1. Введение
Поскольку мировой спрос на энергию продолжает расти, а традиционные запасы нефти постепенно истощаются, ископаемое топливо играет всё более важную роль в производстве и повседневной жизни людей [1]. Следовательно, разработка и использование нетрадиционных запасов нефти и газа привлекают всё больше внимания. К нетрадиционным запасам нефти в основном относятся тяжёлая нефть, битуминозные пески, нефть и газ в трещиноватых и кавернозных карбонатных породах, малопроницаемая нефть и сланцевая нефть [2]. По оценкам, на сланцевую нефть приходится от 20 % до 50 % от общих мировых запасов нефти [3], что свидетельствует о значительном потенциале и экономических преимуществах при разведке, добыче и использовании. Поскольку запасы сланцевой нефти в глубоко залегающих сланцах чрезвычайно велики, многие страны начали разрабатывать технологии добычи сланцевой нефти, чтобы перейти от традиционной добычи нефти на месторождениях к добыче нетрадиционных ресурсов нефти и газа [4]. Основным компонентом горючих сланцев является нерастворимое полимерное вещество кероген, который может быть использован, как весьма объемный источник нефти и газа [5]. Именно поэтому он рассматривается как перспективный альтернативный источник углеводородов топливного и энергетического назначения. Однако структура керогена очень вариативна, сложна и неоднородна, что усложняет его анализ в месторождениях и прогнозирование их нефтегазоносности [6].
Таким образом, детальное изучение химической структуры и свойств керогена позволяет более точно оценивать ресурсный потенциал осадочных бассейнов. Кроме того изучение керогена имеет фундаментальное значение для понимания геохимических процессов трансформации органического вещества в литосфере и его роли в глобальном углеродном цикле [7].
Для всестороннего изучения керогена требуется применение большого числа аналитических методов, позволяющих получить информацию о его элементном составе, молекулярной структуре, степени термической зрелости, происхождении и генерационном потенциале. Существующие методы анализа керогена весьма разнообразны – от традиционных химических до современных инструментальных, таких как пиролитические, спектроскопические, микроскопические и хроматографические.
В данной курсовой работе будут рассмотрены свойства и структурные особенности керогена различных типов, а также приведено описание существующих методов качественного и количественного анализа керогена. Особое внимание будет уделено сравнительному анализу эффективности различных аналитических подходов и обоснованию выбора оптимальных методов для решения конкретных исследовательских задач, связанных с изучением керогена.
2. Кероген и его свойства
2.1. Определение и общая характеристика керогена
Название «кероген» было введено шотландским химиком-органиком Александром Крамом Брауном в 1906 году, [8] от греческих слов, означающих «воск» и «происхождение» (греч. κηρός «воск» и -ген, γένεσις «происхождение»). Кероген представляет собой сложное высокомолекулярное органическое вещество, являющееся основным компонентом нерастворимой фракции органического вещества, рассеянного в осадочных породах. Кероген нерастворим в обычных органических растворителях (хлороформе, бензоле, спиртах) и водных щелочных растворах, но при этом разлагается при термическом воздействии с образованием летучих продуктов и углеродистого остатка [5].
Кероген составляет более 90% всего органического вещества осадочных пород земной коры и является предшественником нефти и природного газа. Образуется кероген в результате сложных биохимических и геохимических процессов трансформации исходного органического материала (биомассы) в условиях диагенеза и катагенеза осадочных отложений [5].
В отличие от битумоидов (растворимой части органического вещества пород), кероген не является индивидуальным соединением, а представляет собой сложную макромолекулярную структуру, состав и свойства которой варьируют в зависимости от исходного органического материала и условий его преобразования [6].
2.2. Химический состав и структурные особенности керогена
Элементный состав
Основными элементами, входящими в состав керогена, являются углерод, водород, кислород, азот и сера. Среднее содержание этих элементов варьирует в следующих пределах [6, 9]:
Углерод (C): 70-90%
Водород (H): 5-10%
Кислород (O): 5-20%
Азот (N): 1-4%
Сера (S): 0,5-5%
Соотношения между этими элементами, выражаемые через атомные отношения H/C и O/C, являются важными показателями, позволяющими характеризовать тип керогена и степень его термической зрелости. По мере созревания керогена происходит уменьшение этих соотношений вследствие потери водорода и кислорода при генерации углеводородов и других продуктов [9].
Структурные единицы
Структура керогена представляет собой трехмерную сеть, образованную преимущественно ароматическими и алициклическими фрагментами, соединенными между собой алифатическими цепочками и гетероатомными мостиками. Основными структурными единицами керогена являются [9]:
Конденсированные ароматические ядра
Алициклические структуры
Алифатические цепи
Функциональные группы (карбоксильные, карбонильные, гидроксильные, аминные, тиольные и др.)
Соотношение между этими структурными элементами определяет тип керогена и его способность к генерации углеводородов различного состава.
2.3. Классификация керогена
Тип керогена, присутствующего в конкретной горной породе, зависит от типа органического материала, который изначально в ней присутствовал. Кероген можно классифицировать по происхождению: озёрный (например, водоросли), морской (например, планктон) и наземный (например, пыльца и споры). Тип керогена также зависит от температуры и давления, которым он подвергался, а также от продолжительности геологических процессов.
Наиболее распространенной является классиф
- Курсовая работа
- Дипломная работа
- Контрольная работа
- Реферат
- Отчет по практике
- Магистерская работа
- Статья
- Эссе
- Научно-исследовательская работа
- Доклад
- Глава диплома
- Ответы на билеты
- Презентация
- Компьютерный набор текста
- Речь к диплому
- Тезисный план
- Чертёж
- Диаграммы, таблицы
- ВАК
- Перевод
- Бизнес план
- Научная статья
- Рецензия
- Лабораторная работа
- Решение задач
- Диссертация
- Доработка заказа клиента
- Аспирантский реферат
- Монография
- ВКР
- Дипломная работа MBA
