К оглавлению

Влияние радиоактивной воды на состав газа и нефти в природных условиях

В. А. ЕВДОКИМОВ

Влияние радиоактивных излучений на состав газа и нефти в недрах земли до сих пор изучено мало. Так как рассеянные радиоактивные вещества почти повсеместно распространены в земной коре и водах нефтяных месторождений, радиоактивные излучения не могут не влиять в той или иной степени на окружающую среду, в том числе на газ и нефть. Характер изменения состава газа и нефти под воздействием энергии распада радиоактивных элементов и направление процесса этого изменения до настоящего времени остаются неизвестными.

Приведенные в статье соображения о влиянии радиоактивной воды на газ и нефть основаны на результатах исследования состава их в пластах, содержащих радиоактивную воду. Опубликование полученных материалов имеет целью проверить правильность наших выводов и наблюдений на других месторождениях Советского Союза, где, возможно, имеются условия залежей, аналогичные нашим.

Исследования состава газа и нефти производились в течение 10 лет в одном из газонефтеносных районов, расположенном в пределах Русской платформы. В северо-западной части этого района нижний газонефтеносный пласт залегает на глубине 150 м непосредственно на размытой и разрушенной поверхности кристаллического фундамента, сложенного докембрийскими (?) метаморфическими сланцами. В юго-восточном направлении этот пласт отделяется от фундамента толщей доживетских отложений, мощность которой увеличивается и в крайних юго-восточных разведочных точках достигает 800 м.

Глубина залегания нижнего газоносного пласта составляет здесь около 1200 м; глубина залегания фундамента достигает 2000 м.

Продуктивные пласты, так же, как и фундамент, погружаются в данном районе в направлении с северо-запада на юго-восток.

Исследованиями состава газа и нефти в районе установлена закономерность в изменении их состава с северо-запада на юго-восток в одном пласте и снизу вверх по разным пластам. Эта закономерность выражается в том, что в северо-западной части района в пластах, непосредственно залегающих на фундаменте или вблизи него, обнаруживается незначительное количество тяжелой окисленной нефти удельного веса 0,92-0,95 и большое количество газа. Газ содержит 95-99% метана, 0-5 % азота и до 1 % гомологов метана. В юго-восточном направлении удельный вес нефти уменьшается до 0,82; в газе увеличивается содержание азота до 12%, гомологов метана до 2,5%; содержание легких инертных газов уменьшается.

В вертикальном направлении удельный вес нефти уменьшается от нижнего пласта к верхнему. Например, в одном месторождении района на глубине 50 м от поверхности в верхнем нефтеносном пласте обнаружена нефть удельного веса 0,88, а на глубине 200 м в нижнем пласте удельного веса 0,94.

В попутном газе снизу вверх увеличивается содержание гомологов метана и уменьшается содержание азота. По данным изменения состава газа и нефти с северо-запада на юго-восток и от нижнего пласта к верхнему установлена зависимость между составом газа и нефти и их удаленностью от кристаллического фундамента. В то же время закономерному изменению состава газа и нефти соответствует и постепенное погружение продуктивного пласта с северо-запада на юго-восток. Если бы уменьшение удельного веса нефти и соответственное изменение состава попутного газа зависели от увеличения глубины залегания их залежей, то тогда стало бы непонятным уменьшение удельного веса нефти от нижнего пласта к верхнему. Кроме того, состав попутного газа в северо-западной части района, где нижний продуктивный пласт залегает на фундаменте, не соответствует наличию в пласте тяжелой окисленной нефти. Известно, что в процессе окисления нефти в попутном газе уменьшается содержание углеводородов и увеличивается содержание азота и двуокиси углерода. В исследованном районе наблюдается обратное явление: содержание двуокиси углерода в газе по всему району и во всех пластах почти одинаково и весьма незначительно (0,02-0,06%), кроме газа из скважин, расположенных в зоне контурных вод; на северо-западе содержание суммы углеводородов (в основном метана) повышено, а содержание азота понижено. Такой необычный состав попутного газа при наличии в пласте тяжелой нефти обнаруживается только в пластах, непосредственно залегающих на фундаменте или вблизи него при наличии тектонических нарушений в структуре месторождения. В юго-восточной части района, где продуктивные пласты отделены от фундамента значительной толщей до- живетских отложений, также обнаруживается тяжелая нефть удельного веса 0,86-0,88 в приконтурной зоне водоносности. Однако попутный газ в таких случаях содержит уменьшенное количество углеводородов и повышенное азота и двуокиси углерода по сравнению с газом чисто нефтяных скважин, удаленных от зоны контурных вод.

В данном случае состав попутного газа подтверждает известный процесс окисления нефти контурной водой.

В связи с наблюдающейся в районе зависимостью состава газа и нефти от близости расположения их залежей от фундамента и необычным составом попутного газа при наличии тяжелой нефти в северо-западной части района возникает вопрос о причине такого явления.

По имеющимся данным состава газа и нефти влияние фундамента на газ и нефть заключается в одновременном окислении нефти и метанизации попутного газа. Подобный процесс изменения состава газа и нефти можно объяснить действием на них радиоактивной воды, источником которой являются метаморфические сланцы, слагающие фундамент. Фундамент представляет собой складчатое сооружение, в котором, кроме интенсивной складчатости, сильно развиты крупные дизъюнктивные перемещения и тектоническая трещиноватость.

По трещинам циркулирует минерализованная бариевая радиоактивная вода. При залегании продуктивных пластов непосредственно на сланцах радиоактивная вода проникает в продуктивные пласты с залежами нефти и газа. В отдельных тектонических блоках северо-западной части района продуктивная толща опущена ниже кровли сланцев; в этом случае продуктивные пласты примыкают к боковой поверхности сланцев и газ и нефть пластов проникают снизу вверх по трещинам в сланцы. Таким образом, в северо-западной части района имеется непосредственный контакт нефти и газа с радиоактивной водой, которая неизбежно должна влиять на состав их. В водном растворе создаются наиболее благоприятные условия для непосредственного контакта и взаимодействия растворимых в воде радиоактивных солей и углеводородов. Так как под влиянием радиоактивных излучений разлагаются не только углеводороды, но также и вода (на кислород, водород и перекись водорода), то в сфере радиоактивного излучения образуются два фактора: окислительный в виде кислорода и перекиси водорода и восстановительный в виде водорода. Оба элемента, находясь в ионизированном состоянии, обладают высокой реакционной способностью и, несомненно, вступают в реакцию с другими соединениями, в частности с углеводородами газа и нефти.

Кислород и перекись водорода, очевидно, расходуются на окисление углеводородов с образованием двуокиси углерода, а водород идет на восстановление двуокиси углерода до метана. В газах исследованного района кислород и водород обычными аналитическими методами не обнаружены. Окисление кислородом воды нефти в природных условиях, очевидно, не вызывает сомнения, а восстановление двуокиси углерода водородом в настоящее время еще недостаточно установлено. Для доказательства возможности подобной реакции были проведены в лаборатории экспериментальные работы. Прежде всего микробиологическими исследованиями нефтей описываемого района было установлено наличие жизнеспособной нефтяной микрофлоры в продуктивных пластах. Затем опытами в запаянных стеклянных трубках доказано, что выделенная культура нефтяной микрофлоры очень энергично восстанавливает смесь двуокиси углерода с водородом до метана. Один из опытов также показал, что культура бактерий, выделенная из нефти с водой и помещенная в запаянную трубку с тяжелой нефтью и водородом над ней, превращает водород в метан с небольшой примесью двуокиси углерода. При этом можно отметить, что выделенная культура из нефти с водой хорошо переносит минерализацию и радиоактивность пластовых вод района.

Таким образом, экспериментальными работами в лаборатории доказана возможность биохимического образования метана из двуокиси углерода и водорода и установлено наличие в продуктивных пластах жизнеспособной нефтяной микрофлоры.

Конечные результаты реакций от воз? действия радиоактивной воды на углеводороды можно представить1 следующими схематическими уравнениями:

По приведенным схематическим уравнениям можно сделать следующие замечания:

1.     образование метана под влиянием радиоактивной воды происходит не только за счет водорода углеводородов, но также и за счет водорода воды;

2.     объем образующихся газов в залежи значительно увеличивается за счет генерации метана.

Вследствие увеличения объема метана в залежи уменьшается процентное объемное содержание азота.

На основании указанных выше предположений о возможном влиянии радиоактивной воды на газ и нефть можно объяснить наличие тяжелой нефти и метанового газа с пониженным содержанием азота в северо-западной части исследованного района; с постепенным уменьшением радиоактивности воды с северо-запада на юго-восток и от нижнего пласта к верхним удельный вес нефти уменьшается, а в газе одного пласта увеличивается содержание гомологов метана и азота.

Эффективность воздействия радиоактивной воды на нефтегазовую залежь зависит от ряда факторов и в первую очередь от взаимосвязи между водой и нефтью. Очевидно, важную роль при этом играет движение воды, создающее наибольший по площади контакт воды с нефтью и газом. Значительные тектонические нарушения также способствуют движению газа, нефти и воды. Однако тяжелая и окисленная нефть вследствие своей малой подвижности и растворимости в воде мало доступна для действия радиоактивной воды, и, по-видимому, процесс окисления нефти водой заканчивается на стадии образования полутвердого или твердого битума. Подобное явление глубокого окисления нефти наблюдается в одном месторождении района, где в трещинах метаморфических сланцев обнаружены примазки нефти; чем глубже в сланцах встречаются эти примазки, тем более увеличивается удельный вес битума, превращающегося с увеличением глубины из вязкого и полутвердого в твердый.

Следовательно, фактические данные по составу газа и нефти в пластах с радиоактивной водой дают возможность предполагать разрушение нефтяной залежи под влиянием радиоактивной воды и превращение ее в газовую залежь с сухим метановым газом.