Концепция глубинного происхождения нефти и газа основана на представлениях о том, что образование углеводородов происходит в мантийных очагах вследствие неорганического синтеза [3,6]. Мантийные флюиды по глубинным разломам перемещаются и проникают в земную кору, где и образуют нафтидные системы. «Нафтиды» – углеводороды в газовом, жидком, полутвердом и твердом состояниях или в виде смеси этих фаз [4]. Система – это совокупность элементов со связями между ними, подчиняющиеся соответствующим законам композиции. Таким образом можно констатировать, что нафтиды представляют собой неустойчивые открытые флюидодинамические системы, которые под воздействием техногенных, глубинно-земных, поверхностных, космических процессов могут самоорганизоваться в сторону хаоса или порядка. Мерой хаоса является энтропия, а закон возрастания ее отражает возрастающую дезорганизацию системы. В откpытых системах, к котоpым относятся и нафтидные, могут идти пpоцессы как с возpастанием, так и с уменьшением энтpопии. При этом в экосистеме вещество распределяется таким образом, что в одних местах энтропия возрастает, а в других резко снижается. В целом же, система не теряет своей организованности или высокой упорядоченности. Энтропия каждого макроскопического состояния связана с вероятностью реализации этого состояния. Способность системы снижать неупорядоченность внутри себя иногда интерпретируют как способность накапливать синтропию [5].
Процессы самоорганизации в сложных, открытых, неравновесных объектах-системах исследует синергетика [9]. Синергетика родилась на базе термодинамики и статистической физики. Основным предметом исследований для синергетики выступают процессы самоорганизации в сложных, открытых, неравновесных системах. Синергетику в первую очередь интересуют переходы от хаоса к порядку, то есть процессы возникновения новых форм, динамика самоорганизации в новообразуюшихся системах и переходы от порядка к хаосу, то есть деструктивные процессы распада систем.
По Эбелингу [10] структуры могут возникать в природе, когда выполняются следующие четыре необходимых условия:
1. Система является термодинамически открытой, т. е. может обмениваться веществом и энергией со средой.
2. Динамические уравнения системы нелинейны.
3. Отклонение от равновесия превышает критическое значение.
4. Микроскопические процессы происходят кооперативно.
Самоорганизация – процесс спонтанного увеличения порядка или организации в системе, состоящий из многих элементов, происходящий под действием внешней среды. [2]. Каждый элемент системы внутри себя считается неделимым. В понимании структурной организации и закономерностей развития природных систем неоценимую помощь может оказать синергетическая теория информации, в рамках которой установлен информационный закон отражения системных объектов. Для оценки структурной организации системы Вяткиным введено понятие R-функции, которая характеризует структурную организацию дискретных систем со стороны соотношения порядка и хаоса, мерами которых являются геоэкологическая синтропия – I∑ и энтропия отражения S, соответственно R= I∑/ S [1]. Значения R-функции говорят о том, что и в какой мере преобладает в структуре системы: хаос или порядок. Так, если R > 1, то в структуре системы преобладает порядок, в противном случае, когда R < 1 – хаос. При R = 1 хаос и порядок уравновешивают друг друга, и структурная организация системы является равновесной. Следует отметить, что с помощью синергетической теории информации проведена оценка хаоса и порядка в структуре таких систем, как электронные системы атомов, паутины пауков, поэтические произведения [1], гидроэкологические системы [7].
Для нафтидов элементами системы может быть химический компонентный состав или элементный состав.
В работе [8] рассчет значений информационно-синергетических функций хаоса и порядка нафтидов сделан на основании химического компонентного состава. Показано, что синергическая теория информации применима также и к нафтидным системам и в ряду: природный газ→попутный газ → нефть R-функция уменьшается. Для природного газа R = 15.2, что свидетельствует о высокой степени свободы газовой фазы. Для нефти R функция стремится к единице, что свидетельствует о том, что структурная организация системы является равновесной.
Целью данной работы является с помощью элементного состава нафтидных систем оценить состояния нафтидных систем.
В соответствии с целью работы и постановки задачи производены рассчеты функции хаоса и порядка природного газа, попутных газов нефтяных месторождений и нефти.
Для рассчета значений I∑, S и R, пользуемся следующим вычислительным алгоритмом:
Определяется процентное содержание каждого элемента: m
Оценивается общий процент: M=∑m
Вычисляется произведение: mlog2m
Определяется сумма: ∑ mlog2m
Рассчитывается аддитивная синтропия: I∑
Рассчитывается энтропия отражения: S = log2М – I∑
Определяется R-функция: R= I∑/ S.
Соответствующие рассчеты функций хаоса и порядка для природного газа приведены в табл. 1.
В табл. 2, 3 приведены рассчеты функций хаоса и порядка попутного газа нефтяных месторождений и нефти.
Таблица 1
Рассчет значений информационно-синергетических функций хаоса и порядка природного газа по элементному составу
|
Элемент |
m, содержание % |
mlog2m |
|
С |
72.1 |
438.6 |
|
Н |
23.5 |
106.6 |
|
О |
1.1 |
0 |
|
N |
3.3 |
6 |
|
Μ=100 Smlog2m = 551.2 IΣ = Smlog2m / Μ = 551.2 : 100 = 5.51 S = log2100 − 5.51 =6.64− 5.51= 1.13 R = 5.51 : 1.13 = 4.88 |
||
Таблица 2
Элементный состав (%) и значения I∑, S, R попутного газа Узенского нефтяных месторождений
|
Элемент |
m,(содержание %) |
mlog2m |
|
С |
77.8 |
489 |
|
Н |
19.9 |
85.8 |
|
N |
2.3 |
2.6 |
|
Μ= 100 Smlog2m = 577.4 IΣ = Smlog2m / Μ = 577.4 : 100 = 5.774 S = log2100 − 5.774 = 6.64− 5.774= 0.866 R = 5.774 : 0.866 = 6.67 |
||
Таблица 3
Расчет значений информационно-синергетических функций хаоса и порядка нефти по элементному составу.
|
Месторождение |
Содержание, % |
I∑ |
S |
R |
||||
|
С |
Н |
О |
S |
N |
||||
|
Грозненское |
85,90 |
13,10 |
0,80 |
0,13 |
0,07 |
6.00 |
064 |
9.37 |
|
Коробковскае (Волгоградская обл.) |
85,10 |
13,72 |
0,02 |
1,07 |
0,09 |
5.97 |
0.67 |
8.90 |
|
Ухтинское (Коми) |
85,47 |
12,19 |
1,93 |
0,09 |
0,20 |
5.94 |
0.70 |
8.48 |
|
Самотлорское (Западная Сибирь) |
86,23 |
12,70 |
0,25 |
0,63 |
0,10 |
6.00 |
0.64 |
9.37 |
|
Полуостров Мангышлак |
85,73 |
13,00 |
0,4 |
0,69 |
0,18 |
5.98 |
0.65 |
9.20 |
Таблица 4
Значения R функции для нафтидов
|
Нафтид |
R Химический состав (мол. %) [8] |
R Элементный состав (%) |
|
Природный газ |
15.2 |
4.9 |
|
Попутный газ |
2.4 |
6.7 |
|
Нефть |
1.1 |
9.0 |
Из табл. 1-3 следует, что в ряду: природный газ→попутный газ → нефть энтропия уменьшается, а синтропия растет. При этом действует своеобразный закон сохранения энтропии – информации: S + I = const.
Как показано в табл, 4, когда для нафтидов элементами системы берем элементный состав, то получается, что в ряду: природный газ→попутный газ → нефть R-функция увеличивается. Однако, как показано в работе [8], при оценке состояния нафтидных систем с помощью химического компонентного состава нафтидов получается обратная зависимость- в ряду природный газ→попутный газ → нефть R-функция уменьшается. Таким образом, если высокая степень свободы нафтидов обусловлена химическим компонентным составом, то равновесная структурная организация системы обусловлена элементарным составом нафтида, и наоборот.
Таким образом, можно констатировать: анализ материала, изложенного выше, позволяет предполагать, что в природе существует некий закон структурной организации системных образований вообще и нафтидных систем в частноси, который регулирует антагонистические действие элементного состава и химического компонентного состава. Если элементный состав нафтида обуславливает высокую степень свободы, то химический компонентный состав гарантирует равновесную структурную организацию нафтида, и наоборот.