Катагенез - это термин, используемый в нефтяной геологии для описания процесса крекинга, который приводит к превращению органических керогенов в углеводороды .
Теоретическая реакция [ править ]
Катагенез - это вторая стадия созревания органического углерода на пути к превращению в графит. Этот геологический процесс приводит к очень значительным изменениям в биогенных материалах, составляющих углеродистые отложения. Во время катагенеза температура увеличивается, давление увеличивается, и как органические, так и неорганические компоненты «корректируют» свою фазу или форму для компенсации. На этом этапе начинается процесс «литификации». Вообще говоря, повышение температуры приводит к улетучиванию нестабильных частиц или элементов, которые слабо связаны с атомами углерода. Повышение температуры и давления также приводит к прекращению биогенных процессов. Один из способов выразить эти изменения - посмотреть на отношение кислорода к углероду или водорода к углероду по мере созревания осадка. Практически во всех случаяхпо мере созревания биогенного материала в геологической среде количество летучих элементов, таких как кислород и водород, значительно снижается, что приводит к уменьшению соотношений O / C и H / C. Типичное значение отношения O / C для полностью созревшего углерода стадии катагенеза может быть менее 0,1. Это означает, что на каждые 100 атомов углерода приходится менее 10 атомов кислорода. Также очевидно подобное снижение уровня водорода.
Считается, что эта химическая реакция является процессом, зависящим от времени , температуры и давления, в результате которого из первичного керогена X образуется жидкий и / или газообразный углеводород Hc, который можно обобщить с помощью формулы:
где X 0 - начальная концентрация керогена, а X (t) - концентрация керогена в момент времени t.
Обычно считается, что зависимость от давления незначительна, поэтому процесс катагенеза можно представить в виде дифференциального уравнения первого порядка :
где X - реагент (кероген), а κ - константа скорости реакции, которая вводит температурную зависимость через уравнение Аррениуса .
Важные параметры [ править ]
Было предложено несколько, как правило, непризнанных, но важных управляющих параметров метаморфизма. [1]
- Отсутствие или наличие воды в системе, потому что термическое разрушение углеводородов значительно подавляется в присутствии воды.
- Повышение давления флюида сильно подавляет весь метаморфизм органических веществ.
- Ускользание продукта из мест реакции, так как его отсутствие замедляет метаморфизм.
- Повышение температуры как главный двигатель реакций.
Будущая работа [ править ]
Чтобы выделить параметры, которые являются наиболее важными для индукции катагенетического процесса, требуются большие будущие исследования. Дальнейшая работа в этой области будет включать следующее:
- Установление точной взаимосвязи между временем захоронения и крекингом углеводородов.
- Определение того, как водород из воды в конечном итоге включается в кероген.
- Установление эффекта краевой стрижки.
- Определение того, как статическое давление жидкости влияет на образование углеводородов. Некоторые эксперименты продемонстрировали, что статическое давление флюида может объяснить наличие концентраций углеводородов на глубинах, где их состав в противном случае не ожидался бы.
- Многие измерения содержания углеводородов в образцах горных пород были выполнены при атмосферном давлении. Это игнорирует потерю большого количества углеводородов во время сброса давления. Образцы горных пород при атмосферном давлении были измерены в 0,11–2,13% образцов при пластовом давлении. Наблюдения на буровых площадках включают шипение обломков горных пород и масляных пленок, покрывающих ямы бурового раствора .
- Нельзя игнорировать типы органики. Различные типы органических веществ имеют разные химические связи, образцы прочности связи и, следовательно, разные энергии активации.
- Углеводороды C 15 + стабильны при гораздо более высоких температурах, чем предсказывает кинетика реакции первого порядка.
Например, хотя когда-то предполагалось, что катагенетические процессы являются реакциями первого порядка , некоторые исследования показали, что это может быть не так. [1]
См. Также [ править ]
Ссылки [ править ]
- ^ а б Прайс, Ли К. (1997). «Минимальные уровни термической стабильности и контролирующие параметры метана, определяемые термической стабильностью углеводородов C 15 +» . Геологический контроль глубоких ресурсов природного газа в Соединенных Штатах (Бюллетень USGS 2146) . USGS: 139–176 . Проверено 10 октября 2006 .
