Гелийсодержащие газы

ГЕЛИЙСОДЕРЖАЩИЕ ГАЗЫ, гелиеносные газы (а. helium-bearing gases; gelium соntent gases; н. heliumhaltige Gase; ф. gaz heliferes; и. gases соn helio), — природные газы с примесью гелия. При промышленных концентрациях гелия гелийсодержащие газы являются самостоятельными полезными ископаемыми.

Источник гелия в гелийсодержащих газах — газопродуцирующие и вмещающие газ породы и флюиды, в которых гелий образуется в результате процесса радиоактивного распада элементов ураноториевого ряда. Скопления чистого гелия в недрах не образуются. Его крайне высокая проницаемость и полная химическая инертность в естественных условиях недр исключают возможность значительных накоплений на локальных участках. Фактически наблюдаемые парциальные упругости гелия в пластовых флюидах в основном не превышают 0,1 МПа, т.е. они, как правило, существенно ниже величин пластовых давлений, поэтому гелий в свободную фазу выделяется только вместе с другим газом-носителем. Гелий концентрируется в газах природных, в меньшем количестве в нефтях.

Гелийсодержащие газы в основном углеводородного состава, наиболее высокие концентрации гелия — в азотных газах. Степень гелиеносности природных газов зависит от геоструктурных, стратиграфических, литолого-фациальных и других факторов (табл.). Гелиевые газо-геохимические провинции в осадочном чехле приурочены к зонам неглубокого (1-3 км) залегания древнего кристаллического фундамента преимущественно с повышенной радиоактивностью пород на участках неотектонических подвижек (дегазации пород фундамента). Основные гелиевые газогеохимические провинции CCCP связаны с нефтегазоносными бассейнами Восточно-Европейской и Сибирской платформ. Среди зарубежных гелиевых газо-геохимических провинций выделяется Северо-Американская (США, Канада), в частности два её района — плато Колорадо (штат Нью-Мексико, Аризона, Юта, Колорадо) и Мидконтинент (штат Канзас, Оклахома, Северный Texac). На плато Колорадо располагаются азотные газовые месторождения с содержанием гелия до 10% и запасами 40-60 млн. м³ гелия (Ратлснейк — 7,8% ; Хогбек — 5-7%; Тейбл-Meca — 5,7% ; Навахо-Чеймберс — 8-10% и др.). В районе Мидконтинента содержание гелия в газах 0,3-3,0%. Крупнейшее здесь месторождение — Хьюготон-Панхандл с запасами гелия 2,8 млрд. м³ и содержанием 0,2-1,1%. Высокие содержания гелия (до 10-13%) отмечены в рудничных метановых газах протерозойских пород Витватерсранда, до 6% в газах полиметаллических шахт Швеции (Булиден, Даннемура). Гелиеносность газов угольных шахт зависит от возраста продуктивного чехла и фундамента (0,07-0,5%, редко выше, на древних платформах; 0,02-0,05%, в мезозойских угленосных формациях).

Поиски гелийсодержащих газов ведутся попутно при нефтегазопоисках. Основа работ — определение химического состава газа. При обнаружении азотных гелийсодержащих газов проводятся разведочные работы на гелий.

Методы определения гелия в газах — хроматографические (газоадсорбционные), масс-спектрометрические и др., при подсчёте запасов — объёмный ртутный метод с применением низких температур. Значимость месторождений гелийсодержащих газов основывается по запасам гелия и его концентрации. Мировые потенциальные запасы гелия в газах (содержание его не менее 0,05%) 53 млрд. м³, в том числе разведанные (извлекаемые) запасы 17 млрд. м³, прогнозные 20,5 млрд. м³ (1980). Добыча гелия ведётся попутно при добыче природного газа и в меньшей мере нефти. Много гелия при этом безвозвратно теряется. Извлечение гелия из гелийсодержащих газов производится при низкотемпературной переработке природного газа с его содержанием от 0,3% и выше (США, ПНР) до 0,045% в Западной Европе (Франция). Незначительное количество He получают также при работе воздухоразделительных установок. Основные гелиедобывающие страны — CCCP, ПНР, США, Канада, Франция. В США ежегодная добыча чистого гелия 20-27 млн. м³ и 15 млн. м³ гелия-сырца (около 60% He и 40% N₂), а в годы действия программы охраны ресурсов гелия (1961-73) дополнительно извлекалось ежегодно около 80-100 млн. м³ гелия-сырца, закачанного на хранение в истощённую газовую структуру Клифсайд (гелия около 1 млрд. м³). До 1980 во всём мире добыто около 15,5 млрд. м³ гелия. Вместе с интенсификацией газодобычи увеличиваются потери гелия. В 1980 в мире вместе с газами было извлечено из недр и утрачено около 0,6 млрд. м³ гелия.