Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища)

Досліджено декілька методів для визначення глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням компонентів системи. Розроблено методику розрахунку тиску і температури за співвідношенням ізомерів бутану та пентану для нафти. Визначено розподіл температур і тиску, а також глиб...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2010
Автори:	Стефаник, Ю., Герльовський, Ю., Кульчицька-Жигайло, Л.
Формат:	Стаття
Мова:	Ukrainian
Опубліковано:	Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України 2010
Назва видання:	Геологія і геохімія горючих копалин
Теми:	Геологія горючих копалин
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60474
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища) / Ю. Стефаник, Ю. Герльовський, Л. Кульчицька-Жигайло // Геологія і геохімія горючих копалин. — 2012. — № 1-2 (158-159). — С. 5-17. — Бібліогр.: 36 назв. — укр.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-60474
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-604742014-04-16T03:01:53Z Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища) Стефаник, Ю. Герльовський, Ю. Кульчицька-Жигайло, Л. Геологія горючих копалин Досліджено декілька методів для визначення глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням компонентів системи. Розроблено методику розрахунку тиску і температури за співвідношенням ізомерів бутану та пентану для нафти. Визначено розподіл температур і тиску, а також глибин у надрах Землі, що відповідають цим термодинамічним умовам. Методику можна використовувати для розрахунку глибини, нижче якої флюїд такого хімічного складу буде перебувати в газоподібному стані. Визначено термодинамічні умови утворення нафти Новогригорівського родовища. The mineral and aggregate state of the Earth’s material is a product of interaction between chemical compounds under natural thermodynamic conditions. Even with a constant element composition of the molecular system its component composition becomes changed with temperature and pressure. In zones of high temperatures caused by a rapid course of chemical reactions the component composition is close to balanced ones and can be determined by laws of thermodynamics. To determine a depth of formation of oil-like system in the bowels of the Earth one can use varied relationships between the system’s components. About two tens of them were cited by I. V. Vysotskiy. Some relationships allow us to recognize shapes of occurrences of gas accumulations. To determine depths of formation of oil-like system by the relationship between butane and pentane isomers three tasks should be solved: 1. To develop calculation methods of the pressure and temperature by the relationships between butane and pentane isomers for oil. 2. To determine the distribution of temperatures and pressures in the bowels of the Earth as well as depths that correspond to these thermodynamic conditions. 3. To determine a range of the formation depths of oil in the Novohryhorivsk field. In spite of some inaccuracy one can assert that by the relationship between butane and pentane isomers oil from the Nova Hryhorivska field was formed at temperature of 1280–1340 K, pressure 1639–3946 MPa and at depths of 54–127 km. 2010 Article Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища) / Ю. Стефаник, Ю. Герльовський, Л. Кульчицька-Жигайло // Геологія і геохімія горючих копалин. — 2012. — № 1-2 (158-159). — С. 5-17. — Бібліогр.: 36 назв. — укр. 0869-0774 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60474 553.061.12/.17+550.4:519.2+550.43 uk Геологія і геохімія горючих копалин Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Ukrainian
topic	Геологія горючих копалин Геологія горючих копалин
spellingShingle	Геологія горючих копалин Геологія горючих копалин Стефаник, Ю. Герльовський, Ю. Кульчицька-Жигайло, Л. Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища) Геологія і геохімія горючих копалин
description	Досліджено декілька методів для визначення глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням компонентів системи. Розроблено методику розрахунку тиску і температури за співвідношенням ізомерів бутану та пентану для нафти. Визначено розподіл температур і тиску, а також глибин у надрах Землі, що відповідають цим термодинамічним умовам. Методику можна використовувати для розрахунку глибини, нижче якої флюїд такого хімічного складу буде перебувати в газоподібному стані. Визначено термодинамічні умови утворення нафти Новогригорівського родовища.
format	Article
author	Стефаник, Ю. Герльовський, Ю. Кульчицька-Жигайло, Л.
author_facet	Стефаник, Ю. Герльовський, Ю. Кульчицька-Жигайло, Л.
author_sort	Стефаник, Ю.
title	Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища)
title_short	Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища)
title_full	Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища)
title_fullStr	Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища)
title_full_unstemmed	Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища)
title_sort	глибини утворення нафтоподібних систем у надрах землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища)
publisher	Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України
publishDate	2010
topic_facet	Геологія горючих копалин
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/60474
citation_txt	Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі за співвідношенням ізомерів бутану та пентану (на прикладі Новогригорівського нафтогазоконденсатного родовища) / Ю. Стефаник, Ю. Герльовський, Л. Кульчицька-Жигайло // Геологія і геохімія горючих копалин. — 2012. — № 1-2 (158-159). — С. 5-17. — Бібліогр.: 36 назв. — укр.
series	Геологія і геохімія горючих копалин
work_keys_str_mv	AT stefanikû glibiniutvorennânaftopodíbnihsistemunadrahzemlízaspívvídnošennâmízomerívbutanutapentanunaprikladínovogrigorívsʹkogonaftogazokondensatnogorodoviŝa AT gerlʹovsʹkijû glibiniutvorennânaftopodíbnihsistemunadrahzemlízaspívvídnošennâmízomerívbutanutapentanunaprikladínovogrigorívsʹkogonaftogazokondensatnogorodoviŝa AT kulʹčicʹkažigajlol glibiniutvorennânaftopodíbnihsistemunadrahzemlízaspívvídnošennâmízomerívbutanutapentanunaprikladínovogrigorívsʹkogonaftogazokondensatnogorodoviŝa
first_indexed	2025-07-05T11:33:27Z
last_indexed	2025-07-05T11:33:27Z
_version_	1836806525277962240
fulltext	5 © Юрій Стефаник, Юрій Герльовський, Леся Кульчицька-Жигайло, 2012 ISSN 0869-0774. Геологія і геохімія горючих копалин. 2012. № 1–2 (158–159) Геологія горючих копалин УДК 553.061.12/.17+550.4:519.2+550.43 Юрій Стефаник, Юрій ГерльовСький, леся кульчицька-ЖиГайло Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, Львів, e-mail: igggk@mail.lviv.ua Глибини утворення нафтоподібних СиСтем у надрах Землі За Співвідношенням іЗомерів бутану та пентану (на прикладі новоГриГорівСькоГо нафтоГаЗоконденСатноГо родовища) Досліджено декілька методів для визначення глибини утворення нафтоподіб- них систем у надрах Землі за співвідношенням компонентів системи. Розроблено методику розрахунку тиску і температури за співвідношенням ізомерів бутану та пентану для нафти. Визначено розподіл температур і тиску, а також глибин у надрах Землі, що відповідають цим термодинамічним умовам. Методику можна використо- вувати для розрахунку глибини, нижче якої флюїд такого хімічного складу буде пе- ребувати в газоподібному стані. Визначено термодинамічні умови утворення нафти Новогригорівського родовища. Ключові слова: термодинамічні умови, геостатичний тиск, співвідношення ізо- мерів. Мінеральний та агрегатний стан речовини Землі є продуктом взаємодії хімічних сполук у природних термодинамічних умовах. Навіть за постійно- го елементного складу молекулярної системи її компонентний склад зміню- ється з температурою і тиском. У зонах високих температур, що зумовлюють швидкий перебіг хімічних реакцій, компонентний склад близький до рівно- важного і може бути встановлений за законами термодинаміки. Глибини утворення нафтоподібних систем у надрах Землі визначаються за найрізноманітнішими співвідношеннями їхніх компонентів (Высоцкий, 1979): – коефіцієнт сухості – відношення вмісту метану до суми його тяжких гомологів (ТГ) ТГ CH 4 ; – коефіцієнт збагачення вуглеводнями – відношення суми вуглеводнів до азоту 2 4 N ТГCH ; 6 – коефіцієнт насичення води газом – відношення значення пружності водорозчинного газу до пластового тиску ВP Pr . Зазвичай, 1 ВP Pr , що вказує на недонасичення водної системи газом. Пе- ренасичення системи газом 1 ВP Pr буває лише при активному надходженні газу в пластову воду, що супроводжується формуванням газових скупчень; – відношення вмісту ізобутану до нормального бутану ізо-C4H10 н-C4H10 , ця ве- личина має суттєве кореляційне значення. І. В. Висоцький (Высоцкий, 1979) використовує також і інші величини: ;HCHC 12562 ; HC HC 83 62 ; HC HC 104 62 ; HC HCHC 83 10462 . HCHC HCHC 10483 12562 За деякими співвідношеннями можна розрізнити форми знаходження скупчень газу. До прикладу, відношення етану до суми його тяжких гомоло- гів дозволяє в певних випадках відрізнити гази чисто газових скупчень від газонафтових. Для перших величина відношення, зазвичай, більша ніж 2,6; для других – менша. Більший вміст етану порівняно з пропаном вказує на те, що газ належить до сухого типу, натомість перевищення пропану над етаном вказує на належність газу до газоконденсатного покладу. Величина відно- шення гелію до аргону дозволяє відрізнити струмінь болотного газу від газу вільних скупчень і грязьових вулканів. Щоб визначити глибини утворення нафтоподібних систем за співвідно- шенням ізомерів бутану і пентану, потрібно: Розробити методику розрахунку тиску і температури за співвідношен-1. ням ізомерів бутану та пентану для нафти. Встановити розподіл температур і тиску в надрах Землі, а також гли-2. бин, що відповідають цим термодинамічним умовам. Визначити межі глибин утворення нафти Новогригорівського родо-3. вища. методика розрахунку тиску і температури утворення нафти за спів- відношенням ізомерів бутану та пентану. У стані термодинамічної рівно- ваги характеристичні функції (ентальпія H, внутрішня енергія U, вільна енер- гія F, ентропія S, ізобарно-ізотермічний потенціал Гіббса Z) досягають екс- тремальних значень (Киреев, 1970; Чекалюк, 1971). Із другого закону термодинаміки випливає, що в стані термодинамічної рівноваги ентропія S досягає максимального значення за заданих і постій- них значень внутрішньої енергії U й об’єму V, а внутрішня енергія U за за- даних ентропії S й об’єму V досягає мінімального значення. Також мінімаль- них значень досягають такі термодинамічні функції: ентальпія H – за за- даних ентропії S і тиску Р, вільна енергія F – за постійної температури Т й об’єму V, ізобарно-ізотермічний потенціал Гіббса Z – за заданих температу- ри Т і тиску Р. Умови екстремуму характеристичних функцій S, H, U, F, Z еквівалент- ні, тому, вивчаючи термодинамічну рівновагу в багатокомпонентних хіміч- 7 них системах, можна користуватися умовою екстремуму будь-якої термо- динамічної функції залежно від поставленої задачі. До прикладу, вивчаючи рівновагу в ізохорних процесах (V = const) за постійної внутрішньої енергії (U = const), зручно користуватися умовою максимуму ентропії S. В ізохорно- ізотермічних процесах, коли температура Т й об’єм V системи постійні, – умовою мінімуму вільної енергії і т. д. Загальноприйнята схема аналітичного розрахунку компонентного скла- ду хімічної системи в умовах термодинамічної рівноваги базується на умо- ві мінімуму ізобарно-ізотермічного потенціалу Гіббса Z (Акопян, 1963; Ба- заров, 1976; Белоконь, 1968; Кубо, 1970; Ноздрев, 1967; Сейдж, 1969; Сте- фаник, 1975, 1976, 19782). Її перевага в тому, що за заданих та постійних тем- ператури Т і тиску Р хімічний потенціал системи може змінюватися через зміну її компонентного складу. За такої схеми розрахунку речовинний склад складної молекулярної системи в стані термодинамічної рівноваги однознач- но визначається її елементним складом, температурою і тиском. Розглянемо реакцію утворення ізомерів бутану і пентану за схемою nC + (n + 1)H2 → [CnH2n + 2]ізо. Для n = 4 отримуємо ізомери бутану, а для n = 5 – ізомери пентану. За заданих температури Т і тиску Р константа рівноваги 0 TK утворення ізомерів бутану і пентану з елементів C та H2 може бути представлена через парціальні активності сполук та елементів C і H2, а саме: ,exp 1 HC HC0 2 2222HC nP T nP T P T T aa a RT Z K nnnn де 22HC nn Z – зміна ізобарно-ізотермічного потенціалу Гіббса; R – універ- сальна газова стала (R = 8,314 41 Дж/моль · град); T – температура, K; ,C P Ta P Ta 2H – парціальні активності елементів C і H2. Стандартні значення констант рівноваги 0 TK хімічних сполук можна ви- рахувати використовуючи відповідні дані (Айвазов, 1964; Варгафтик, 1963; Введенский, 1961; Верятин и др., 1965; Вукалович, Алтутин, 1965; Термо- динамические..., 1962; Кричевский, 1962; Смирнова, 1973; Физико-химичес- кие…, 1960; Bullen, 1952). У табл. 1 наведені значення ΔZ для всіх ізомерних модифікацій бутану і пентану. Із рис. 1 видно, що ΔZ є прямолінійною функцією Т, а тому його значення можна екстраполювати до високих температур прямою ΔZ = aT + b. Рівняння цих прямих наведені на рис. 1. У газовій фазі парціальна активність хімічної сполуки залежить від ак- тивності чистого компонента , 22HC P T nn a його мольної частки 22HCν nn і кое- фіцієнта активності :γ 22HC nn .νγ 22222222 HCHCHCHC P T nnnnnnnn aa Підставляючи значення парціальної активності із формули (3) у форму- лу (2), знаходимо вираз для мольної частки сполук: . γ ν 2222 2 22 HCHC 1 HC 0 HC P T nP T nP TT nnnn nn a aaK (1) (2) (3) (4) * * * * * * * 8 Рис. 1. Залежність ізобарно-ізотермічного потенціалу Гіббса від температур Температура, K н-бутан ізобутан н-пентан 2-метилбутан (ізопентан) 2,2-диметилпропан (неопентан) 298,15 300 400 500 600 700 800 900 1 000 1 100 1 200 1 300 1 400 1 500 –17,51 –16,5 21,27 60,8 101,5 142 184,8 227,1 269,6 312,1 354,6 397,3 439,9 482,5 –20,9 –20,2 19,1 60,2 101,5 157,8 188,6 232,4 276,3 320,3 364,3 408,3 452,3 496,3 –8,46 –7,5 40,1 89 141,1 193 245,7 298,7 351,9 405,1 458,3 511,6 566,1 618,1 –14,8 –13,9 34,4 84,7 136,4 188,9 241,9 295,4 349,1 402,8 456,5 510 563,7 617,4 –15,2 –14,3 37,6 91,5 146,4 202,6 258,9 315,5 372,4 429,2 486 542,9 599,6 656,3 Т а б л и ц я 1. ізобарно-ізотермічний потенціал Гіббса ΔZ (кдж/моль) для ізо- мерів бутану та пентану Співвідношення ізомерів для бутану і пентану буде таким: . γ γ ν ν н22н22ізо22 ізо22ізо22н22 ізо22 н22 HCHC 0 HC HCHC 0 HC HC HC nnnnnn nnnnnn nn nn P TT P TT aK aK У довідниковій літературі є достатньо вихідних даних для визначення термодинамічних функцій багатьох індивідуальних хімічних сполук у широ- кому інтервалі температур за стандартного тиску P = 0,1 МПа. Однак для чисельного визначення термодинамічної активності за високих тисків дані (5) 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 600 900 1200 1500 1800 2100 2400 2700 3000 T , K ΔZ Т °, кДж/моль н-бутан С4H10 ізо-бутан С4H10 2-метилбутан (ізопентан) С5H12 н-пентан С5H12 2,2-диметилпропан (неопентан) С5H12 ΔZ Т °н-бутан = 0,424Т – 154,1 ΔZ Т °ізобутан = 0,439Т – 161,9 ΔZ Т °н-пентан = 0,531Т – 178,6 ΔZ Т °ізопентан = 0,536Т – 185,9 ΔZ Т °неопентан = 0,567Т – 194,5 9 для багатьох речовин відсутні. Водночас результати екстраполяції даних, отриманих для низьких тисків, в областях високих тисків є малонадійними, особливо для газової фази речовин. Це пов’язано з тим, що до сьогодні не створено рівняння стану для високих тисків, яке є необхідним доповненням до законів класичної термодинаміки і дає можливість застосовувати ці зако- ни на практиці. Загальним недоліком існуючих рівнянь стану (Алтутин, Гадецкий, 1971; Вукалович, Алтутин, 1965; Малышев, 1973; Путилов, 1971; Справочник..., 1969; Стефаник, 19781; Термодинамические…, 1981; Термодинамические…, 1965; Чекалюк, 1982) є те, що взаємозв’язок Р-V-T вони із задовільною точ- ністю описують лише в дуже вузькій області температур і тисків. Майже всі компоненти нафти в глибинних умовах перебувають у над- критичному, тобто газовому, стані. Тільки в одній роботі (Carl et al., 1960) ми знайшли формулу для термодинамічної активності речовин до тисків 250 000 атм (25 000 МПа), яка базується на експериментальних даних, отри- маних для води, за вказаних тисків. У зведених координатах ,,, c R c R c R V VV T TT P PP де Pc, Tc, Vс – кри- тичні тиск, температура та об’єм, ця формула така: , τ11 τ 1lnττ1exp Н Н τ1 П П τexp 0 0 0 0 0 OH HC HC 2 22 22 C P PB P PA P P a n R R m R R c cP T nn nn де ;0 R R T T A0 = 7,1786; B0 = 11,621; C0 = 2,2500; П = 50,000; Н = 62,000; m = 0,7200; n = 0,1625; ;5000 0 c R P P .2,673 0 c R T T Критичні параметри для ізомерів бутану та пентану, а також для води на- ведені в табл. 2. Використовуючи для розрахунків формулу (6), треба пам’ятати, що зве- дені стандартні тиски c R P PP 0 0 і температури c R T TT 0 0 будуть різними для різних хімічних сполук, а тому стандартні стани речовин не є відповід- ними. (6) Сполука Tc, K Pc, МПа Vc, м 3/моль · 10-6 Zc н-бутан Ізобутан н-пентан 2-метилбутан (ізопентан) 2,2-диметилпропан (неопентан) Вода (H2O) 425,2 408,1 469,5 460,4 433,8 647,2 3,75 3,60 3,33 3,29 3,16 22,0 255,0 263,0 311,0 308,0 303,0 56,0 0,270 0,279 0,265 0,265 0,265 0,230 Т а б л и ц я 2. критичні параметри для води та ізомерів бутану і пентану Примітка: критичний коефіцієнт тиску Zc визначається за формулою Zc = PcVc/RTc. 10 Підставляючи значення P T nn a ізо22HC та P T nn a н22HC із формули (6) у фор- мулу (5), знаходимо вираз для визначення температур і тисків у надрах Зем- лі за співвідношенням ізомерів бутану і пентану. розподіл температур і тисків у надрах Землі. Завдяки наявності гра- дієнтів тисків і температур у земній корі та верхній мантії Землі постійно відбуваються переноси енергії і речовини, а також термохімічні перетворен- ня. Для вивчення цих явищ і їхнього впливу на склад вуглеводневих систем необхідно вміти надійно визначати тиски та температури залежно від гли- бини. Прямих вимірів температур на глибинах понад 10 км немає, тому оціни- ти температури нижніх шарів земної кори і верхньої мантії можна лише на основі далекої екстраполяції. Однак похибка такої оцінки експоненціально зростає з глибиною, для якої визначається температура. На криві залежності температури від глибини, які базуються на розра- хунках температур для фіксованих точок у Землі, впливають інші помилки. До прикладу, якщо для оцінки температури в ядрі використовується темпе- ратура передбачуваної перехідної зони від твердого до розплавленого заліза на межі між внутрішнім і зовнішнім ядром, то на результатах позначаються помилки, що входять у прийняте значення точки плавлення заліза як функції глибини плавлення в ядрі. Крім того, необхідно враховувати, що збіг пере- хідної зони від зовнішнього до внутрішнього ядра з перехідною зоною від рідкої до твердої речовини не є встановленим фактом. Залишаються також сумніви щодо речовини ядра, яка, безумовно, не є чистим залізом (Гутен- берг, 1963). Ще одним джерелом помилок визначення температури в надрах Землі є припущення про величину генерації тепла від радіоактивних речовин у зем- ній корі і верхній частині мантії. На це вказують уже ті труднощі, які вини- кають при спробі примирити майже однакові спостережувані потоки тепла через континенти і океанічне дно з істотно різними відповідними потоками, вирахуваними на основі тепловиділення зі зразків порід (Гутенберг, 1963). Вивчаючи розподіл температур у надрах Землі, багато дослідників ви- ходили з різних припущень. Так, Б. Гутенберг (1963) вважає, що до моменту кристалізації речовини в Землі встановлювався адіабатичний розподіл темпе- ратур на глибинах, а земна кора відігравала роль теплоізоляційної оболонки. Є. Любимова (1958) виходить в основному із холодної моделі Землі, яка на- далі повинна розігрітися радіоактивним виділенням тепла. В. Жарков (1958) припускає, що температура Землі на глибині 100 км дорівнює 1300 °С, а ниж- че вона підвищується вздовж кривої плавлення речовини або за законом аді- абатичного розподілу і т. д. Із глибиною температурні криві, за даними різ- них авторів, розходяться, і на глибинах понад 600 км ці розходження бувають істотними. Це необхідно враховувати при вивченні термодинамічного стану речовини, особливо її летких компонентів. Е. Чекалюк (1971) запропонував користуватися двома граничними криви- ми температур, між якими знаходяться всі вказані вище оцінки. Гранична кри- ва знижених температур мантії проведена за даними температур Є. Любимо- вої (1958). Гранична крива підвищених температур – за Б. Гутенбергом (1963) 11 до глибини 400 км, а далі – обвідна кривих Адамса, Делі та ін. Ділянки зем- ної кори та верхньої мантії із підвищеними градієнтами температур Е. Че- калюк (1971) назвав сильнопрогрітими зонами, на відміну від ділянок із зни- женими градієнтами температур, т. зв. слабкопрогрітими зонами. Значно точніше визначається другий термодинамічний параметр на гли- бині – геостатичний тиск. Тиск рідини і газів, що залягають в осадовому комп- лексі порід, у пористих та тріщинуватих колекторах на відносно невеликих глибинах, відповідає, зазвичай, гідростатичному тиску стовпчика води, ви- міряного від рівня її поверхні. Це свідчить про гідравлічний зв’язок горизон- тів із поверхневими водами. У закритих покладах пластові тиски, як пра- вило, є вищими від гідростатичних і наближаються до геостатичного тиску стовпчика гірських порід, що залягають вище. Із глибиною збільшується за- критість покладів, і на великих глибинах, у гранітному та базальтовому ша- рах, тиски, мабуть, відповідають геостатичним (Чекалюк, 1971). У межах верхньої мантії немає пористих тріщинуватих тіл, у яких мог- ли б розміститися самостійні гідравлічні системи. У таких умовах стирають- ся грані між окремими компонентами системи і стан речовин мантії є суміш- шю багатокомпонентних розчинів різних індивідуальних хімічних сполук, що знаходяться під дією єдиного геостатичного тиску (Чекалюк, 1971). При розрахунку тиску залежно від глибини виявилося, що в спостере- жуваних на поверхні Землі прискорення сили тяжіння та середньої густини Землі недостатньо для однозначного вирішення такої задачі. Необхідно було доповнити вихідні дані про характер густини Землі з глибиною згідно з гео- фізичними даними про швидкість сейсмічних хвиль. Проведені К. Булленом (Bullen, 1952) й Е. Буллардом (Bullard, 1957) роз- рахунки густини ρ, сили тяжіння g і тиску Р залежно від глибини Н (табл. 3) майже збігаються і можуть бути використані в подальших розрахунках. За цими даними та даними розподілу температур у надрах Землі складена табл. 3 до глибин 5500 км. На рис. 2 наведені математичні залежності граничних тисків і глибин від температури для слабко- і сильнопрогрітих зон земної кори і верхньої мантії. Криві на рис. 2 вказують на ті допустимі тиски і температури, які існують у надрах Землі (зона між двома кривими) і для яких методами рівноважної хі- мічної термодинаміки можна за співвідношеннями ізомерів бутану і пентану встановити глибини утворення нафтоподібних систем. встановлення глибин утворення нафти новогригорівського нафто- газоконденсатного родовища. Формула (6) дає можливість визначити тем- пературу, тиск і глибину утворення нафти за фактичним співвідношенням у ній ізомерів бутану і пентану, наведених у табл. 4 і 5. Термодинамічний коефіцієнт активності 22HCγ nn є складною функцією тиску і температури. Він визначається лише за даними експериментальних досліджень (Рид, Шервуд, 1971) у широких межах температур та тисків. Оскільки допустимі тиски і температури в надрах Землі знаходяться в межах слабко- та сильнопрогрітих зон, то коефіцієнти активності взято як середні величини для вказаних тисків і температур цих зон (для бутану – 1,5; для пентану – 4,5). До прикладу, у роботі (Чекалюк, 1971) ці коефіцієнти варію- ються від 1,0 до 10,0. 12 За К. Булленом (Bullen, 1952) За Е. Буллардом (Bullard, 1957) H, км ρ, кг/см3 g, м/с2 P, МПа H, км ρ, кг/см3 g, м/с2 P, МПа 33 100 200 300 413 500 600 800 1 000 1 200 1 600 2 000 2 400 2 600 2 900 2 900 3 000 3 400 3 800 4 200 4 600 4 980 5 500 3 320 3 390 3 480 3 570 3 670 3 920 4 150 4 520 4 720 4 850 5 110 5 350 5 590 5 700 5 870 6 500 6 980 8 800 10 530 12 200 13 810 15 290 17 100 9,85 9,87 9,90 9,92 9,95 9,97 9,97 9,95 9,91 9,86 9,76 9,72 9,75 9,81 10,0 10,0 10,0 9,88 9,45 8,72 7,70 6,40 5,40 900 3 100 6 500 10 000 14 100 17 500 21 400 30 000 39 200 49 000 68 000 89 000 110 000 121 000 138 000 138 000 145 000 176 000 214 000 255 000 298 000 337 000 380 000 32 160 286 – 413 539 666 855 983 1 172 1 616 1 933 2 250 2 570 2 900 2 900 3 247 3 594 3 941 4 288 4 635 4 982 5 676 3 670 3 790 3 910 – 4 020 4 110 4 190 4 350 4 380 4 490 4 560 4 890 5 040 5 190 5 620 10 060 10 260 11 060 11 460 11 790 12 060 12 280 12 540 9,85 9,85 9,84 – 9,84 9,83 9,82 9,80 9,80 9,84 9,92 10,08 10,36 10,82 10,82 10,82 10,00 9,10 8,12 7,07 5,97 4,82 2,44 900 4 700 9 500 – 14 400 19 400 24 600 35 200 38 000 44 700 66 200 81 300 97 000 114 000 132 000 132 000 169 000 205 000 239 000 270 000 297 000 320 000 351 000 Т а б л и ц я 3. Густина ρ, сила тяжіння g і тиск P залежно від глибини H Рис. 2. Залежності граничних тисків і глибин від температури для слабко- і сильно- прогрітих зон земної кори і верхньої мантії 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 2750 3000 0 4000 8000 12000 16000 20000 24000 28000 32000 36000 40000 глибина Нсильно(Т), км глибина Нслабо(Т), км тиск Рсильно(Т), МПа тиск Рслабо(Т),МПа 13 На рис. 3 і 4 вказані розраховані дані співвідношення ізомерів бутану та пентану залежно від температури і тиску у вигляді вертикально похилих кри- вих. Перетин цих кривих зі слабко- та сильнопрогрітими зонами Землі вка- зує на мінімальні і максимальні температури та тиски, за яких утворилася нафта Новогригорівського родовища. За формулами, наведеними на рис. 2, визначаються мінімальні та максимальні глибини утворення нафти цього ро- довища. У табл. 6 для ізомерів бутану і табл. 7 для ізомерів пентану наведено діапазон тисків, температур та глибин утворення нафти Новогригорівського родовища, а також їхні середні показники. Підвищений діапазон температур, тисків і глибин можна пояснити трьо- ма причинами: Похибкою при лабораторному розділенні малих кількостей ізомерів 1. бутану і пентану. Визначення малих кількостей будь-яких речовин різними методами та-2. кож призводить до певних похибок, що потім відображаються на точності співвідношень ізомерів бутану і пентану. Неточне визначення коефіцієнта термодинамічної активності 3. 22HCγ nn . Він має бути точно вирахуваний для тих температур і тисків, за яких розгля- дається нафтоподібна система, що значно уточнить діапазон термодинаміч- них параметрів утворення нафти в надрах Землі. Т а б л и ц я 4. Співвідношення ізомерів бутану в нафті новогригорівського ро- довища (атлас..., 1998) Індекс горизонту н-C4H10, об. % ізо-C4H10, об. % С-4 С-5 С-6 С-20 М-8 Б-8 Б-13 С-6 С-21 С-5 0,6 0,93 0,83 0,55 0,9 1,58 0,5 0,75 0,54 1,19 0,33 0,6 0,58 0,28 0,45 0,8 0,26 0,43 0,31 0,56 1,81 1,55 1,43 1,96 2,00 1,975 1,92 1,74 1,74 2,12 н-C4H10 ізо-C4H10 kБ = Т а б л и ц я 5. Співвідношення ізомерів пентану в нафті новогригорівського родовища (атлас..., 1998) Індекс горизонту н-C5H12, об. % ізо-C5H12, об. % Б-8 Б-13 С-5 С-6 М-7 С-21 С-5 М-8 С-20 0,18 0,14 0,28 0,34 0,1 0,4 0,23 0,39 0,25 0,21 0,16 0,32 0,38 0,11 0,43 0,24 0,4 0,225 0,86 0,87 0,88 0,89 0,91 0,93 0,96 0,98 1,11 н-C5H12 ізо-C5H12 kП = 14 Рис. 4. Температури і тиски утворення нафти Новогригорівського родовища за співвідношенням ізомерів пентану 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 Рис. 3. Температури і тиски утворення нафти Новогригорівського родовища за співвідношенням ізомерів бутану 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 15 Т а б л и ц я 7. Tермодинамічні умови та глибини утворення нафти новогриго- рівського родовища за співвідношенням ізомерів пентану Незважаючи на вказані вище неточності визначення, можна стверджува- ти, що за співвідношенням ізомерів бутану і пентану нафта Новогригорівсь- кого родовища утворилася за температури 1280–1340 К, тиску 1639–3946 МПа і на глибині 54–127 км. Планується виконати розрахунки для інших нафто- вих, газових, газоконденсатних і нафтогазоконденсатних родовищ України. Айвазов Б. В., Петров С. М., Хайруллина В. А. Физико-химические константы сероорганических соединений. – М. : Химия, 1964. – 279 с. Акопян А. А. Химическая термодинамика. – М. : Высш. шк., 1963. – С. 526. Алтутин В. В., Гадецкий О. Г. Уравнение состояния и термодинамические свойст- ва жидкой и газообразной двуокиси углерода // Теплоэнергетика. – 1971. – № 3. – С. 81–83. Пентан С5Н12, γ = 4,5 Значення коефіцієнта Діапазон температур Т, К Діапазон тисків Р, МПа Діапазон глибин Н, км від до від до від до 0,86 0,87 0,88 0,89 0,91 0,93 0,96 0,98 1,00 1,11 Сер. 0,94 1 269 1 283 1 297 1 312 1 341 1 371 1 417 1 449 1 482 1 678 1 389 1 296 1 311 1 326 1 341 1 373 1 404 1 454 1 488 1 523 1 737 1 425 1 407 1 444 1 481 1 519 1 599 1 683 1 820 1 917 2 021 2 729 1 762 3 528 3 624 3 723 3 825 4 039 4 267 4 639 4 909 5 198 7 242 4 499 47 48 50 51 53 56 60 63 66 87 58 115 118 121 124 130 137 148 156 165 223 144 н-C5H12 ізо-C5H12 kП = Т а б л и ц я 6. Tермодинамічні умови та глибини утворення нафти новогриго- рівського родовища за співвідношенням ізомерів бутану Бутан С4Н10, γ = 1,5 Значення коефіцієнта Діапазон температур Т, К Діапазон тисків Р, МПа Діапазон глибин Н, км від до від до від до 1,43 1,55 1,74* 1,74* 1,82 1,92 1,96 1,97 2,00 2,12 Сер. 1,825 969 1 053 1 203 1 203 1 273 1 367 1 407 1 418 1 449 1 583 1 172 952 1032 1174 1174 1240 1328 1365 1375 1404 1527 1257 765 922 1 245 1 245 1 417 1 672 1 789 1 820 1 916 2 368 1 516 1 760 2 104 2 808 2 808 3 182 3 735 3 988 4 054 4 261 5 228 3 393 27 32 42 42 48 56 59 60 63 77 51 60 71 93 93 104 121 129 131 137 166 110 н-C4H10 ізо-C4H10 kБ = *Коефіцієнти kБ зі значенням 1,74 приведені для горизонтів С-6 і С-21 (див. табл. 4). 16 Атлас родовищ нафти і газу України : у 6 т. / Гол. ред. М. М. Іванюта. – Т. 1–3. – 1421 с. Базаров И. П. Термодинамика. – М. : Высш. шк., 1976. – 447 с. Белоконь Н. И. Основные принципы термодинамики. – М. : Недра, 1968. – 107 с. Варгафтик Н. Б. Справочник по технофизическим свойствам газов и жидкос- тей. – М. : Физматгиз, 1963. – 708 с. Введенский А. А. Физико-химические константы органических соединений. – Л. : Госхимиздат, 1961. – 620 с. Верятин У. Д., Маширев В. П., Рябцев Н. Г. Термодинамические свойства не- органических веществ : справочник / под ред. А. П. Зефирова. – М. : Атомиздат, 1965. – 460 с. Вукалович М. П., Алтутин В. В. Теплофизические свойства двуокиси углеро- дов. – М. : Атомиздат, 1965. – 455 с. Высоцкий И. В. Геология природного газа. – М. : Недра, 1979. – 392 с. Гутенберг Б. Физика земных недр. – М. : ИЛ, 1963. – 264 с. Жарков В. Н. К вопросу об электропроводности и температуре оболочки Зем- ли // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. – 1958. – № 4. – С. 458–470. Киреев В. А. Методы практических расчетов в термодинамике химических ре- акций. – М. : Химия, 1970. – 520 с. Кричевский И. Р. Понятия и основы термодинамики. – М. : Химия, 1962. – 440 с. Кубо Р. Термодинамика : пер. с англ. / под ред. Д. Н. Зубарева. – М. : Мир, 1970. – 220 с. Любимова Е. А. Термическая история и температура Земли // Бюл. Моск. о-ва испытателей природы. Отд. геологии. – 1958. – Вып. 4. – С. 39–49. Малышев В. В. Экпериментальное исследование сжимаемости гексафтора ура- на в широкой области параметров состояния // Теплофизические свойства газов. – М. : Наука, 1973. – С. 142–147. Ноздрев В. Ф. Курс термодинамики. – М. : Просвещение, 1967. – 246 с. Путилов К. А. Термодинамика. – М. : Наука, 1971. – 374 с. Рид Р., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей : пер. с англ. / под ред. проф. В. Б. Ко- гана. – Л. : Химия, 1971. – С. 704 (рис. 109). Сейдж Б. Х. Термодинамика многокомпонентных систем : пер. с англ. / под ред. А. С. Великовского. – М. : Недра, 1969. – 302 с. Смирнова Н. А. Методы статистической термодинамики и физической химии. – М. : Высш. шк., 1973. – 480 с. Справочник физических констант горных пород / под ред. С. Кларка мл. – М. : Мир, 1969. – 543 с. Стефаник Ю. В. К методике расчета приведенного термодинамического потен- циала углеродов в стандартном состоянии для температур выше 1500 К // Геология и геохимия горючих ископаемых. – 1975. – Вып. 44. – С. 84–88. Стефаник Ю. В. Математическое моделирование термодинамических условий нефтеобразования // Там же. – 1976. – Вып. 46. – С. 90–92. Стефаник Ю. В. Классические двухкомпонентные уравнения состояния для критической области веществ // Матер. І Конф. мол. ученых Ин-та геологии и гео- химии горюч. ископаемых АН УССР. – Львов, 19781. – С. 74–76. – Деп. в ВИНИТИ 25.03.80, № 1169-80. Стефаник Ю. В. Методика численного определения термодинамических функций индивидуальных веществ // Журн. физ. химия. – 19782. – Т. 52. – № 10. – С. 2668–2670. Термодинамические свойства индивидуальных веществ / В. П. Глушко, Г. А. Гур- вич, И. В. Вейнц и др. – М. : Изд-во АН СССР, 1962. – Т. 1. – 1162 с. ; Т. 2. – 916 с. 17 Термодинамические свойства кислорода : ГСССД / В. В. Сычев, А. А. Виссер- ман, В. А. Загорученко и др. – М. : Изд-во стандартов, 1981. – 304 с. Термодинамические свойства неорганических веществ : справочник / под ред. А. П. Зефирова. – М. : Атомиздат, 1965. – 366 с. Физико-химические свойства индивидуальных углеродов / под ред. В. М. Тата- евского. – М. : Гостоптехиздат, 1960. – 412 с. Чекалюк Э. Б. Термодинамические основы минерального происхождения неф- ти. – Киев : Наук. думка, 1971. – 256 с. Чекалюк Э. Б. Критическая точка на линии фазовых превращений “жидкость– кристалл” // Геология и геохимия горючих ископаемых. – 1982. – Вып. 58. – С. 72–76. Bullard E. C. The density within the earth // Verhandel. Ned. Geol. Mijnbouk. Gennot., Geol. Ser. 18. – 1957. – P. 23–41. Bullen K. E. On density and compressibility at pressures up to thirty million atmo- spheres // Mon. Not. Roy. Astron. Soc. Geophys. Suppl. – 1952. – 383 p. Carl W., Pistorius F. T., Aharp W. L. Americal Journ. of Science, December, 1960. – Vol. 258. – P. 757–758. Стаття надійшла 16.01.12 Yuriy StefanYk, Yuriy HerlYovSkY, lesya kulcHYtSka-ZHYHailo formation deptHS of oil-like SYStemS in tHe bowelS of tHe eartH baSed on tHe relation between butane and pentane iSomerS: an example of tHe novoHrYHorivSk oil- and gaS-condenSate field The mineral and aggregate state of the Earth’s material is a product of interaction between chemical compounds under natural thermodynamic conditions. Even with a con- stant element composition of the molecular system its component composition becomes changed with temperature and pressure. In zones of high temperatures caused by a rapid course of chemical reactions the component composition is close to balanced ones and can be determined by laws of thermodynamics. To determine a depth of formation of oil-like system in the bowels of the Earth one can use varied relationships between the system’s components. About two tens of them were cited by I. V. Vysotskiy. Some relationships allow us to recognize shapes of occurrences of gas accumula- tions. To determine depths of formation of oil-like system by the relationship between bu- tane and pentane isomers three tasks should be solved: 1. To develop calculation methods of the pressure and temperature by the relation- ships between butane and pentane isomers for oil. 2. To determine the distribution of temperatures and pressures in the bowels of the Earth as well as depths that correspond to these thermodynamic conditions. 3. To determine a range of the formation depths of oil in the Novohryhorivsk field. In spite of some inaccuracy one can assert that by the relationship between butane and pentane isomers oil from the Nova Hryhorivska field was formed at temperature of 1280–1340 K, pressure 1639–3946 MPa and at depths of 54–127 km.

Репозитарії

Схожі ресурси