Новые гидрогазогеохимические показатели вод и их

НОВЫЕ ГИДРОГАЗОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВОД
И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ НЕФТЕГАЗОПОИСКОВЫХ РАБОТАХ
И ОХРАНЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Л.С. Кондратов, Д.М. Воинков, М.А. Дегтярёв
ВНИИгеосистем
г. Москва, Варшавское шоссе, д. 4, корпус 2
The information on the new natural phenomen - ionic adsorption of gases and liquid hydrocarbons is represented.
Ionicly - adsorbed form of gases and liquid hydrocarbons is esteemed in quality water & gas geochemical of an index oil &
gases presence of object and - or impurities of environment, the experimental studies demonstrate a solvency of the
introducing of such index and the examples of quantitative estimations of a level and composition of ionic - adsorbed gas
are resulted at eliciting impurities of environment and possible affinity of oil-and-gas-bearing object
Наряду с газами растворёнными в водах, в них (водах) присутствуют и газы
ионно-адсорбированной формы. Каждый ион (катион или анион) в воде имеет заряд (положительный
или отрицательный) с электромагнитным полем, что обеспечивает удержание вокруг каждого иона
молекул газа (особенно активно адсорбируются ионизированные молекулы газа). Адсорбционные
силы прочно удерживают и сохраняют молекулы газа у каждого иона при изменениях P и Т°С в
геологических средах.
Все наши определения ионно-адсорбированных газов представлены полной гаммой
компонентов углеводородных газов от С1 до С5 (УВГи-адс) и не углеводородных газов: Н2, О2, N2, СО2 как
в талом снеге, водопроводной воде, колодцах прудах, родниках, речных, морских и подземных водах,
так и в жидкостях промышленных стоков и даже в моче человека. Это указывает на высокую
представительность определений ионно-адсорбированной формы газа вод, позволяющих решать
различные проблемы.
Сущность метода определения ионно-адсорбированной формы газа заключается в следующем:
проба воды (жидкости) выпаривается в фарфоровой чашке на песочной бане; выпаренный сухой
остаток (с/о) снимается со стенок чашки и просушивается при температуре 105°С (доведение до
воздушно-сухого состояния). Навеска с/о помещается в реактор термодесорбции, где после продувки
системы аргоном она перекрывается и помещается в печь нагрева с температурой 225°С.
Термодесорбированный из с/о газ из реактора забирается шприцем и переводиться в газовый
хроматограф. Замеренные концентрации газов обрабатываются на компьютере по разработанной нами
программе, позволяющей судить о степени неоднородности газового поля. Это позволяет определять
возможные загрязнения среды или места возможных скоплений углеводородов.
Наряду с определением газов ионной адсорбции можно из с/о хлороформенной вытяжкой
извлекать и жидкие углеводороды (С16 – С35), которые определяются на газожидкостном хроматографе.
Это позволяет судить о природе загрязнителя среды (воды) или близости объекта с нефтегазовыми
скоплениями.
На Куюмбинском нефтегазовом месторождении (Восточная Сибирь) мы провели такое
определение спектра жидких углеводородов, адсорбированных на ионах в законтурных
высокоминерализованных водах (скв. 206, гл. 2430 м, М – 245 г/л). По спектру определённых жидких
УВ рассчитаны коэффициенты, которые отражают почти те же их величины для УВ залежей
Куюмбинского месторождения: i19/i20 = 0,267; i19/n17 = 0,571; i20/n18 = 0,454; 2n29/(n28+n30) = 1,333.
По газам ионной адсорбции нами проведены исследования в устье реки Туапсинка,
бассейне-отстойнике г. Туапсе, в Чёрном море у г. Туапсе и в Балтийском море у г. Светлогорска,
которые показали наличие резких различий их концентраций. Так концентрации УВГи-адс в воде реки
Туапсинка составляют 0,00004 см3/л, в бассейне-отстойнике – 0,00026 см3/л, в воде Чёрного моря –
0,00044 см3/л, а в воде Балтийского моря концентрации УВГи-адс достигает 0,02122 см3/л, что в 48,7 раза
превышает его концентрацию в Чёрном море. Так же высокие различия для этих объектов
фиксируются по концентрациям СО2и-адс. Так , в воде реки Туапсинка концентрация СО2и-адс составляет
0,1 см3/л, в воде бассейна-отстойника – 1,3 см3/л, в водах Чёрного моря – 7,1 см3/л, а в воде
Балтийского моря концентрации СО2и-адс достигают 125,2 см3/л, что почти в 17,7 раза превышает её
концентрацию в воде Черного моря.
При сравнении концентраций ионно-адсорбированных газов в пресных водах
бассейна-отстойника и реки Туапсинка концентрации УВГи-адс различаются только в 6,7 раза, а СО2и-адс –
в 13,8 раза. По содержанию ионно-адсорбированного кислорола различия между морской водой
Балтийского и Чёрного моря составляют 2,6 раза (больше в Балтийском море), а по пресным водам
бассейна-отстойника и р. Туапсинка различия концентраций О2и-адс небольшие – 0,72 раза (меньше
кислорода в отстойнике).
Представленные данные ионно-адсорбированных газов в пресных и морских водах указывают
на существование больших различий концентраций газов в высокоминерализованных морских водах,
т.к. в них больше ионов, на которых размещаются (адсорбируются) молекулы газов.
При сравнении концентраций ионно-адсорбированных газов в водах рек у Оренбургского
газоперерабатывающего завода (ОГПЗ) так же выявляются существенные различия концентраций УВГ
и-адс
, что указывает на возможности ведения мониторинга по степени загрязнения речных вод
и-адс и СО 2
углеводородами и углекислотой. Оренбургский ГПЗ, размещённый на берегу реки Чёрная, впадающей
в реку Урал, загрязняет воды реки Чёрной и реки Урал довольно существенно. При сравнении
концентраций УВГи-адс и СО2и-адс условно фоновой воды реки Урал выше впадения в неё реки Чёрная с
концентрациями УВГи-адс и СО2и-адс в реках Чёрная и Урал (ниже по течению от ОГПЗ) фиксируется
увеличение концентраций УВГи-адс и СО2и-адс в реке Урал, соответственно, в 1,7 и 1,3, а воде р. Чёрная –
в 2,9 и в 7,7 раза.
При сравнении ионно-адсорбированных газов водопровода г. Москва (марте 2000 г) были
зафиксированы загрязнения воды в центральной части Москвы (Ленинский проспект – начало
Варшавского шоссе (м. Университет – м. Нагатинская)). По УВГи-адс в центре Москвы концентрации
увеличивались по отношению к средней концентрации периферийных зон Москвы (Ховрино, Речной
вокзал, Орехово-Борисово, Домодедово) почти в 4,9 раза, а по СО2и-адс – почти в 3 раза.
Выбросы в атмосферу газов нефтеперерабатывающего завода в Капотне (г. Москва) отразился
на концентрации ионно-адсорбированных газов в водах Орехово-Борисовского пруда: УВГи-адс
увеличились почти в 2 раза, а СО2и-адс – в 1,3 раза. По талому снегу в районе Орехово-Борисово (улица
М. Джалиля) концентрации УВГи-адс и СО2и-адс увеличились после выброса нефтеперерабатывающего
завода в Капотне соответственно в 2,7 и 1,4 раза.
Существенное загрязнение атмосферы происходит при образовании гололёда на
автомобильных дорогах. Так, в районе подъёма автодороги от железнодорожного моста в начале
Варшавского шоссе к Нагорной (Варшавское шоссе, д. 10) по газам в снежном покрове (март 2000 года)
зафиксировано увеличение концентраций УВГ и СО2 (по данным талого снега) соответственно в 10,0
и 3,4 раза. Снег отбирался в сквере у института ВНИИгеосистем до гололёда в январе 2000 г. и в марте
2000 г., после образования гололёда на подъёме автомобильной дороги. На гололёдном участке дороги
автомобилям приходилось много «газовать», что приводило к загрязнению атмосферы, а продукты
выброса автомобилей из атмосферы попадали на снежный покров сквера. Углеводородные газы и СО2
, адсорбированные кристаллами снега, при растворении из снега переходили в растворённое
состояние и адсорбировались на ионах талой воды. После её выпаривания сухой остаток забирался на
выделение из него методом термодесорбции адсорбированных газов. Учитывая минерализацию талой
воды, проводились пересчёты определённых концентраций газов в см3/кг из см3/л. Таким образом, по
водам талого снега, родников, колодцев, водопровода, водоёмов (пруд, озеро и т.д.), рек, подземных
вод, промышленных стоков и других жидкостей, можно получать выпаренный сухой остаток, в
котором можно определять ионно-адсорбированные молекулы газов и жидких УВ этих вод. Это может
служить новым тонким инструментом для решения задач недропользования и мониторинга
загрязнения окружающей среды.
При изучении особенностей распространения ионно-адсорбированных газов в различных
водах с различной их минерализацией было установлено, что с увеличением минерализации
возрастают уровни концентраций ионно-адсорбированных газов (рис. 1). Ряд нарастания
концентраций: Н2 > УВГ > О2 > N2 > СО2 в водах ионно-адсорбированной формы газа повторяет
таковой для адсорбированной формы газа пород. Однако, в соотношении N2/О2 для
ионно-адсорбированных газов величина уменьшается до 2-3 единиц, тогда как в породах она обычно
составляет около 5-6 единиц, что указывает на большую ионную адсорбцию кислорода по отношению
к азоту, по сравнению с адсорбционной способностью азота и кислорода в породах. В атмосфере
соотношение N2 к О2 составляет 3,8, т.е. выше, чем у ионно-адсорбированных газов, но ниже
величины этого соотношения у адсорбированных газов пород.
По углеводородным газам ионно-адсорбированной формы так же как у адсорбированной формы
газа пород отмечается последовательное убывание долей гомологов СН4 от лёгких к тяжёлым и только
в промышленных стоках фиксируются отклонения от этой тенденции по заметному увеличению долей
nC5H12 и лёгких непредельных гомологов С2Н4 и С3Н6. Это обусловлено технологией
газоперерабатывающего завода. Во всех остальных жидкостях (водах) для непредельных компонентов
УВГи-адс характерны близкие значения долей этих гомологов СН4. Доля метана в УВГи-адс находиться в
диапазоне 30-50%, а для адсорбированных форм УВГадс пород доля СН4 заметно ниже – около 20%.
При этом состав УВГи-адс вод и находящихся под ними донными отложениями довольно однотипен,
что обуславливается силами адсорбции ионов вод и адсорбцией некомплексированными связями на
поверхностях минералов.
Таким образом, по составу УВГи-адс (повышенная доля СН4) и по величинам соотношения N2/О2
(около 2-3 единиц) отмечается их некоторое отличие от адсорбированных газов пород, что,
по-видимому, объясняется тем, что до перехода газового компонента в ионно-адсорбированное
состояние он сначала должен перейти из свободной формы газа флюида в растворённую форму, а
затем переходит в ионно-адсорбированное состояние.
Газы растворённой формы, в отличие от ионно-адсорбированных УВГ, имеют более лёгкий
состав УВГ с низкой долей тяжёлых гомологов, особенно непредельных компонентов. Такие же
особенности характеризуют различия свободной и адсорбированной форм углеводородных газов
пород.
Представленная аргументация позволяет более уверенно отнестись к введённому нами
понятию – ионно-адсорбированная форма газа вод. Дальнейшие работы в этом направлении позволят
достойно оценить высокую информативность газового поля гидросферы, полученного по измерениям
ионно-адсорбированной формы газа.
Рис. 1. Особенности распределения ионно-адсорбированных газов в водах (жидкостях)
различной минерализации
Полученные нами результаты обширных исследований позволяют рассматривать
ионно-адсорбированную форму газов и жидких углеводородов в водах в качестве
гидрогазогеохимических показателей нефтегазоносности объекта и загрязнения среды.
***