Оптические и электрические свойства.

Оптические и электрические свойства.

Оптически активна, вращающаяся плоскость поляризации света, люминисцентна, преломляет лучи. ДиээлектрикR=10010-10014 Ом*м, диамагнетик, отрицательное намагничивание.

Металлоносность.

V, Ni, B, Cr, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Se, Sn, Zn.

Основные типы нефтей.

По содержанию углеводородных компонентов:

· Метановые

· Метано-нафтеновые

· Нафтеновые

· Нафтеново-метаново-ароматические

· Нафтеново-ароматические

· Ароматические

По содержанию серы: малосерные (до полупроцента), высокосерные (больше 2%), серные (0. 5-2%).

Битумы (природные) – это продукт преобразования нефтей. Делятся на нафтиды и битумоиды +технические.

Нафтиды – это каустобиолиты нефтяного ряда и их аналоги (нафтоиды).

Битумоиды -это вещества, извлекаемые из групп органическими растворителями.

Нафтоиды – образуются в результате термической деструкции органического вещества.

Шунгит – высшая стадия антраксолита.

ГАЗ.

1. Состав и свойства

2. Классификация

3. Физ свойства

Природный газ – смесь природных УВ и неуглеводородных соединений.

УВ компонента: метан, этан, пропан, бутан.

НеУВкомпонента: N, CO2, H2S, He, Ar, H, пары воды.

Классификация:

· По условиям нахождения

· По происхождению (генезису)

· Физическому составу и форме нахождения.

· Химическому составу.

По условиям нахождения: газы атмосферы (N 78%), газы гидросферы (CO2 34-56%), литосферы (УВ до 98%)

По генезису:

· Биогенные: О2, CO2, CH4, N2, H2S, NH3, N2O, CO

· Органолитогенные: CH4, тяжелые УВ газы от C2 до С4, CO2, H2.

· Литогенные: СO2, H2, H2S, He, Ar, Xe, SO2, N2, CO, HCl (процессы, происходящие в минеральном скелете г. п. )

По физическому составу и форме нахождения

· Свободные

· Сорбированные

· Растворенные

· Газогидратные

Газогидраты - в кристаллической решетке создаются полости с газом. Природные при p> 0. 17мПа и t 10). Техногенные (при эксплуатации скважин).

Газ свободный сорбированный растворенный газогидрат

УВ +++ +++ ++ ++

N2 ++ + ++ +

CO2 ++ ++ + ?

H2S +++ + + ?

H2 + + + ?

По химическому составу:

Природный газ состоит из: Метановый > 50%

УВ 79-9% УВ-ный УВ > 50%

N2 1-20% N-ный N> 50%

CO2 0. 1-10% CO2-ный CO2> 50%

H2S 1-6% H2-ный H2> 50%

H2 до 3. 5% смешанный: УВ-N, CO2-Nи т. д.

Инертные газы 0, 2-5%

Физические свойства УВ газов:

· Плотность метан 0. 5

Этан 1

Пропан 1, 5 г/см3

· Вязкость по сравнению с нефтью мала 0, 0001-0, 01мПа*с. УВ назы менее вязкие, чем не УВ

· Растворимость

До +90 градусов, чем ниже t, тем выше растворимость.

Больше 90 градусов, чем выше t, тем выше растворимость.

Коэффициент растворимости газа в воде зависит от ее tи минерализации. Растворенность УВ газов в нефти в 10 раз выше, чем в воде. Жирный газ лучше растворяется в нефти, чем сухой. Легкая нефть лучше растворяет газы, чем тяжелая. Газы, растворенные в нефти, называются нефтянными.

Состав: CH4 20-60% (тяжелые нефти)

Тяжелые УВ 30-80% (легкие нефти)

Газы древних отложений более обогащены тяжелым УВ и N2/

Растворяемость метана в нефтях в 5 раз меньше, чем этана и в nраз пропана.

N2 в 15 раз менее растворим чем метан.

Газонасыщенность (газовый фактор) – суммарное соединение газа в Vфлюида (см3/л, м3\м3).

Мах Гф=10м3/м3 для пластовых вод. Рентабельная добыча газа для Гф= 5м3\5м3 (в западнойсибири 0. 3-1. 5м3/м3).

Типы залежей по Гф:

· Нефтянная< 600м3/т

· Нефтегазоконденс 600-900м3/т

· Газоконд> 900м3/т

Всплывание газа. За счет всплывания газа нефть вытесняется из ловушек.

Диффузия газа. Диффузия ~ t. 1/молек-ая масса

Критическая температура (Ткр) – выше которой газ не переходит в жидкое состояние при любом р.

Ткр: метана 82. 4, этана 32. 21, пропана 96. 63.

Метан, О2, N2 не могут находиться в жидком состоянии в литосфере. Легко сжижаются пропан, бутан, пентан, СО2 и H2S.

Критическое р (Ркр) ниже которой при любой t газ не переходит в жидкое состояние. Газоконденсат – при высоком р и tглубокопогруженных отложениях в газе растворяются пары гексана и другие высокомолекулярные жидкие УВ. При снижении р выпадает жидкость – конденсат.

Сырой конденсат – жидкость, которая выпадает из газа непосредственно в промышленных сепараторах при tи рсепарации.

ГК подчиняются законам обратного испарения и конденсации: при t=const, ниже давление – конденсация, выше давление – испарение.

Конденсаты состоят в основном из УВ и содержат: смол до 3. 7%, асфальтены 0. 3%, серы до 1. 4%, парафина до 4%.

Газ по содержанию конденсата:

· Незначительный < 25

· Малый 25-100

· Средний 100-200

· Повышенный 200-300

· Высокий 300-500

· Уникальный > 500

По составу УВ газ:

· Сухой (метан > 85%, конденсат 10см3/м3, Гф > 100000м3/м3)

· Тощий (метан 50-85%, конденсат 10-30, Гф 33000-110000)

· Жирный (тяжелый УВ до 50%, конденсат 30-90, Гф 11000-33000)

Этановые (С2, С3, С4) и конденсаты (С5 и выше) – юзаемщас эту тему.

Промышленные скопления образуют сухие газы, попутные, нефтяные.

Нефть, газ и растворенные в нем жидкие компоненты гидрофобны (способны находится в коллекторах).

Геология нефти и газа.

Нефтегазоносные толщи имеют субаквальное происхождение.

Элементы нефтегазоносных толщ, слагающие природные резервуары.

Породы-коллекторы и флюидоупоры.

Пустоты: поры менее 1мм, каверны более 1мм, трещины.

Флюидоупор (покрышка, экран) – г. п. без пустот или с их малыми размерами.

Ёмкостная фильтрация – свойства зависят от: минеральный состав г. п., формы и размеры зерен (их укладки), наличие и состав цемента.

Ё-Ф свойства:

· Пористость первичная и вторичная

· Проницаемость

· Нефтегазонасыщенность

· Удельная плотность пор

· Водонасыщенность

РЕЗЕРВУАРЫ.

Пластовый резервуар - это тело в слоистой толщи, протяженность которых по латерали значительно больше мощности.

Массивный резервуар – образован мощной толщей, разныехар-ки размера примерно сопоставимы.

Резервуары неправильной формы или литологически ограниченны.

Природные резервуары всегда заполнены водой (первично (седиментационная), вторичной (инфильтрационная)).

Ловушка – это часть природного резервуара, в котором накапливается УВ.

Залежь – скопление нефти (газа) в ловушке.

Нефтегазоносный комплекс – это часть разреза осадочного бассейна, содержит нефть и газ, амуипауиопцулптио

Характеризующаяся единством условий накопления пород, формированниефлюидоупоров.

Основные характеристики нефтегазоносных комплексов:

· Возраст и условие накопления

· Объем комплекса

· Литологический состав

· Сочетание коллекторов и ловушек

· Условия залегания нефти

Ловушки

Классификация ловушек:

· По условиям образования

· По условию размещения

· По форме ловушек

Структурные – образованы в результате изгиба слоев.

Стратиформные – сформированы в результате эрозии пластов-коллекторов и перекрывания их непроницаемых г. п.

Тектонические – в результате вертикального перемещения.

Литологические – замещение пористых проницаемых г. п. непроницаемыми.

Термобарические условия в залежах.

Давление.

· Горное: геостатическое (от вышележачих пород), геотектоническое (от напряжений)

· Гидростатическое

· Пластовое – давление жидкости в пустотах коллектора

Градиенты давления: геостатический для пород 2. 3г/см3 (0. 23атм/м) и гидростатический для воды 1. 1-1. 2 г/см3 (0. 11-0. 12атм/м)

Аномально высокое и низкое давление.

Причины АВД:

· Гравитационное уплотнение

· Тектоническое напряжение резервуаров

· Приток высоконапорных вод в замкнутые коллекторы

· Локальные геологические факторы

Плюсы АВД – увеличивает время естественной эксплуатации месторождений

Минусы АВД – аварии в процессе бурения, (фонтаны), увеличение стоимости скважин.

Температура.

Геотермальный градиент: 1, 8-3 градуса на 100 метров. Влияет на фазовое состояние, вязкость, миграция.

Закономерности свойств в залежах

Плотностная дифференциация

Нефть: градиенты плотность = 0, 002-0, 003 гр\см3 (100м) (осложняется взаимодействием с водой и породами. )

Для газов обратная ситуация: более тяж газ вверху

Происхождение нефти

Биогенная теория – содержится в осад. Гп, морских и озерных фаций. Нет в магматическихгп, древнее докембрия. Компоненты нефтей синтезируются из органики в лаборатории. Не встречается при Т выше 150градусов. Всегда содержит порфирины, производные хлорофила. Оптически активны, присутствуют соединение с N. В почвах развиваются нефтеподобные вещ-ва.

Абиогенная теория – присутствие метана и аммиака в атмосфере. Соединения С+N+Hесть в (? ). Вулканические газы содержат метан и другие газы, битумы кимберлитов.

Стадия образов. Нефти:

· Накопление ОВ

· Генерация УВ

· Миграция УВ

· Аккумуляция УВ

· Консервация УВ

· Разрушение УВ

Рассеянное органическое вещ-во (РОВ)

Сапропелиты – продукт преобразования низших растений и простейшей микрофауны (глина)

Гуммиты – продукт преобразования высших наземных растений (уголь)

Липтобиолиты - продукт преобразования наиболее устойчивых компонентов высших растений (смолы)

Генерация УВ – на стадии катогенезиса

НГ – материнские породы – осадочные и горные породы, способные в определенных геологических условиях выделять свободные УВ флюиды (на стадии диа-, ката- генезиса)

НГ-материнский потенциал – отношение образующихся УВ из ОВ к общему объему ОВ на стадии протокатагенеза.

Миграция

Первичная (эмиграция) -> (в любом направлении) -> (выход из материнской толщи в коллектор)

Вторичная - перемещение УВ по пласту-коллектору до барьера (вверх или по латерали)

Третичная (ремиграция)

Главное св-во геологического пр-ва, обеспечить миграцию – его неоднородность в литологическом и структурно-тектоническом отношении.

Причины вторичной миграции:

· Гравитационные силы

· Капиллярные

· Гидродинамические

· Геохимические

· Геотермические

· Геодинамический перенос

На платформах объем значительно ниже, чем в геосинклиналях

Третичная - происхождение в результате изменения термобарических и геохимических условий.

Разрушение нефти и газа: физ, биохим, хим.

Уголь

Образуется из высших и низших растений.

Петрографические типы углей:

· Гумолиты: гумиты (части растений), липтобиолиты (биохим устойчивые компоненты растений)

· Сапропелиты: собственно сапропелиты (остатки организмов), гумито-сапропелиты (гелефицированная сапропелитовая масса с большим кол-вом микроспор и небольшим остатком организмов.

· Сапрогумолиты: переходный тип.

Влага

От 4 до 60% содержания. Влияет на многие свойства, классовый признак бурых углей.

Минеральные примеси:

· Глинистые минералы 60-80% (неорган. Части)

· Карбонаты

· Сульфиды Fe

· Qu

· SO4, PO4, SO3, соли (Hg, F, Be, Cl – ядовитые)

U, Ge, Ga – промышленно значимые

Углефикация

1. Торфообразование

2. Диагенез

3. Метаморфизм

Торфообразование - гумификация (биохим преобразование лигнито-целлюлозных тканей с образованием (? )

Диагенез -> гелификация (переход в анаэробных условиях в (? )

Фюнезинезация - обезвоживание в субанаэробных условиях (почернение и обуглевание)

Алювиация - вынос коллоидов проточными водами (обратный процесс)

Иллювиация – превнос растворенных вещ-в.

Битуминизация - преобразование белка-углер-жир., простейших организмов и преобразование в анаэробных условиях в сапро.. )

В результате диагенеза образуется бурый уголь

Микрокомпонент угля (мацералы)

Группа гумилита в мягких бурых и витринита (Vt) в плотных бурых и каменных углях.

Группа фюзенита или икернитита (F) – продукт фюзенизации.

Группа липтинита (L) сохранившиеся части растений.

Группа альгинита (Alg) продукты преобразования низших растений и планктона.

Группа семивипринита (Sv) продукт наложившихся процессов гелификации и фюзинизации.

Группа микстинита (М) Vt+минеральные примеси или Vt+F.

Литолиты углей – видны микроскопически.

1. Витрен – состоит из витринита, образует в углях мелкие узкие линзообразные прослои (3-5мм). Черный цвет, сильный блеск, раковистый излом, эндогенные трещины.

2. Кларен – на 75% из витринита + 25% L+F, образует крупные слои в углях, полосчатая структура.

3. Дюрен – состоит из L+F, 10-25% гелификационных компонентов. Плотный, блеск смольный, очень твердый, вязкий, шероховатый излом.

4. Фюзен – F, сцементированвитринитом, образует линзы до 1мм. Внешне похож на древесный уголь, матово-черный,, непрочный скелет.

5. Богхет – сапропелиты, бурая окраска, высокая прочность.

Основные показатель качества, состава и свойств углей.

Состав: петрографический, элементарный, групповой (битумы, гумитоносные).

Физические сво-ва: оптические, электрические, физико-механические.

Технические сво-ва: зольность, соединения влаги, S, P, теплота сгорания, коксуемость, спекаемость.

С увеличением степени метаморфизма увеличивается С, понижается О, Н=const.

Оптические свойства: отражательная способность витринитаRo, %

(критерий оценки степени метаморфизма угля).

Градация группа марка угля стадия мет-ма Ro%

Диагенез - торф - - 0, 25

Протокатагенез ПК1 буроуг. Б1 О1 0, 5

ПК2 Б2 О2 0, 5

ПК3 Б3 О3 0, 5

Мезокатагенез МК1 каменноуг. Д 1 2, 5

МК2 ДГ, Г 1-2, 2

МК3 ГЖ, Ж 2-3, 3

МК4 КЖ, К 3-4, 4

МК5 СС, С 4-5, 5

АК1 Т 6

Апокатагенез АК1 Т 6 2, 5

АК2 антрацит. ПА 7-8

АК3 А1-6, А7-11 8-9, 9

АК4 А12 и более 10 > 5. 5

Б – бурый, Д – длиннопламенный, Г – газовый, Ж – жирный, К – коксовый, ОС – осадочно-спекающийся, Т – тощий, ПА – полуантрацитовый, А – антрацитовый, СС – слабоспекающийся.

Электрические свойства.

С повышением степени метаморфизма повышается электропроводность, на низких ступенях – диэлектрик, на высоких – антрацит.

Физические свойства.

· Механическая прочность и термическая стойкость (наименьшая мехпрочность у К, наибольшая у Г)

· Трещиноватость – определяет свойство дробимости

· Плотность и объемная масса (плотность без пор и трещин, объем с ними)

· Метаноемкость и метаноносность (сколько может поглотить и сколько поглощает)

· Выбросоопасность (выбросы угля, породы, газа – стандартный признак)

Технические свойства.

Зольность - соединение органического остатка (золы) после сгорания (1, 2-9, 2%). С большой зольность – уголь плох для коксования.

Соединения влаги W%:

Влага:

· ПоверхностнаяWn – свободно стекаемая при хранении.

· Общая Wt – при высушении, при 110градусах удаляется.

· ВнешняяWex – удаляется при высушении до воздушного сухого состояния.

· Возд-сух угля Wh – остается после доведения до возд-сух.

· ПирогенетичWk – при термической деструкции ОВ образуется.

· Гидратная Wm – в составе минералов.

Сернистость 0, 1-1, 5%.

При сгорании загрязняет атмосферу, при коксовании образует соединение серы и железа.

Содержание Р до 0, 05. Используют для получения новых видов кокса.

Выход летучих веществ – масса летучих компонентов при нагревании угля без доступа О2.

Летучие – смолы, дегти, газы.

В сапропелях и микробиол – до 80% ВЛВ, в гумитах понижено. Используется для марочной классификации угля.

Удельная теплота сгорания Q: высшая (Q3) cисключением тепла, полученного за счет кислотообразования и низшая (Qi) – аналогично, только убирается тепло за счет испарения воды.

Условное топливо – с низшей удельной теплотой 29, 3 МДж/кг.

Характеристика каустобиолитов угольного ряда.

Торф – горючее ископаемое, относится к гумолитам. Содержание ОВ более 50%.

Бурыйуголь – цвет от бурого до черного, окрашивает воду в бурый, на воздухе растрескивается, плотность = 0, 5-1, 6 г/см3, твердость 1-2.

Химический состав: изменяется в зависимости от степени углефикации, высокое содержание фенола, карбокса, гидрокса.

Групповой состав: свободные гуминовые кислоты.

Элементный состав: С = 65-76%, Н = 4, 5-6%, О2+N2

Каменный уголь: черный цвет, структура однородная, бывает полосчатая, твердость 2-3, плотность 1, 2-1, 6 г/см3.

Групповой состав: нет гуминовых кислот (свободные).

Технические свойства: выход летучих веществ от 45% до 2%.

Элементный состав: С = 75-92%, Н = 2. 5-5. 5%, О2 = 1, 5-15%.

Антрацит: цвет черно-серый с металловидным блеском, черта бархатисто черная, плотность 1, 4-1, 7г/см3, структура и текстура неразличимы, не спекается, электропроводен.

Графит: цвет темно-серый, черта черная, образуется на контакте интрузий с каменным углем или антрацитовыми пластами, плотность 1, 7г/см3, твердость 2. 2, анизотропен, электропроводен, С = 97-99%.

Классификация и основные направления использования углей.

Базируется на главных особенностях угля:

· Метаморфизм

· Петрографический состав

· Восстановленность

Техническими параметрами на разных стадиях метаморфизма в качестве классификации приняты:

· Бурый – влага Wdat, выход смолы полукоксования Тdaf.

· Каменный – выход летучих веществ

· Антрацит – выход летучих веществ, анизотропия витринита.

Существуют различные направления марок углей.

Геология углей.

Угольный пласт – геологическое тело, сложенное угольным телом, характерная черта угольных пластов – слоистость, заключается в чередовании различных петрографических типов углей (пачки) и линз.

По строению: простые (1 пласт меж 2) и сложные (2 пласта с перегородкой меж 2 пластами).

Мощность:

· Весьма тонкий < 0. 5м

· Тонкий 0, 5-13м

· Средняя мощность 1, 35-3, 5м

· Мощный 3, 55-15м

· Весьма мощный > 15м.

Общая мощность – от подошвы нижней пачки до кровли.

Полезная мощность – суммарная мощность угля в пласте.

Рабочая мощность – разрабатываемая, экономически целесообразная.

По степени выраженности основные параметры угольного пласта:

· Выдержанный – меняется в пределах 20%

· Относительно выдержанный – 35%

· Невыдержанный – пласт теряет рабочее значение во многих местах.

Угленосная формация – комплекс осадочных отложений, вмещающий угольный пласты.

Ритмы (циклы):

· Полные – четко прослеживается постепенное изменение гранулированного состава от мелкого к крупному.

· Неполные – верхняя часть полного ритма.

· Срезанные – сохраненные от размыва нижние части ритма.

От ритма к ритму изменяется: цвет осадков, размеры первичной слоистости, содержание различных осадков, карбонатность, конкреции.

Углегеологическое районирование:

Угольный пласт à углепроявление à угольное месторождение (à угленосная площадь, район) à угольный бассейн à (узел углеобразования) à угленосная провинция à пояс углеобразования.

Углепроявление – небольшая по величине угленосная территория и отдельные разнообразные выходы пластов угля, малой или неустановленной мощности.

Угольное м-е – размером от десятков до сотен км2. По местоположению м-я может быть: в контуре бассейна и самостоятельное. По количеству рабочих пластов: одно и многопластовые.

По особенностям строения м-я могут быть:

· Простого строения (горизонт или субгоризонт)

· Относительно сложный (пологое, наклонное, крупное залегание)

· Сложное (складки, разрывные нарушения)

· Очень сложное (складки бешеные, куча разломов)

Специфика месторождений угля:

· Большая площадь при малой мощности

· Резкое различие вещественного состава и физикомеханических свойств угля и вмещающий горной породы.

· Сложные гидрогеологические условия

· Метаноносность

· Самовозгорание углей, вредная угольная пыль.

Угленосный бассейн имеет площадь от сотен до миллионов км2.

Основные закономерности угленосности на земле.

Факторы:

· Климатический – гумидный

· Палеогеографический – прибрежно-морской, внутриконтинентальный

· Тектонический – впадины, прогибы

Уголь в стратиграфическом отношении:

Неоген+палеоген = 14, 6%

Мел = 21%

Юра = 16%

Триас = 0, 4%

Пермь = 27%

Карбон = 21%

Девон = 0, 001%

Ресурсы: 1) Китай (6. 5 трлн т) 2) Россия (4, 45) 3) США (3, 6)

Бассейны-гиганты (> 500 млрд т): Тунгусский, Ленский, Таймырский, Канско-Агинский, Кузнецкий. (вставить фото таблицы)

Доля России в мировом топливно-энергетическом балансе (уголь).

Ресурсы = 29%, добыча = 5. 7%, потребление = 9. 7%, запасы = 6. 6%.

Тунгусский бассейн лидер по ресурсам в РФ. Основные запасы до 300 м по глубине, рабочая мощность угольных пластов – от 0. 7м (вставить фото таблицы).

Сопутствующие ПИ:

Выделяют 3 группы:

· Доугленосная с корами выветривания (огнеупорная глина, каолины, элювиальные россыпи)

· Угленосная – решающие факторы: фациальная обстановка и эпигенетические процессы.

· Надугленосная (стройматериалы – песок, гравий, легкоплавные глины)

Соединение U, Ge, Gaзависит от петрографического состава.

Ge.

Добывают только из углей:

· Сосредотачивается в припокровной части пласта или на переферияхм-я.

· Содержание Geв витрините иногда в 10-20 раз > содержания в общей части м-я

· Больше Geв низкомет углях

· В маломощных больше, чем в мощных

· Получают из золы сжиганием.

Восточный Донбасс, Южно-Новиковское месторождение.

Ga: основной носитель – минеральное вещество глин, накопление Gaобусловлено превносом его в торфяники совместно с Ge. Основной источник – бокситы.

Горючие сланцы.

Осадочные горные породы с высоким содержанием органики. Состав минеральный ( карбонаты, глинозем, кремнезем) и органический (битум растворенный и кероген нерастворенный).

Удельная теплота сгорания 7, 4-11, 1 МДж/кг.

Химический состав: Н =7-10 (выход летучих веществ до 90%)

С = 56-82

S = 15-9 + B, V, W, Ge, Ni, R, Ti, Cr, U

О2 = 9-10

N2 = 1-3

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒