Sprawozdanie z zajęd laboratoryjnych z Geochemii Naftowej

Analiza pirolityczna Rock-Eval

2

1.

Cel ćwiczeń.

Celem ćwiczenia było przeprowadzenieanalizypirolitycznej próbki skałyprzy pomocy
aparatu Rock Eval. Służy on do szybkiej analizy próbek skalnych pod kątem zawartości,
typu genetycznego i stopnia przeobrażenia materii organicznej. Metoda ta została
stworzona przez ekspertów z Francuskiego Instytutu Naukowego pod przewodnictwem
J.Espitalie i jest z powodzeniem stosowana w szerokim zakresie w dziedzinie poszukiwań
naukowych. Rock Eval bazuje na: prostocie budowy, szybkości i niskiej cenie analizy oraz
komplementarności uzyskanych wyników.

2.

Przygotowanie próbki do badań

Próbka wykorzystana w badaniach to fragment rdzenia poprzednio wymytego wodą,
osuszonego w temperaturze pokojowej. Rdzeń ten został następnie skruszony do ziaren o
wymiarach nie przekraczających 2 cm. Z tak przygotowanej próbki pobrana została próba
reprezentatywna, którązmielono do ziaren frakcji nie przekraczających 0,2 mm.Próbę
reprezentatywną wykorzystano w badaniach geochemicznych w aparacie Rock Eval. W
czasie zajęć dysponowaliśmy już gotowymi do analizy próbkami skał.

3.

Budowa urządzenia do analizy pirolitycznej.

Analizę pirolityczną wykonano za pomocą Aparatu Rock Eval 6. Jest to urządzenie
trójmodułowe.
Budowa Rock Eval 6:

Moduł sterujący (dolny): moduł służący kiedyś do kontroli i przeprowadzenia

procesu analizypirolitycznej, na obecną chwilę jest on już tylko przekaźnikiem
łączącym urządzenie z komputerem,

Moduł TCD (środkowy):moduł służący do pomiaru wartości TOC, mierzy produkty

spalania przy pomocy detektora,

Moduł analityczny (górny): dokonuje on analizy próbki poprzez wprowadzenie jej

do pieca pirolitycznego oraz pieca oksydacyjnego. W skład tego modułu wchodzi:
- zespół pieca pirolitycznego
- zespół pieca oksydacyjnego
- detektor płomieniowo-jonizacyjny (FID)
- katarometr

4.

Przebieg badania.

Po zważeniu tygla, który ważył 1661,3 mg, umieszczono w nimpróbkęskały o masie31
mg.Zamknięty tygiel umieszczono w szynie podajnika próbek.Tygiel za pomocą
automatycznego podajnika został wprowadzony do pieca pirolitycznego. W piecu
pirolitycznym nastąpiło spalanie próbki w obecności gazu inertnego (helu).

3

Analizęrozpoczęto w temperaturze 300

0

C i utrzymywano ją przez około 3 minuty. W tym

czasie uwalniane były wolne węglowodory zawarte w próbce. Po upływie tego czasu piec
podgrzewano do 600

O

C w tempie podstawowego przyrostu temperatury 25

o

C/min.

Strumień gazów uwalnianych w czasie pirolizy kierowanyjest przez dzielnik strumienia do
detektora płomieniowo-jonizacyjnego (FID) w celu wykrycia węglowodorów (S

1

i S

2

) lub

do detektora przewodnictwa cieplnego (TCD) w celu pomiaru CO

2

powstałego podczas

krakingu kerogenu – wartość S

3

.Po zakończani pirolizy próbka została wprowadzona przy

pomocy podajnika automatycznego do pieca oksydacyjnego, gdzie przez około 7 minut
w temperaturze 600

o

C i atmosferze powietrza nastąpiłojej spalenie. CO powstający

w czasie spalania dopalany jest do czystego CO

2

przy pomocy katalizatora w

postaciCuO. Całkowity dwutlenek węgla skierowany był do detektora TCD w celu
oznaczenia jego ilości - wartość S

4

.

5.

Podstawowe parametry i wskaźniki otrzymane podczas analizy pirolizy

Rock Eval:

a)

Podstawowe parametry (rys.1):

S

1

- ilość wolnych węglowodorów (ropa, gaz) w próbce i uwolnionych w trakcie pirolizy

w temperaturze 300

O

C wyrażona w [mg/g skały]

S

2

- ilość węglowodorów generowanych podczas krakingu stałych części organicznych

(kerogenu) w temperaturze 300 -600

O

C - [ mg/g skały];

S

3

- ilość CO

2

powstałego podczas pirolizy kerogenu [mg CO

2

/g skały];

S

4

- ilość CO

2

powstałego w czasie spalania węgla rezydualnego w temperaturze 600

O

C [mg CO

2

/g skały];

T

max

– temperatura podczas której wydziela się najwięcej węglowodorów podczas

krakingu kerogenu (maksymalna wartość piku S

2

) [

O

C] – wskaźnik dojrzałości

substancji organicznej

b)

Parametry pomierzone w aparacie pizolitycznym są podstawą do

obliczenia wskaźników wykorzystywanych do ilościowej i jakościowej oceny
substancji organicznej zawartej w badanej próbce takich jak:

całkowita zawartość węgla organicznego TOC wyrażona w [% wag.] liczona, jako

suma

wolnych węglowodorów (S

1

), węglowodorów powstałych podczas krakingu

kerogenu(S

2

) oraz CO

2

powstałego podczas spalania węgla organicznego (S

4

);

wskaźnik S

2

/S

3

[mg/g skały];

wskaźnik produkcyjności (Production Index) liczony jako:

[PI = S

1

/(S

1

+S

2

)];

4

An aliza węglowodor ów

czyszc zenie uwaln.

kraking

An aliza CO

2

Analiza CO

2

p odgrzewanie

wstępne

S

1

S

2

S

3

S

4

600

300

600

300

0

5

10

15

20

w

yc

h

w

yty

w

an

ie

C

O

2

Po

dg

rz

ew

an

ie

pu

ła

pk

i C

O

2

Po

dg

rz

ew

an

ie

pu

ła

pk

i C

O

2

P

IR

O

L

IZ

A

U

TL

E

N

IA

N

IE

Wychwytywanie

CO

2

Temperatura pieca
Temper atura próbki

utlenianie

czys zczen ie pu łapki CO

2

CZ AS (min)

T

E

M

P

E

R

AT

U

R

A

(

C

)

o

desorbcja CO

2

desorbcja CO

2

wskaźnik wodorowy (Hydrogen Index) liczony jako:

[HI=S

2

/TOC(mg HC/g TOC)];

wskaźnik tlenowy (Oxygen Index) liczony jako:

[OI = S

3

/TOC, (mg CO

2

/ g TOC)].

c)

Pomierzone wartości i wskaźniki pozwalają na charakterystykę badanej

substancji organicznej ze względu na:

 ilość substancji organicznej zawartej w próbce

 typ genetyczny substancji organicznej

 stopień przeobrażenia substancji organicznej

Rys.1.Przykładowy wykres ilości uwalnianych węglowodorów w funkcji temperatury od czasu.