بخشی از مقاله
چکیده
مطالعه کینتیک زایش هیدروکربن به عنوان فاکتور کنترلکننده نرخ تبدیل ماده آلی به نفت و گاز در سالیان اخیر کاربرد گستردهای در مطالعات اکتشافی پیدا کرده است. هدف از انجام مطالعه حاضر، تعیین پارامترهای کینتیکی - فاکتور فراوانی و انرژی فعالسازی - سازند پابده به عنوان یکی از سنگهای منشأ اصلی در ابر میدان نفتی گچساران میباشد. بدین منظور، تعدادی مغزه حفاری با بلوغ پایین از اعماق مختلف این سازند انتخاب و بوسیله دستگاه راک ایول 6 در نرخهای دمایی 5، 15 و 25 درجه سانتیگراد بر دقیقه مورد پیرولیز قرار گرفت.
در نهایت، تعیین و بهینهسازی پارامترهای کینتیکی بوسیله نرمافزار اپتکین صورت پذیرفت. بر اساس نتایج حاصله و با توجه به الگوی نسبتاً گسترده توزیع انرژی فعالسازی در نمونهها، سازند پابده در سکانس مورد مطالعه بطور عمده از کروژن نوع II تشکیل شده است. مقدار فاکتور فراوانی در نمونههای مورد بررسی دارای محدودهای از 1,210E+13/s تا 8,263E+14/s میباشد.
همچنین مقادیر انرژی فعالسازی در آنها گستره 42-80 kcal/mol را در بر میگیرد. چنین تقاوت قابلملاحظهای در مقادیر فاکتور فراوانی و توزیع انرژی فعالسازی را میتوان بیانگر اختلاف در رخساره آلی نمونهها دانست. کمعمقترین نمونه در این مطالعه نسبت به سایر نمونهها انرژی فعالسازی بیشتری دارد ومتعاقباً در دمای بالاتری شروع به زایش هیدروکربن میکند. همچنین توزیع گستردهتر انرژی فعالسازی در این نمونه میتواند مبین یکنواختی کمتر ماده آلی نسبت به سایر نمونهها و در نتیجه وجود پیوندهای شیمیایی مختلف با ساختار و انرژی پیوندی متغیر در آن باشد.
-1 مقدمه
تاثیر بسزای نفت و گاز در رشد اقتصاد جهانی بر هیچکس پوشیده نیست. بنابراین، توسعه روشهایی کارآمد به منظور اکتشاف موفقیتآمیز این منابع که بخش عمدهای از انرژی مصرفی جهان را تأمین میکنند، ضروری مینماید.
یکی از مهمترین علوم مورد استفاده در صنعت نفت به منظور کاهش ریسک اکتشاف منابع هیدروکربنی، ژئوشیمی آلی میباشد. ژئوشیمی آلی، علم مطالعه مواد آلی موجود در سنگهای رسوبی به عنوان منشأ اغلب هیدروکربنها و شناخت ترکیب، خاستگاه، مکانیسمهای شکلگیری، شرایط رسوبگذاری، نحوه توزیع و همچنین ارتباط آنها با یکدیگر و با مواد معدنی است
به سنگهای رسوبی غنی از ماده آلی که توانایی زایش و خروج مقادیر کافی هیدروکربن برای تشکیل ذخایر نفت و گاز را داشته باشند، سنگ منشأ اطلاق میگردد. مواد آلی موجود در سنگهای منشأ به دو دسته تقسیم میشوند: کروژن و بیتومن. با افزایش عمق تدفین و به دنبال آن افزایش دما، کروژن موجود در سنگهای منشأ در اثر فرآیندی به نام بلوغ حرارتی، شکست حاصل نموده و تبدیل به بیتومن میگردد. در ادامه و با افزایش فزاینده عمق تدفین و بلوغ حرارتی، نفت و گاز از شکست حرارتی بیتومن پدید میآیند. همچنین برخی از هیدروکربنها میتوانند بطور مستقیم از شکست حرارتی کروژن ایجاد شوند
مواد آلی موجود در سنگهای رسوبی تحت تمامی دماها و فشارهای زیرسطحی از لحاظ ترمودینامیکی ناپایدارند. به همین دلیل این مواد در طی فرآیند بلوغ حرارتی و با نرخی آهسته حتی در مقیاس زمانی زمینشناختی به محصولاتی با پایداری بیشتر از قبیل نفت و گاز تبدیل میشوند. نزدیک شدن مواد آلی به حالت تعادل و زایش هیدروکربن در طبیعت میتواند بوسیله اصول و قوانین کینتیک شیمیایی توصیف گردد
تبدیل ماده آلی به هیدروکربن نیز از این قاعده مستثنا نیست. به همین علت انجام مطالعات کینتیکی مرتبط با زایش هیدروکربن از سنگ منشأ میتواند کمک شایان توجهی به ارزیابی ذخایر هیدروکربنی موجود در حوضههای رسوبی نماید. نرخ تبدیل کروژن به هیدروکربن در دمای ثابت به مقدار کروژن باقیمانده بستگی دارد و از طریق معادله زیر بدست میآید:
پارامتر V0 در معادله فوق بیانگر میزان اولیه واکنشدهنده - کروژن - میباشد. پس از گذشت مدتی از زمان انجام واکنش و کاهش مقدار کروژن، میزان آن با V نمایش داده میشود و در نتیجه عبارت V0 - Vt به میزان کروژن باقیمانده در زمان t اشاره دارد
از سوی دیگر پارامترهای k و n در این معادله به ترتیب مبین ضریب ثابت نرخ واکنش و مرتبه واکنش میباشند که میبایست به صورت تجربی تعیین شوند و محاسبه آنها با استفاده از روابط استوکیومتری واکنشهای شیمیایی امکانپذیر نیست .
در واکنش شیمیایی تبدیل ماده آلی به نفت و گاز، مرتبه واکنش همواره برابر یک در نظر گرفته میشود. میزان ثابت سرعت تنها برای شرایطی خاص که واکنش در یک درجه حرارت ثابت انجام میگیرد، بدون تغییر باقی میماند و این در حالی است که زایش هیدروکربن از مواد آلی موجود در سنگهای رسوبی، تحت شرایط غیرایزوترمال با دمای متغیر در طول زمان رخ میدهد
وابستگی ضریب ثابت نرخ تجزیه ماده آلی به دما را میتوان به صورت تئوری و از طریق معادله زیر که تحت عنوان معادله آرنیوس شناخته میشود بیان کرد:
پارامتر A در این معادله بیانگر فاکتور فراوانی - ثابت آرنیوس یا فاکتور پیشنمایی - بر حسب 1/m.y. میباشد. از سوی دیگر پارامترهای E، R و T به ترتیب نشاندهنده انرژی فعالسازی واکنش بر حسب kJ/mol، ثابت گاز ایدهآل و دمای مطلق بر حسب درجه کلوین است. پارامترهای کینتیکی فاکتور فراوانی و انرژی فعالسازی را میتوان بصورت آزمایشگاهی از طریق حرارت دادن سنگ منشأ در دماهای مختلف و اندازهگیری مقدار محصولات هیدروکربنی بدست آورد . - Hunt, 1996 - امروزه بطور متداول از تکنیک پیرولیز سیستم باز تحت شرایط غیرایزوترمال مانند پیرولیز راک ایول جهت محاسبه این پارامترها استفاده میکنند.
-2 موقعیت جغرافیایی و زمینشناسی منطقه
میدان نفتی گچساران در فاصله 220 کیلومتری جنوبشرقی اهواز و 65 کیلومتری شمال خلیجفارس در استان کهگیلویه و بویر احمد واقع گردیده است - شکل . - 1 این میدان به عنوان یکی از بزرگترین میادین نفتی ایران به شمار میرود و شامل مخازن نفتی آسماری و بنگستان و مخزن گازی فهلیان میباشد. فروافتادگی دزفول که میدان نفتی گچساران در آن واقع گردیده است، بخشی از حوضه رسوبی زاگرس در جنوب باختری ایران میباشد که با گسترهای در حدود 60,000 کیلومتر مربع، غالب نفت تولیدی زاگرس را در خود جای داده است
این فروافتادگی در اثر زون گسلی ایذه تقریباً از بخش میانی به دو قسمت شمالی - شمالغربی - و جنوبی - جنوب شرقی - تقسیم شده است و میدان نفتی گچساران در بخش جنوبی آن قرار گرفته است. سازند پابده به عنوان جوانترین سنگ منشأ در فروافتادگی دزفول محسوب میگردد و غالباً غنی از ماده آلی است. در نتیجه این سازند در مناطقی که به بلوغ کافی برای زایش هیدروکربن رسیده باشد میتواند به عنوان یک سنگ منشأ مناسب محسوب گردد.
شکل -1 موقعیت میدان نفتی گچساران نسبت به خلیجفارس و میادین همجوار
-3 روش مطالعه
-1-3 آماده سازی نمونهها
جهت انجام مطالعه حاضر تعداد سه نمونه مغزه حفاری با بلوغ پایین از اعماق مختلف سازند پابده در میدان نفتی گچساران انتخاب گردید. نمونههای موجود به اندازه 80 مش پودر شدند و در آون آزمایشگاهی تحت دمای پایین خشک گردیدند. در گام بعدی، سه قسمت از نمونههای مورد مطالعه به میزان 70-80 میلیگرم جهت انجام آنالیز کینتیکی توسط دستگاه راک ایول 6 که دارای قابلیت برنامهریزی دمایی میباشد آماده شد.
