курсовая методы изучения керогена и битомоидов. 173329_Б1-НФГДипу33_2020_9_1. Методы изучения керогена и битумоидов
 Скачать 151.81 Kb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВО «Саратовский Государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.» Институт урбанистики, архитектуры и строительства Кафедра «Геоэкология и инженерная геология» КУРСОВАЯ РАБОТА по дисциплине «Геология нефти и газа» Тема: Методы изучения керогена и битумоидов Выполнил: студент Курс: 3 Форма обучения: заочная Группа: б-НФГДипу33 Шифр: 173329 Ф.И.О.: Абрамов Р.В. Работа защищена с оценкой__________ Преподаватель: к. г.-м. н., доцент Воробьева Екатерина Викторовна Дата защиты________________ Саратов 2020 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.» Институт Урбанистики, архитектуры и строительства Кафедра Геоэкологии и инженерной геологии Направление (специальность) 21.03.01 Нефтегазовое дело ЗАДАНИЕ на курсовую работу по дисциплине «Геология нефти и газа» Студенту Абрамову Роману Викторовичу фамилия, имя, отчество Тема курсовой работы: Методы изучения керогена и битумоидов утверждена на заседании кафедры, протокол № от «___» ________________ 2019г. Дата защиты «_____» _________________ 2020г. Задание принято к исполнению: _________________________________ _________________________ Саратов 2020 Содержание Введение…………………………………………………………………………...4 Методы изучения битумоидов………………………………………..…...7 Люминесцентно-битуминологические и люминесцентно-спектральные методы анализа битумоидов…………………….........................................................8 Химико-битуминологический анализ…………………………….12 Газовая хроматография……………………………………………14 Инфракрасная спектрометрия………………………………….....18 Методы изучения керогена……………………………………………....22 Углехимические методы исследования НОВ……………..……..22 Физические (спектроскопические) методы исследования…..….33 Другие методы и общие замечания…………………………….…37 Заключение……………………………………………………………………….41 Список использованной литературы…………………………………………...43 Введение Двадцатое столетие характеризовалось бурным развитием геохимии нефти и газа. Особенно широко геохимические исследования нефти и газа, рассеянного органического вещества (ОВ) современных и ископаемых осадков нефтегазоносных бассейнов внедрялись в практику нефтегазопоисковых работ, начиная, с сороковых-пятидесятых годов. Геохимические методы позволяют более достоверно прогнозировать перспективы нефтегазоносности крупных территорий, разработать количественные методы прогноза нефтегазоносности, давать раздельную оценку перспектив нефте- и/или газоносности нефтегазоносных бассейнов. Комплекс геологических и геофизических методов поисков нефти и газа на базе «антиклинальной» теории решает задачу поисков нефтегазоносных структур. Следует подчеркнуть, что не все структуры, выявляемые геофизическими методами, впоследствии подтверждаются глубоким бурением. И далеко не все подтвержденные глубоким бурением структуры нефтегазоносны. Это вынуждает совершенствовать методику, изыскивать более эффективные модификации методов, повышающие результативность поисков. Задачей геохимических методов являются поиски не ловушек, а месторождений нефти и газа. Как отметил А.В. Сидоренко «решение проблемы прямых поисков полезных ископаемых через толщи перекрывающих пород равносильно технической революции в геологоразведочном деле». Геохимические исследования в настоящее время рассматриваются как составная часть комплекса поисково-разведочных работ на нефть и газ в любых регионах территорий и акваторий и используются на различных этапах. По классу решаемых задач они подразделяются на следующие группы: 1) геохимические методы прогноза вероятной нефтегазоносности региональных и локальных элементов, нефтегеологического районирования (методы диагностики и выделения нефте- и газопроизводящих отложений, оценки нефте- и газообразования в них, включая определение палеообстановок осадконакопления и глубин максимальных палеопогружений, решение генетических задач неф- 4 тегазообразования; методы выявления условий первичной и вторичной миграции углеводородов, условий аккумуляции и сохранения их в ловушках, количественного прогноза нефтегазоносности, в частности объемно-генетический метод и др.); 2) геохимические методы поисков месторождений нефти и газа (ГПНГ), вошедшие в геологическую литературу под названием «прямых геохимических поисков», имеющие своей целью оценку продуктивности конкретных структур или площадей. Они включают различные виды геохимических съемок и геохимический (в том числе и пиролитический) каротаж; 3) геохимические методы выявления продуктивных пластов в поисково-разведочных скважинах (преимущественно методы газового каротажа и битуминологические). Правильная интерпретация геохимических данных возможна лишь при всестороннем учете особенностей геологического строения и развития нефтегазоносного бассейна. Чрезвычайно важным является комплексирование различных методов, что позволяет более достоверно определять возможные места скоплений углеводородов. Большое значение также имеет правильная оценка уровня информативности различных видов геохимических съемок и их места в общем комплексе поисково-разведочных работ на нефть и газ. Основоположником ГПНГ по праву называют В.А. Соколова, который в 1929 г. впервые предложил провести газовую съемку для определения в подпочвенных отложениях микроконцентраций углеводородных газов (УВГ) и жидких углеводородов (УВ), накапливающихся за счет их субвертикальной миграции из находящихся в более глубоких горизонтах залежей нефти и газа. В дальнейшем была предложена новая разновидность газовой съемки - газовый каротаж, затем метод газокерновой съемки. С 1935 г. для оценки нефтегазоносности недр проводятся гидрогеохимические и люминесцентно-битуминологические исследования, используются почвенно - генетические показатели, свидетельствующие об изменении солевого состава почв под влиянием мигрирующих углеводородов, индикаторные микроорганизмы, окисляющие газообразные углеводороды. 1. Методы изучения битумоидов В стандартизированном массовом варианте битумоид получают экстракцией из почв нормальным гексаном при комнатной температуре. Гексан извлекает почти все компоненты нефти и нефтепродуктов, за исключением асфальтенов и нерастворимых углеродистых веществ. Хлороформ растворяет практически все растворимые нефтяные компоненты, но вместе с ними в битумоид может перейти значительное количество почвенных липидов, что потребует дополнительной очистки раствора. Уровни суммарного содержания и качественные характеристики нефтяных компонентов в битумоиде исследуются методом люминесцентно-битуминологического анализа. Анализ алканов производится стандартизированным методом капиллярной газожидкостной хроматографии. Анализ ПАУ удобно и экономично вести в гексановом битумоиде методом спектроскопии Шполъского. При наличии соответствующего оборудования ПАУ можно определять методом жидкостной хроматографии или хроматомасс-спектрометрии. Для этого необходимо иметь достаточное для анализа количество вещества.  Рис. 1 Общая схема аналитического исследования углеводородного состояния почв 1.1. Люминесцентно-битуминологические и люминесцентно-спектральные методы анализа битумоидов В обширном арсенале средств диагностики природной среды особое место занимают люминесцентные методы. Несмотря на ограниченность области применения и трудности аналитической интерпретации, они очень эффективны при проведении комплексных геохимических и экологических исследований.1 В большей степени это относится к диагностике битуминозных веществ, ПАУ, нефти, нефтепродуктов в природных средах и изучению влияния этих веществ на экологическую ситуацию. Способность люминесцировать — это имманентное (изначально присущее) свойство нефти и нефтепродуктов, связанное с их составом. В основу люминесцентной диагностики битумоидов положены интенсивность и спектральные свойства свечения растворов нефти и нефтепродуктов при возбуждении ультрафиолетовыми лучами. В нефти и нефтепродуктах свойствами люминесценции обладают только ароматические и смолистые компоненты. Но поскольку все компоненты нефти находятся в тесной количественной и качественной взаимосвязи, люминесцентные свойства нефтяных растворов характеризуют вещество в целом. В определенной области концентраций интенсивность свечения (выход люминесценции) растворов нефти и нефтепродуктов пропорциональна их концентрации, что позволяет осуществлять количественный анализ. Люминесцентные методы отличаются рядом особенностей: в процессе анализа объект не подвергается разрушению и термическому воздействию, которое может изменить его химическую структуру; проба сохраняется на протяжении всего цикла исследований. Одни и те же измерения можно неоднократно повторять, после чего эта же проба может быть проанализирована другими методами; очень высокая чувствительность, позволяющая визуально обнаружить концентрацию нефти в растворе, равную 1 • 10_6 г/мл, а инструментально зафиксировать индивидуальные соединения в концентрации Ю-10—1011 г/мл; быстрота, возможность массовых измерений; возможность непрерывных наблюдений за люминесценцией объекта как в пространстве, так и во времени; возможность дистанционных измерений; применение методов в полевых условиях; свойствами люминесценции помимо нефти и нефтепродуктов обладают живые организмы. Это позволяет использовать люминесцентный анализ для комплексного исследования экосистем. Для геохимических поисков нефти и газа В.Н. Флоровской и В.Г. Мелковым был разработан люминесцентно-битуминологический метод, основанный на определении следов нефти в горных породах и почвах.). В дальнейшем этот метод был адаптирован для диагностики загрязнения почв нефтью и нефтепродуктами. Современный вариант люминесцентно-битуминологического анализа почв состоит из следующих операций: 1) получение битумоида путем экстракции вещества из навески почвы при комнатной температуре с помощью раствора -гексана; 2) измерение на спектрофлюориметре или флюориметре с использованием оптических фильтров выхода люминесценции (интенсивности свечения раствора) в разных областях спектра (ультрафиолетовой и видимой), что позволяет оценить соотношение в составе исследуемого вещества тяжелых и легких компонентов, смолистых соединений и углеводородной составляющей; 3) описание «капиллярной вытяжки» — люминесцирующей зоны осажденного на узкой полоске хроматографической бумаги вещества битумоида после испарения растворителя. Измеряемые параметры позволяют выделять типы битумоидов, предварительно характеризующие их состав. Для вычисления концентраций растворов выбираются стандарты с близкими показателями по отношению к измеряемому веществу выходов люминесценции в разных областях спектра и характера (ширина, цвет) капиллярной вытяжки. От правильного выбора эталона зависит результат анализа. Если в базе данных подходящий стандарт отсутствует, его готовят по специальной методике из большой навески той же почвы. При измерении выхода люминесценции битумоидов в различных областях спектра используется анализатор жидкости «Флюорат-02-2М» (компания «Люмэкс», Санкт-Петербург) со сменными светофильтрами. Непрерывные спектры люминесценции битумоидов в области 400—700 нм можно получать на спектрофлуориметрическом комплексе на базе прибора «Флюорат-Панорама» с дополнительным монохроматором «ЛМ-3». Эффективный метод люминесцентной индикации углеводородных потоков в окружающей среде — диагностика ПАУ в составе битумоидов методами спектрофлуориметрического анализа при низких температурах — спектроскопия Шпольского. Метод включает следующие операции: замораживание гексанового битумоида в жидком азоте до температуры 196 °С; возбуждение люминесценции раствора, регистрация спектров люминесценции индивидуальных ПАУ и групп гомологов; идентификация и расчет уровней концентрации индивидуальных соединений путем сравнения с эталонными спектрами полиаренов, которые представляют собой или растворы индивидуальных соединений, или их смеси в определенных концентрациях. В битумоидах, содержащих маломешающих определению примесей, для выделения вещества из смеси используется принцип спектрального фракционирования, заменяющий хроматографическое разделение раствора. Метод заключается в подборе оптимальных длин волн для селективного возбуждения и регистрации люминесценции молекул полиаренов. При количественном анализе используется зависимость между относительной интенсивностью аналитических пиков в спектрах люминесценции ПАУ и величиной их концентрации в растворе. Анализ полиаренов проводится на спектрофлуориметрах разных фирм, обеспечивающих возможность получения спектров флуоресценции замороженных растворов вещества в нелюминесцирующих -алканах. Среди российских приборов успешно используется спектрофлуо- риметрический комплекс на базе прибора «Флюорат-Панорама» (компания «Люмэкс», Санкт-Петербург), дополненного монохроматором «Л М-3» и криогенной приставкой «КРИО-1». 1.2. Химико-битуминологический анализ Групповой анализ битумоидов относится к группе химико-битуминологических методов. Он предусматривает разделение битумоида на группы, объединяющие близкие по химическим и физическим свойствам соединения: масла, смолы бензольные и спиртобензольные, асфальтены и асфальтогеновые кислоты. Существует несколько методик определения группового состава битумоидов (метод Маркусона-Саханова, сокращённый комбинированный анализ и др.). Широкое распространение получила модификация комбинированного анализа битумоидов, разработанная Н. П. Силиной для навесок от 0,015-0,050 г и 0,06-1,0 г. Именно эта методика и была внедрена в отделе КИГиНМ. В основу анализа положено разделение битумоида на асфальтены с асфальтогеновыми кислотами и мальту (масла+смолы) с последующим хроматографическим разделением мальты на более узкие фракции – масла, бензольные смолы и спиртобензольные смолы. На первом этапе для проведения данного вида анализа на основании результатов ЛБА пород отбирают образцы керна (шлама), измельчают до порошкообразного состояния (размер зёрен не более 0,25 мм). Количество породы на пробу зависит от битумонасыщения образцов, которое определяют также по результатам люминесцентного анализа. Далее из отобранных образцов с помощью органических растворителей извлекают РОВ, т. е. битумоид. В практике геохимических исследований известны следующие способы извлечения битуминозных веществ из осадочных пород – в аппарате Сокслета, в экстракторах проточного типа, применяется проточная экстракция с одновременным перемешиванием породы и растворителя, с применением центрифугирования, а также с подогревом при разных температурах. Оптимальная навеска битумоида на анализ составляет от 0,015-1,0 г. Навеску битумоида растворяют в бензоле маленькими порциями и количественно переносят пипеткой в колбу с охлаждённым петролейным эфиром в соотношении к бензолу 40 : 1 по объёму (колба для осаждения асфальтенов хранится в темном месте 10-12 ч). Далее анализ проводят на разъёмных колонках, которые в собранном виде закрепляют на штативе. Колонка А служит для отделения асфальтенов (заполняют проэкстрагированной в органических растворителях ватой); колонка Б – для разделения мальты на масла и смолы (насыпают плотным слоем силикагель марки «АСК»). Раствор мальты с выпавшими в осадок асфальтенами количественно переносят через воронку в колонку А. При этом асфальтены оседают на ватном тампоне колонки А, а мальта в растворе поступает в колонку Б и адсорбируется силикагелем. Асфальтены отмываются от следов мальты петролейным эфиром. Последующее отделение масел проводят петролейным эфиром той же марки в количестве 100 мл, который пропускают через колонку А. Фракция масел при этом собирается через нижний отвод колонки Б в колбу. После исчерпывающего извлечения масел колонки разъединяют. Асфальтогеновые кислоты отделяют спиртом-ректификатом или спиртом гидролизным после очистки, а асфальтены растворяют в хлороформе (в колонку А последовательно вводят спирт и хлороформ). Контроль за полнотой отбора каждой из фракций выполняется по исчезновению окраски элюентов, далее из полученных растворов отгоняют растворители. Масла, смолы, асфальтены и асфальтогеновые кислоты из колб переводят в тарированные стаканчики и доводят до постоянной массы. Массу каждой фракции определяют взвешиванием с точностью до 0,1 мг и производят расчёт их процентных содержаний. Суммарная масса фракций должна совпадать с изначальной навеской битумоида с точностью до ± 6%. Все выделенные фракции различны как по составу, так и по консистенции. Фракция масел – жидкая или полужидкая, в основном представлена углеводородами. Асфальтены – хрупкие, тёмной окраски, с высокой молекулярной массой, обогащённые гетероэлементами. Асфальтогеновые кислоты более светлые, чем асфальтены, часто бурые, меньшей молекулярной массы, обладающие кислотными свойствами. Бензольные смолы – полужидкие, иногда твёрдые, вязкие, от оранжево-красного до коричневого цвета. Спиртобензольные смолы – твёрдые, часто хрупкие, от тёмнокоричневого до коричнево-чёрного цвета, с более высоким содержанием кислорода, по сравнению с бензольными смолами, более нейтральных свойств. По результатам группового анализа, т. е. по соотношению основных групп битумоидов (масел, смол, асфальтенов), определяется продуктивность исследуемых отложений, прогнозируется состав УВ и их свойства. Комплексная интерпретация петрофизических и битуминологических данных позволяет детально дифференцировать потенциально продуктивную часть разреза скважины на непродуктивные прослои и пласты с насыщающими их УВ флюидами разного состава. |