Пиробитум - Pyrobitumen

Пиробитум
Рисунок 1 Система классификации битума Авраама.jpg
Система классификации битумов позаимствована у Абрахама и Куриала
Общий
КатегорияОрганическая материя
ЦветПеременная

Пиробитум тип твердого тела, аморфный органическая материя. Пиробитум в основном нерастворимый в сероуглерод и других органических растворителей в результате молекулярное сшивание, который превращает ранее растворимые органические вещества (т. е. битум ) нерастворим.[1][2] Не все твердые битумы являются пиробитумами, поскольку некоторые твердые битумы (например, гильсонит ) растворимы в обычных органических растворителях, включая CS
2, дихлорметан, и бензол -метанол смеси.

Другие родственные углеводороды

Хотя основное различие между битумом и пиробитумом заключается в растворимости, термические процессы, вызывающие сшивание молекул, также уменьшают атомное соотношение превращение водорода в углерод от более одного до менее одного и, в конечном итоге, примерно до половины. Также следует понимать, что и растворимость, и атомные отношения H / C образуют непрерывную среду, и большинство твердых битумов имеют как растворимые, так и нерастворимые компоненты. Различие между пиробитумом и остаточным кероген в зрелой нефтематеринской породе определяется на основании микроскопических данных о потоке жидкости в скальной ткани и обычно не определяется.

Термины битум и пиробитум имеют соответствующие определения в земной коре и в лаборатории. В геологии битум - это продукт отложения и созревания органического вещества. В экстрагируемый органический материал (EOM) в нефтематеринские породы а породы-коллекторы определены как битум. При воздействии высоких региональных температур более геологическое время, битум превращается в пиробитум в результате термически активируемых реакций, которые вытесняют более легкие нефтегазовые продукты и оставляют нерастворимый, богатый углеродом остаток. Пиробитум представляет собой значительную часть окончательной судьбы нефтяных жидкостей, образующихся из керогена в процессе катагенеза. В лабораторных экспериментах на богатых органическими веществами породах (горючие сланцы и нефтематеринские породы) при разложении изначально нерастворимого органического вещества (определяемого как кероген) образуются газообразные и жидкие продукты. Растворимая жидкость, которая остается в нагретой породе, определяется как битум. При дальнейшем тепловом воздействии битум продолжает развиваться и диспропорционирует в пиробитум и больше нефти и газа.

Термины битум и асфальт часто используются как взаимозаменяемые для описания высоковязких и твердых форм нефти, которые использовались в строительстве с пятого тысячелетия до нашей эры.[3] Битум отличается от деготь, который правильно описывает продукт, образованный пиролиз (деструктивная перегонка) угля или древесины. Подача полученный из нефти путем перегонки также иногда называют битумом или асфальтом.[4]

Этимология

Выражение «битум» возникло в санскрит, где мы находим слова jatu, что означает «высота звука», и jatu-krit, что означает «создание высоты звука», «создание высоты звука» (со ссылкой на хвойный или смолистые деревья). В латинский По утверждениям некоторых, эквивалент первоначально был gwitu-men (относящийся к смоле), а другими - pixtumens (выделяющийся или пузырящийся смол), который впоследствии был сокращен до битума.[3]

Определение

Охота[5] определяет битум как природное вещество переменного цвета, вязкость, и непостоянство состоит в основном из углерода и водорода. Он также определяет нефть как форму битума, который находится в пласте в газообразном или жидком состоянии и может добываться через трубопровод. Другие битумы варьируются от очень вязких (например, атабаска и венесуэльские тяжелые нефти, Смоляные ямы Ла Бреа ) до твердого (например, гильсонит, озокерит, граамит, импсонит ). Пиробитум образуется в результате термического разложения и молекулярного сшивания битума. Пиробитум отличается от других твердых битумов, экструдированных из раннеспелых. кероген - богатые нефтематеринские породы (например, гильсонит) и полутвердые битумы с высокой вязкостью нефтеносные пески образуется в результате промывки водой и биоразложения обычного масла (например, Athabasca битумные пески ), все из которых растворимы в сероуглероде.

Рис. 2. Система классификации твердых битумов, адаптированная из Curiale с использованием современных органических геохимических методов.

Классификация

Архаичные системы классификации битумов были созданы без обширных знаний в области органической геохимии, разработанных за последние 50 лет. Первоначально пиробитум был определен как твердый битум, нерастворимый и неплавкий. Оригинальная система классификации твердых битумов Авраама,[6] как адаптировано из Curiale,[7] показано на рисунке 1. Куриале говорит, что, хотя схема исторической классификации полезна для сортировки музейных коллекций, она бесполезна для установления генетических отношений, и он предложил альтернативную классификацию, показанную на рисунке 2.

Хотя нет прямой взаимосвязи между системами классификации на рисунках 1 и 2, один вид пиробитума является подмножеством твердого битума после переработки нефти, образованного термическим разложением керогена и нефти. Из 27 образцов, исследованных Куриале, три импсонита[8] образцы имели низкую растворимость (<3%) и низкое соотношение H / C (<0,9), характерное для высокозрелых органических веществ. Эти образцы также имели самый низкий асфальтен, самое высокое содержание ароматических и летучих веществ в растворимой фракции. Отложения углерода, связанные с уран конкреции также имеют низкую растворимость и отношение H / C менее 1,0 и соответствуют пиробитумам неорганического происхождения. Для сравнения, каменноугольная смола смола имеет атомное отношение H / C около 0,8.[9]В нефти геохимия В сообществе пиробитум - это остатки термически измененной нефти, которая ранее образовывалась во время созревания керогена - большая часть этой нефти мигрировала и накапливалась в нефтяном резервуаре. Петрографический исследования остатков водного пиролиза, который считается хорошим лабораторным моделированием естественного образования нефти, показывают образование непрерывной битумной сети на ранних стадиях преобразования керогена, часть которой превращается в пиробитум при высокой термической экспозиции.[10] Это определение согласуется с определением пиробитума в Глоссарии Общества инженеров-нефтяников: «твердый самородный асфальт в порах [породы]. Обычно не двигается и не вступает в реакцию ».[11] Охота[12] использует это определение термически зрелого остатка для расчета материальных балансов, определяющих судьбу нефти с очень высокой зрелостью, как в материнской породе, так и в коллекторах. Пиробитум в термически зрелых нефтяных коллекторах был охарактеризован Hwang.[13] В последнее время считается, что пиробитум, оставшийся в материнской породе, играет важную роль в хранении и производстве сланцевый газ.[14] При перегонке горючего сланца остаток пиробитума имеет атомное отношение H / C около 0,5 и часто называется кокс,[15] имеющий аналог в производстве нефтяного и угольного коксов методом деструктивной перегонки.

Некоторые архаичные определения пиробитума включают: торф и лигнит, хотя эти материалы испытали небольшой геологический нагрев по сравнению с тем, который требуется для образования жидкого битума, не говоря уже о пиробитуме. Для твердых веществ гуминового происхождения в земле аналогичное положение на пути созревания угля поместило бы его как минимум в диапазон среднелетучих битумов (то есть, H / C <0,8, O / C <0,05 и отражательная способность витринита> 1,0 %).,[16][17][18] Для нефтяных систем, Мухопадхяй[19] утверждает, что твердый битум начинает формироваться, когда витринит отражательная способность достигает 0,45%, т.е. на ранних стадиях превращения керогена в нефть и газ. Битум также становится более отражающим с возрастом, и он дает эквивалентный коэффициент отражения битума 0,6% для коэффициента отражения витринита 1,0%, что соответствует границе между асфальтом / альбертитом и эпиимпсонитом. Хотя архаичное определение пиробитума включает твердые битумы с низкой зрелостью, такие как альбертит, определение, более тесно связанное с образованием и разрушением нефти из керогена, будет определять пиробитум как имеющий отношение H / C менее 1,0. Фактически, Руководство по биомаркерам[20] определяет пиробитум как имеющий отношение H / C менее 0,5, что соответствует коэффициенту отражения витринита около 2,0% и низколетучий битум к полуантрациту класс угля. Hwang et al.[13] обнаружили, что растворимость битумов твердых коллекторов снизилась ниже 50% для витринита с коэффициентом отражения 0,7% и ниже 20% для витринита с коэффициентом отражения выше 1,0%, с витринит коэффициент отражения 1,1%, соответствующий атомному отношению H / C 0,8. Warner et al.[21] также обнаружил пиробитум на Тенгизском месторождении с H / C 0,8. Они также указывают на то, что он обладает высокой отражающей способностью, в том числе наличием мозаичной текстуры отражательной способности. Пиролиз дает некоторое количество масла, аналогичного тому, из которого оно было получено. Борденаве[22] описывает пиробитум как имеющий коэффициент отражения от 1,5 до 2,5% и выход пиролиза менее 80 мг углеводорода / г органического углерода. Из этих описаний и других исследований пиролиза становится ясно, что отношение Н / С 0,5, данное Петерсом, соответствует концу такого выхода пиролиза, даже если битум становится нерастворимым и, следовательно, пиробитумом до этой зрелости.

Рекомендации

  1. ^ Б. П. Тиссо и Д. Х. Велте (1984) Образование и залегание нефти, 2-е изд., Springer-Verlag, стр. 460-463.
  2. ^ Дж. М. Хант, Нефтяная геохимия и геология, 2-е изд., Фримен, 1996, с. 437.
  3. ^ а б Асфальт, скачано 2 января 2014 г.
  4. ^ Смола (смола), скачано 2 января 2014 г.
  5. ^ Дж. М. Хант, Нефтяная геохимия и геология, 1-е изд., Фримен, 1979, с. 28, 546.
  6. ^ Х. Абрахам (1945) Асфальты и родственные вещества, Ван Ностранд-Райнхольд, стр. 62.
  7. ^ J. A. Curiale, Происхождение твердых битумов, с акцентом на результаты биологических маркеров, Org. Геохим. Vol. 10. С. 559-580, 1986.
  8. ^ Импсонит, скачано 2 января 2014 г.
  9. ^ Э. Фитцер, К. Dochling, H.P Boehm и H. Marsh, «Рекомендуемая терминология для описания углерода как твердого тела», Pure Appl. Chem., Vol. 67, стр. 473-506, 1995.
  10. ^ М. Д. Леван, «Петрографическое исследование первичной миграции нефти в сланцах Вудфорд и связанных с ними породах», в (ред. Б. Долигез) «Миграция углеводородов в осадочных бассейнах», Editions Technip, Paris, p.113-130.
  11. ^ http://www.spe.org/glossary/wiki/doku.php/terms:pyrobitumen, скачано 2 января 2014 г.
  12. ^ Дж. М. Хант, Нефтяная геохимия и геология, 2-е изд., Фримен, 1996, с. 597.
  13. ^ а б Р. Дж. Хванг, С. С. Тирман, Р. М. Карлсон, «Геохимическое сравнение твердых битумов пласта различного происхождения», Org. Геохим. Vol. 29, стр. 505-517, 1998.
  14. ^ Р. Дж. Лоукс, Р. М. Рид, С. К. Руппел, Д. М. Джарви, «Морфология, генезис и распространение нанометр - масштабировать поры в кремнистый аргиллиты из Миссисипский Barnett Shale, ”J. Sed. Res., Vol. 79, стр. 848-861 (2009).
  15. ^ А. К. Бернем и Дж. А. Хаппе, "О механизме пиролиза керогена", Топливо, Vol. 63, 1353-1356, 1984.
  16. ^ Дж. Т. Маккартни и С. Эргун, "Оптические свойства графита и угля", Топливо, Vol. 37, стр. 272-281, 1958.
  17. ^ В. Калькройт, М. Стеллер, И. Вишенкампер и С. Ганц, «Петрографические и химические характеристики канадских и немецких углей в зависимости от потенциала использования. 1. Петрографические и химические характеристики углей // Топливо. 70, 683-694, 1991.
  18. ^ Дж. Т. Маккартни и М. Тейхмюллер, «Классификация углей по степени углефикации по отражательной способности витринитового компонента», Топливо, Vol. 51, стр. 64-68, 1972.
  19. ^ П. К. Мухопахай, «Созревание органического вещества по данным микроскопических методов: применение и ограничения витринит отражательная способность, а также непрерывные спектральные и импульсная лазерная флуоресцентная спектроскопия, «В диагенезе, III. Развитие седиментологии, том 47, стр. 435-510, 1992.
  20. ^ К. Э. Петерс, К. К. Уолтерс, Дж. М. Молдован, Руководство по биомаркерам, Cambridge University Press, 2005, с. 1155.
  21. ^ Дж. Л. Уорнер, Д. К. Баскин, Р. Дж. Хванг, РМК Карлсон, М. Е. Кларк, Геохимические доказательства двух стадий залегания углеводородов и происхождения твердого битума на гигантском Тенгизском месторождении, Казахстан, в ПО Йылмаз и Г. Х. Исаксен, ред., Нефть и газ Большого Каспия: Геологические исследования AAPG 55, 2007, стр. 165-169.
  22. ^ М. Л. Борденаве, Прикладная нефтяная геохимия, Издания Technip, Париж, 1993, стр. 106, 159.