминозные, полубитуминозные и антра­ циты) .

II.С м о л ы .

1.Сукцинит (янтарь), копалит и амбрит. III. В о с к и .

1.Озокерит, гатчетит и др.

IV. К р и с т а л л и ч е с к а я г р у п п а . 1. Фихтелит, гартит и др.

Наряду с классификацией Блэка И. А. Стиганд предлагает и свою по следующей схеме:

Сравнивая эти классификации, мы находим, что из генетиче­ ских классификацйй наиболее правильной и новой, охватывающей

31

все каустобиолиты, надо признать классификацию Блэка, но более простой и практически удобной является классификация Г. Гёфера, которую мы и кладем в основу нашего дальнейшего ознакомления с битуминозными веществами.

ПОНЯТИЕ О ПРИРОДНЫХ, ИЛИ ЕСТЕСТВЕННЫХ, ГАЗАХ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Выделяющиеся из недр земли газы: метан и его производные — углекислый газ, сероводород и многие другие, — носят название естественных, или природных, газов. По своему генетическому характеру природные газы разделяются на ювенильные и вадозные.

Ювенильными 1 газами называются те газы, которые идут из глубоких недр земли и дневную поверхность, можно сказать, видят впервые. Ювенильные газы — неорганического происхождения и генетически связаны главным образом с вулканической или же поствулканической деятельностью земной коры, почему и разли­ чаются:

1)газы вулканического происхождения и

2)газы послевулканической (поствулканической) деятельности.

К первым относятся газы вулканов (фумаролы, сольфатары и др.), ко вторым — газы источников различного характера и ти­ пов, главным образом углекислых, иначе называемых моффетами, в составе которых преобладает углекислый газ.

Наибольший интерес для нас представляют вадозные газы, берущие начало по преимуществу в верхних частях земной коры, Вадозные газы подразделяются на газы органического и неоргани­ ческого происхождения.

Кпервым относятся наиболее интересующие нас:

1)земляной газ, или газ чисто газовых месторождений;

^О т латинского juvenilis — юношеский.

32

2)нефтяной газ, или газ нефтяных месторождений;

3)газы грязевых вулканов *;

4)болотный газ — газ торфяных болот и озер;

5) рудничный газ — продукт разложения угля в рудниках. К вадозным газам неорганического происхождения относятся газы земной коры — углекислый газ, сероводород и другие, вы­ деляющиеся из земли в процессе изменения неорганических ве­

ществ.

В. И. Вернадский дает несколько иную классификацию при­ родных газов, основанную на способах нахождения или проявле­ ния этих последних, различая так называемые свободные газы и газы, связанные с твердыми телами или жидкими растворите­ лями.

К свободным газам В. И. Вернадский относит атмосферу, газо­ вые скопления, находящиеся где-либо в породах, так называемые газовые мешки, газовые струи (по трещинам), или газовые вихри, к которым относятся вулканические и тектонические струи, свя­ занные со сбросами, трещинами и другими тектоническими прояв­ лениями земной коры. К связанным газам В. И. Вернадский отно­ сит газы океанов, озер, прудов и разных источников.

К подразделениям газов можно подойти и с точки зрения их химического состава. Имеются три главных вида газов: поверх­ ностные, вулканические и пронизывающие земную кору; одни из этих газов состоят преимущественно из азота, другие содержат углекислоту и, наконец, в третьих преобладает метан (метановые струи и т. д.).

Классификации газов по этому химическому признаку мы кос­ немся подробнее ниже на конкретном примере газов Бакинских месторождений. Из всех перечисленных газов наибольший инте­ рес, с точки зрения промышленной, представляют природные газы нефтяных или газовых месторождений.

ГРУППА ПРИРОДНЫХ ГОРЮЧИХ ГАЗОВ

Всостав этой группы входят:

1)газ чисто газовых месторождений,

2)газ нефтяных месторождений и

3)газ грязевых вулканов, или сопок, также связанных с неф­

тяными месторождениями.

Газы газоносных месторождений

Представляя по своему химическому составу сложные смеси раз­ личных углеводородов, природные газы газоносных месторождений1

1 Относительно органического или • неорганического происхождения газов грязевых сопок определенного мнения в литературе не имелось. За послед­ нее время большинство исследователей склоняется к мнению об их орга­ ническом происхождении [п ].

34

стеров и других механических приспособлений. Вместе с падением давления падает и дебит сквашин. Газовые районы имеют колос­ сальнейшее промышленное значение, и Питтсбургский газоносный район, например, давно уже развил широкую газовую промышлен­ ность, выразившуюся в получении из газа газолина ивообще в при­ менении газа как топлива для целей освещения, получения сажи

ИТ. д.

Впределах СССР газоносных районов, в которых можно было бы развить промышленную добычу газа, довольно много. Известны залежи природного газа в Башкирии, в Новоузенском районе Са­ ратовской области, где уже давно газ эксплуатировался несколь­ кими скважинами, причем источниками газа считаются мезозойские сланцы. Из них газ идет, скопляясь в несогласно перекрываю­ щих сланцы послетретичных отложениях. На юге Украины изве­ стен Мариупольский газоносный район. Далее залежи газа име­

ются в Астраханской степи, причем попытка бурения на нефть в самой Астрахани привела к открытию здесь природного газа. Наконец, большие залежи газа имеются в Ставрополе, где газ экс­ плуатировался несколькими скважинами для нужд города.

Одной из крупных газоносных областей СССР является при­ каспийская равнина Дагестана. Здесь имеется антиклинальная линия огромного протяжения, вытянутая примерно параллельно морскому побережью и осложненная рядом местных вздутий в виде брахиантиклиналей или куполов (Дагестанские Огни, Дузлак, Берекей, Хош-Мензил и др.), одна часть которых (Берекей) со­ держит нефть и газы, а другая, большая, часть является чисто газоносной.

Наиболее крупным из числа отдельных газовых месторождений является месторождение Дагестанские Огни, расположенное в 11 км к северо-западу от г. Дербента, в 1,5 км от станции Дагестан­ ские Огни железнодорожной линии Махачкала—Баку. Здесь имеется асимметричный купол, осложненный взбросом и рядом более мелких дизъюнктивных дислокаций, благодаря которым об­ разовалась система трещин, дающих выход газам из глубины. Ме­ сторождение, начатое разработкой в 1924—1925 гг., дало с глубины порядка 170—280 м мощные газовые фонтаны. На газе Дагестан­ ских Огней работает стекольный завод.

Брахиантиклиналь аналогичного строения имеется на Дузлаке, находящемся в 8 км севернее Дагестанских Огней. Здесь имеется площадка радиусом около 600 м, в пределах которой на­ блюдаются многочисленные выходы соленых источников со столь бурными выделениями пузырьков газа, что вода кажется кипя­ щей.

Характерной особенностью указанных месторождений, ослож­ няющей и лимитирующей их эксплуатацию, являются прорывы соленых вод и быстрое обводнение газовых скважин.

Чрезвычайно богат природными газами и Бакинский район, однако здесь газоносность уже не так резко обособлена от нефте­

исследователи сходятся на отсутствии в этих газах: 1) непредельных (олефиновых) углеводородов, 2) свободного водорода и 3) окиси углерода. Так, Л. А. Потоловский и В. Л. Буйницкая 1 констати­ руют отсутствие их в газах Бакинских месторождений и А. Долодугин 2 — в грозненских газах. Тот же факт подтверждает

иГ. Бёррель, по данным исследований газов за рубежом.

А.Ф. Добрянский в своем «Курсе технологии нефти» упоминает о том, что в старой литературе имеются указания на примеси эти­ лена и свободного водорода. Однако, по его словам, дальнейшими исследованиями этого не обнаружено, что позволило констатиро­ вать вполне насыщенный (предельные углеводороды) характер га­ зовой смеси. Как А. Ф. Добрянский, так и С. С. Наметкин и В. Со­ колов сходятся на том, что наличие непредельных углеводородов

исвободного водорода в условиях продолжительного существова­ ния в геологически длительные периоды времени просто трудно себе представить, так как и непредельные углеводороды и свобод­

ный водород давно вступили бы в реакцию, образуя предельные углеводороды.

С промышленной стороны газы нефтяных месторождений де­ лятся на два класса: 1) класс богатых, жирных, или влажных, га­ зов (wet gases) и 2) класс бедных, или сухих, газов.

Сухим, или бедным, называется газ, состоящий преимущест­ венно из метана и этана и содержащий мало пропана и бутана.

Газ, содержащий, кроме метана, этана, пропана и бутана, не­ которое количество пентана, гексана, гептана, называется бога­ тым, жирным, или влажным, газом. Табл. 8 из книги Д эя3 пока­ зывает нам, что, собственно говоря, американцы понимают под названием сухого, или бедного, и влажного, или жирного, газов *.

Газы наших месторождений начали детально исследоваться позже, чем нефть, и потому мы еще не располагаем исчерпываю­ щей качественной их характеристикой.

В общем, к числу богатых газов могут быть отнесены грознен­ ские газы; наоборот, газы дагестанские, Ворошиловского района и башкирские относятся к типу сухих. Бакинские газы занимают промежуточное положение.

Насыщенность нефти газом и количество газа, могущего быть полученным из скважины, подвержены значительным колебаниям. Показателем насыщенности служит так называемый газовый фак­ тор, т. е. количество кубических метров газа, выходящих из сква-

А. П. Саханов. — Труды ГрозНИИ, 1931.

р D. Т. Day• Handbook of Petroleum Industry. N. Y-, 1922, p. 729.

$ Краткие сведения о газах нефтяных месторождений читатель найден в БСЭ (изд. 3-е). Вообще же о задачах в нефтяных месторождениях богатая ин­ формация содержится в книге Т. А. Ботневой и др. «]Гео$ищщ цефтяцых роцутиых газор». ОД., «Недра», 19§(?,

37

Таблица 8

Состав типичных газов США (в %)

жины вместе с 1 т добытой нефти. При открытой скважине этот фактор велик, при закрытой же скважине он понижается. Таким образом, газовый фактор зависит от давления в скважине. Выгод­ нее иметь меньший газовый фактор, ибо при меньшем газовом факторе можно за счет того же запаса газа добыть больше нефти. J

Теплопроизводительной способностью топлива принято назы­ вать то количество калорий, которое развивает 1 кг горючего при сгорании до конца. То количество тепла, которое развивает 1 мг газа температурой 15° С и 1 am давления, называют теплопроизво­ дительной способностью естественного газа. Эта способность газа зависит от состава естественного газа: чем больше в нем горючих элементов (углерода и водорода), тем эта теплопроизводительность больше и, наоборот, чем больше в газе азота, кислорода и угле­ кислоты (негорючих газов), тем меньше теплопроизводительная способность газа. В нефтяном деле принято считать, что 1000 м3 газа эквивалентны 1 т нефти. Эта цифра, конечно, приближенная и действительную теплопроизводительность газа определяют по­ средством особых приборов, носящих название калориметров. Сущность определения заключается в том, что в данном приборе в продолжение 5 мин. сжигают К м3 газа. Развиваемая при горе­ нии теплота уходит на нагревание В кг воды начальной темпера­ туры t до температуры Т, и, таким образом, определяют, что теплопроизводительность газа (Q) должна быть:

В• (Т — t)

К(в калориях).

38