Пиробитум
| Пиробитум | |
|---|---|
 Система классификации битумов, адаптированная из Абрахама и Куриале | |
| Общий | |
| Категория | Органическое вещество |
| Цвет | Переменная |
Пиробитум – это разновидность твердого аморфного органического вещества. Пиробитум в основном нерастворим в сероуглероде и других органических растворителях в результате молекулярного сшивания , которое делает ранее растворимые органические вещества (т. е. битум ) нерастворимыми. [ 1 ] [ 2 ] Не все твердые битумы являются пиробитумами, поскольку некоторые твердые битумы (например, гильсонит ) растворимы в обычных органических растворителях, включая CS.
2 , дихлорметан и смеси бензола метанолом с .
Другие родственные углеводороды
[ редактировать ]Хотя основным различием между битумом и пиробитумом является растворимость, термические процессы, вызывающие молекулярное сшивание, также уменьшают атомное соотношение водорода к углероду с более чем одного до менее одного и, в конечном итоге, примерно до половины. Следует также понимать, что как растворимость, так и атомные соотношения H/C образуют континуум, и большинство твердых битумов имеют как растворимые, так и нерастворимые компоненты. Различие между пиробитумом и остаточным керогеном в зрелой нефтематеринской породе основано на микроскопических доказательствах течения жидкости внутри ткани породы и обычно не определяется.
Термины битум и пиробитум имеют схожие определения в земной коре и в лаборатории. В геологии битум — это продукт отложения и созревания органического вещества. Извлекаемый органический материал (ЭОМ) в нефтематеринских породах и породах-коллекторах определяется как битум. Под воздействием высоких региональных температур в течение геологического времени битум превращается в пиробитум в результате термически активированных реакций, которые удаляют более легкие продукты нефти и газа и оставляют нерастворимый, богатый углеродом остаток. Пиробитум представляет собой значительную часть окончательной судьбы нефтяных жидкостей, образовавшихся из керогена во время катагенеза. В лабораторных экспериментах на горных породах, богатых органическими веществами (горючих сланцах и нефтематеринских породах), разложение изначально нерастворимого органического вещества (определяемого как кероген) приводит к образованию газообразных и жидких продуктов. Растворимая жидкость, остающаяся в нагретой породе, называется битумом. При дальнейшем термическом воздействии битум продолжает выделяться и диспропорционируется в пиробитум и еще больше нефти и газа.
Термины битум и асфальт часто используются как синонимы для описания форм нефти от высокой вязкости до твердых, которые использовались в строительстве с пятого тысячелетия до нашей эры. Битум отличается от смолы , которая правильно описывает продукт, образующийся в результате пиролиза (разрушительной перегонки) угля или древесина. Пек , извлекаемый из нефти путем перегонки, также иногда называют битумом или асфальтом.
Этимология
[ редактировать ]Выражение «битум» возникло на санскрите , где мы находим слова джату, означающие «смола», и джату-крит, означающие «создание смолы», «производство смолы» (имеются в виду хвойные или смолистые деревья). Некоторые утверждают, что латинский . эквивалент первоначально был gwitu-men (относящийся к смоле), а другие - pixtumens (выделяющаяся или пузырящаяся смола), которая впоследствии была сокращена до битума
Определение
[ редактировать ]Охота [ 3 ] определяет битум как природное вещество переменного цвета, вязкости и летучести, состоящее в основном из углерода и водорода. Далее он определяет нефть как форму битума, которая находится в газообразном или жидком состоянии в пласте и может быть добыта через трубу. Другие битумы варьируются от очень вязких (например, тяжелая нефть Атабаски и Венесуэлы, смоляные ямы Ла Бреа ) до твердых (например , гильсонит , озокерит , грахамит , импсонит ). Пиробитум образуется в результате термического разложения и молекулярного сшивания битума. Пиробитум отличается от других твердых битумов, экструдированных из ранних зрелых богатых керогеном нефтематеринских пород (например, гильсонита) и полутвердых битумов в нефтеносных песках высокой вязкости , образовавшихся в результате промывания водой и биоразложения обычной нефти (например, битуминозных песков Атабаски ), все из них растворимы в сероуглероде.
Классификация
[ редактировать ]Архаичные системы классификации битумов были построены без обширных знаний в области органической геохимии, разработанных за последние 50 лет. Первоначально пиробитум определялся как твердый нерастворимый и неплавкий битум. Оригинальная система классификации твердых битумов Абрахама, [ 4 ] как адаптировано из Куриале, [ 5 ] показано на рисунке 1. Куриале говорит, что, хотя схема исторической классификации полезна для сортировки музейных коллекций, она бесполезна для установления генетических связей, и он предложил альтернативную классификацию, показанную на рисунке 2.
Хотя между классификационными системами на рисунках 1 и 2 нет прямой связи, один из видов пиробитума представляет собой подгруппу твердых битумов после нефти, образующихся в результате термического разложения керогена и нефти. Из 27 образцов, исследованных Куриале, три образца импсонита имели низкую растворимость (<3%) и низкое соотношение H/C (<0,9), характерное для высокозрелого органического вещества. Эти образцы также имели самое низкое содержание асфальтенов , самое высокое содержание ароматических веществ и самое высокое содержание летучих веществ в растворимой фракции. Углеродные отложения, связанные с урановыми конкрециями, также имеют низкую растворимость и соотношение H/C менее 1,0 и соответствуют пиробитумам неорганического происхождения. Для сравнения, каменноугольный пек имеет атомное соотношение H/C около 0,8. [ 6 ]
В сообществе нефтяной геохимии пиробитум — это остатки термически измененной нефти, которая ранее образовалась во время созревания керогена — большая часть этой нефти мигрировала и накопилась в нефтяном резервуаре. Петрографические исследования остатков водного пиролиза, которые считаются хорошим лабораторным моделированием природных нефтяных пластов, показывают образование сплошной битуминозной сети на ранних стадиях трансформации керогена, часть которой превращается в пиробитум при сильном термическом воздействии. [ 7 ] Это определение согласуется с определением пиробитума, данным в глоссарии Общества инженеров-нефтяников: «твердый природный асфальт внутри пор [каменной породы]. Обычно не двигается и не вступает в реакцию». [ 8 ] Охота [ 9 ] использует это определение термически зрелого остатка для расчета материальных балансов для судьбы нефти очень высоких сроков зрелости, как той, которая сохраняется в материнской породе, так и той, которая находится в резервуарах. Пиробитум в термически зрелых нефтяных пластах был охарактеризован Хвангом. [ 10 ] В последнее время считается, что пиробитум, остающийся в материнской породе, играет важную роль в хранении и добыче сланцевого газа . [ 11 ]
При автоклавировании сланца пиробитумный остаток имеет атомное соотношение H/C около 0,5 и часто называется коксом . [ 12 ] который имеет аналог в производстве нефтяного и угольного кокса путем деструктивной перегонки, хотя некоторые рабочие, например Вэнь и Кобылинский, [ 13 ] неправильно использовали термин пиробитум в качестве промежуточного продукта реакции между керогеном и нефтью, чтобы отличить его от природного битума.
Некоторые архаичные определения пиробитума включают торф и бурый уголь , хотя эти материалы подвергались небольшому геологическому нагреву по сравнению с тем, который необходим для образования жидкого битума, не говоря уже о пиробитуме. Для твердых веществ гуминового происхождения в земле аналогичная позиция на пути созревания угля поместила бы их как минимум в среднелетучий битуминозный диапазон (т.е. H/C<0,8, O/C<0,05 и коэффициент отражения витринита >1,0). %), [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] Для нефтяных систем Мухопадьяй [ 17 ] утверждает, что твердый битум начинает образовываться, когда отражательная способность витринита достигает 0,45%, т.е. на ранних стадиях превращения керогена в нефть и газ. Битум также становится более отражающей способностью с возрастом, и он дает эквивалентный коэффициент отражения битума 0,6% при коэффициенте отражения витринита 1,0%, что соответствует границе между асфальтом/альбертитом и эпиимпсонитом. Хотя архаичное определение пиробитума включает твердые битумы низкой зрелости, такие как альбертит, определение, более тесно связанное с образованием и разрушением нефти из керогена, определяло бы пиробитум как имеющий соотношение H/C менее 1,0. Фактически, Руководство по биомаркерам [ 18 ] определяет пиробитум как имеющий соотношение H/C менее 0,5, что соответствует отражательной способности витринита около 2,0% и низколетучему битуминозному углю до полуантрацитового класса . Хван и др. [ 10 ] обнаружили, что растворимость твердых пластовых битумов снижается ниже 50% при коэффициенте отражения витринита 0,7% и ниже 20% при коэффициенте отражения витринита более 1,0%, при этом коэффициент отражения витринита 1,1% соответствует атомному отношению H/C 0,8. Уорнер и др. [ 19 ] также обнаружен пиробитум на Тенгизском месторождении с H/C 0,8. Они также отмечают, что он имеет высокую отражательную способность, включая появление мозаичной текстуры отражательной способности. В результате пиролиза было получено масло, похожее на то, из которого оно было получено. Борденейв [ 20 ] описывает пиробитум как имеющий отражательную способность от 1,5 до 2,5% и выход пиролиза менее 80 мг углеводорода на г органического углерода. Из этих описаний и других исследований пиролиза становится ясно, что отношение H/C 0,5, данное Петерсом, соответствует концу такого выхода пиролиза, даже если битум становится нерастворимым и, следовательно, пиробитумом, до этого срока созревания.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ BP Tissot и DH Welte (1984) Образование и распространение нефти, 2-е изд., Springer-Verlag, стр. 460–463.
- ^ Дж. М. Хант, Нефтяная геохимия и геология, 2-е изд., Фриман, 1996, с. 437.
- ^ Дж. М. Хант, Нефтяная геохимия и геология, 1-е изд., Фриман, 1979, с. 28, 546.
- ^ Х. Абрахам (1945) Асфальты и родственные вещества, Ван Ностранд-Рейнхольд, стр. 62.
- ^ JA Curiale, Происхождение твердых битумов, с акцентом на результаты биологических маркеров, Org. Геохим. Том. 10, стр. 559–580, 1986.
- ^ Э. Фитцер, К. Х. Дохлинг, Х. П. Бём и Х. Марш, «Рекомендуемая терминология для описания углерода как твердого тела», Pure Appl. Хим., Том. 67, стр. 473–506, 1995.
- ^ М. Д. Леван, «Петрографическое исследование первичной миграции нефти в сланцах Вудфорд и связанных с ними породах», в (под ред. Б. Долигез) Миграция углеводородов в осадочных бассейнах, Editions Technip, Париж, стр. 113-130.
- ^ http://www.spe.org/glossary/wiki/doku.php/terms:pyrobitumen , загружено 2 января 2014 г.
- ^ Дж. М. Хант, Нефтяная геохимия и геология, 2-е изд., Фриман, 1996, с. 597.
- ^ Jump up to: а б Р. Дж. Хван, С. К. Тирман, Р. М. Карлсон, «Геохимическое сравнение пластовых твердых битумов различного происхождения», Org. Геохим. Том. 29, стр. 505–517, 1998.
- ^ Р. Г. Лоукс, Р. М. Рид, С. К. Руппель и Д. М. Джарви, «Морфология, генезис и распределение пор нанометрового размера в кремнистых аргиллитах сланцев » Барнетт в Миссисипи , J. Sed. Рез., Том. 79, стр. 848–861 (2009).
- ^ AK Burnham и JA Happe, «О механизме пиролиза керогена», Fuel, Vol. 63, 1353–1356, 1984.
- ^ К. С. Вэнь и Р. Кобылински, «Низкотемпературная конверсия сланца», Fuel, Vol. 62, стр. 1269-1273 (1963).
- ^ Дж. Т. Маккартни и С. Эргун, «Оптические свойства графита и угля», Fuel, Vol. 37, стр. 272–281, 1958.
- ^ В. Калькройт, М. Стеллер, И. Вишенкампер и С. Ганц, «Петрографическая и химическая характеристика канадских и немецких углей в зависимости от потенциала использования. 1. Петрографическая и химическая характеристика сырьевых углей // Топливо. 70, 683–694, 1991.
- ^ Дж. Т. Маккартни и М. Тейхмюллер, «Классификация углей по степени углефикации по отражательной способности витринитового компонента», Fuel, Vol. 51, стр. 64–68, 1972.
- ^ П.К. Мухопахай, «Созревание органического вещества, выявленное микроскопическими методами: применение и ограничения отражательной способности витринита , а также непрерывной спектральной и импульсной лазерной флуоресцентной спектроскопии », в «Диагенезис», III. Развитие седиментологии, том 47, стр. 435–510, 1992.
- ^ К.Э. Питерс, К.С. Уолтерс, Дж.М. Молдован, Руководство по биомаркерам, издательство Кембриджского университета, 2005, стр. 1155.
- ^ Дж. Л. Уорнер, Д. К. Баскин, Р. Дж. Хван, Р. М. К. Карлсон, М. Е. Кларк, Геохимические доказательства двух стадий внедрения углеводородов и происхождения твердого битума на гигантском месторождении Тенгиз, Казахстан, в книгах П. О. Йылмаза и Г. Х. Исаксена, ред., «Нефть и газ Большого Каспия: Исследования AAPG в геологии 55, 2007, стр. 165–169.
- ^ М. Л. Борденав, Прикладная нефтяная геохимия, Editions Technip, Париж, 1993, стр. 106, 159.