تعیین پارامترهای سینتیکی معادله آرنیوس برای واکنش های تولید نفت و گاز با روش پیرولیز آبی در نمونه های شیل نفتی حاوی کروژن نوع II در سازند سرگلوی لرستان

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، پردیس علوم و فناوری های نوین، دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه سمنان، سمنان

2 استاد، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه سمنان، سمنان

3 استادیار، پردیس علوم و فناوری های نوین، دانشکده مهندسی نفت، دانشگاه سمنان، سمنان

چکیده

در پژوهش حاضر به انجام آزمایش پیرولیز‌ آبی و همچنین بررسی و تحلیل ابعاد سینتیک زایش نفت و گاز روی نمونه‌های شیل نفتی حاوی کروژن نوع  II از سازند سرگلو در منطقه قالی کوه لرستان در ایران پرداخته می‌شود. قبل از انجام آزمایش، دستگاهی متناسب با شرایط دمایی و فشاری آزمایش طراحی و ساخته شد. نتایج پیرولیز راک– اول (Rock-Eval) قبل از انجام آزمایش پیرولیز آبی روی نمونه نابالغ که هنوز به مرحله زایش هیدروکربن (مرحله کاتاژنز) نرسیده است، نشان داد نمونه‌ مورد پژوهش در حالت نابالغ است و همچنین غنای مناسب ماده آلی برای انجام آزمایش یاد شده دارد. آزمایش پیرولیز ‌آبی برای 50 گرم نمونه سنگ در 6 نقطه دمایی به مدت 72 ساعت انجام شد. پس از انجام آزمایش، بیشترین میزان زایش نفت در دمای 330 درجه سانتی‌گراد مقدار 739 میلی‌گرم و برای گاز در دمای 350 درجه سانتی‌گراد، مقدار 348 میلی‌گرم به ازای 50 گرم نمونه زایش شد. مقادیر پارامترهای سینتیکی نیز از رسم نمودار آهنگ ثابت واکنش زایش نفت و گاز در برابر معکوس دما حاصل شدند که مقدار انرژی فعال‌سازی برای واکنش زایش نفت و گاز به ترتیب برابر با 75/40 (kcal/mol) و 77/40 (kcal/mol) و مقدار فاکتور فراوانی برای واکنش زایش نفت و گاز به ترتیب 1014×03/1 بر واحد زمان و 1014×54/9 بر واحد زمان است. روند افزایش مقادیر نسبت تبدیل با افزایش دما برای دو حالت زایش نفت و گاز در پژوهش حاضر به صورت منحنی است که با نتایج معادله آرنیوس در خصوص نمودار نسبت تبدیل مطابقت دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Determination of Kinetic Parameters of Arrhenius Equation for Oil and Gas Generation Reactions by Hydrous Pyrolysis Method in Oil Shale Samples Containing Type II Kerogen in Lorestan Sargelu Formation

نویسندگان [English]

  • Sh. Kashi 1
  • F. Hormozi 2
  • M.H. Saberi 3
1 M.Sc Student, Faculty of New Science and Technology, Dept. of Petroleum Engineering,Semnan University, Semnan,Iran
2 Professor, Dept. of Petroleum and Gas Engineering, Semnan University, Semnan, Iran
3 Assistant Professor, Faculty of New Science and Technology, Dept. of Petroleum Engineering,Semnan University, Semnan,Iran
چکیده [English]

In this research, type-II kerogen-bearing oil shale samples from the Sargelu Formation in the GhaliKuhArea (Lorestan, Iran) weresubjected to hydrous pyrolysis to determine the kinetic parameters of the Arrhenius equation by studying the kineticsof the hydrocarbon generation reaction in the region. In order to perform the hydrous pyrolysis tests on the samples, atemperature- and pressure-adjustable apparatus was designed and manufactured. Given the requirement of particular geochemical properties prior to the hydrous pyrolysis, the undisturbed samples were initially subjected to Rock-Eval analysis to identify immature samples with appropriate organic matter (OM) content for the hydrous pyrolysis experiments.The hydrous pyrolysis experiments were performed on 50-g rock samples at six temperatures (250, 270, 290, 310, 330 and 350°C) for 72 h. Upon the analysis, the generated amounts of oil and gas at each temperature were obtained in milligrams, with the highest amount of oil production being 739 mg at 330°C. The conversion yields were calculated based on the oil and gas generation stats and the reaction rate constant for both oil and gas generation reactions. For this purpose, the reaction rate constant was plotted against the inverse of temperature to evaluate the values of the kinetic indices of the Arrhenius equation for the oil and gas generation reactions; these were 40.75 kcal/mol and 1.03×1014 time units, for the oil generation reaction, and 40.77 kcal/mol and9.54×1013time units, for the gas generation reaction. The graph of the gas-oil ratio versus the total conversion yield indicated a decrease in the ratio as the reaction proceeded with increasing the temperature.In general, the kinetic indices can be used to study the kinetic model of the Sargelu Formation in terms of maturity, history of hydrocarbon generation, etc. In this respect, the topic is highlypractical and important in the field of hydrocarbon generation kinetics.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sargelu Formation
  • Arrhenius Equation
  • Oil Shale
  • Hydrous Pyrolysis
  • Kinetic Parameters

مراجع

[1] پارسا‌‌فر، غ. ع.، جلالی‌هروی، م.، سعیدی، م. ر.، غیاثی، م.؛ 1380؛ "شیمی عمومی برای رشته ای مهندسی". دانشگاه صنعتی اصفهان، مرکز نشر، 427 صفحه.
[2] رضایی، م. ح.؛ 1393؛ "زمین شناسی نفت". سازمان آموزشی و انتشاراتی علوی، تهران،552 صفحه.
[3] Lewan, M. D., and Kosakowski, P. (2006). “Oil-generation kinetics for organic facies with Type-II and -IIS kerogen in the Menilite Shales of the Polish Carpathians”. Geochimica, 70: 3351-3368.
[4] Lewan, M. D., and Ruble, T. E. (2002). “Comparison of petroleum generation kinetics by isothermal hydrous and nonisothermal open-system pyrolysis”. Organic Geochemistry, 33(12): 1457-1475.
[5] Barth, T., and Nielsen, S. B. (1993). “Estimating kinetic parameters for generation of petroleum and single compounds from hydrous pyrolysis of source rocks”. Energy and Fuels, 7(1): 100-110.
[6] Williams, P. T., and Ahmad, N. (2000). “Investigation of oil-shale pyrolysis processing conditions using thermogravimetric analysis”. Applied Energy, 66(2): 113-133.
[7] Williams, P. F. V. (1985). “Thermogravimetry and decomposition kinetics of British Kimmeridge Clay oil shale”. Fuel, 64(4): 540-545.
[8] Fengtian, B., Youhong, S., Yumin, L., Mingyi, G., and Jinmin, Z. (2019). “Characteristics and Kinetics of Huadian Oil Shale Pyrolysis via Non-isothermal Thermogravimetric and Gray Relational Analysis”. Combustion Science and Technology, 4: 1-15.
[9] Barth, T., Borgund, A. E., and Lise Hopland, A. (1989). “Generation of organic compounds by hydrous pyrolysis of Kimmeridge oil shale-Bulk results and activation energy calculations”. Organic Geochemistry, 14(1): 69-76.
[10] Yue Ma, S. L. (2018). “The mechanism and kinetics of oil shale pyrolysis at the presence of water”. Carbon Resources Conversion, 2 (1): 160-164.
[11] Tissot, B. P., Pelet, R., and Ungerer, P. (1987). “Thermal History of Sedimentary Basins, Maturation Indices, and Kinetics of Oil and Gas Generation”. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 71(12): 1445-1466.
[12] Wiecław, D., Lewan, M. D., and Kotarba, M. J. (2010). “Estimation of hydrous-pyrolysis kinetic parameters for oil generation from Baltic Cambrian and tremadocian source rocks with Type-II Kerogen”. Geological Quarterly., 54(2): 217-226.
[13] Tim E. R., Lewan, R., and Philp, P. (2001). “New insights on the green River petroleum system in the Uinta basin from hydrous pyrolysis experiments”. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 85(8): 1333-1371.
[14] Castelli, A., Chiaramonte, M. A., Beltrame, P. L., Carniti, P., Del Bianco, A., and Stroppa, F. (1990). “Thermal degradation of kerogen by hydrous pyrolysis. A kinetic study”. Organic Geochemistry, 16(1-3): 75-82.
[15] Jin, H., Lewan, M., and Sonnenberg, S. (2016). “Bakken Oil-Generation Kinetics by Hydrous Pyrolysis and its Testing in 1-D Model”. Conference: AAPG Annual Convention and Exhibition, 4(1): 1993-1995.
[16] Spigolon, A. L. D., Lewan, M. D., de Barros Penteado, H. L., Coutinho, L. F. C., and Mendonça Filho, J. G. (2015). “Evaluation of the petroleum composition and quality with increasing thermal maturity as simulated by hydrous pyrolysis: A case study using a Brazilian source rock with Type I kerogen”. Organic Geochemistry, 83-84: 27-53.
[17] فریدونی، م.، لطفی، م.، رشید نژاد عمران، ن.، رشیدی، م.؛ 1394؛ "ارزیابی ژئوشیمیایی عناصر کمیاب شیل‌های نفتی قالی کوه(جنوب باختر الیگودرز) با استفاده از روش‌های تجزیه عنصری و پیرولیز راک- اول". مجله علوم زمین، سال بیست و پنجم، شماره 98، ص 171-180.
[18] علیزاده، ب.، حسینی، س. ح.؛ 1389؛ "ارزیابی توان هیدروکربورزایی و شرایط رسوبگذاری سازند سرگلو در میدان نفتی مسجد سلیمان". مجله علوم زمین، سال نوزدهم، شماره75، ص 178- 173.
[19] آقا نباتی، ع.؛ 1385؛ "زمین شناسی ایران". سازمان زمین شناسی و اکتشافات معدنی کشور، 371 صفحه.
[20] زینل زاده، ا.، کمالی، م. ر.؛ 1384؛ "مقدمه ای ﺑﺮ ﺳﻴﺴﺘﻢ ﻫﺎی ﻧﻔﺘﻲ ﻧﺎﺣﻴﻪ ﻟﺮﺳﺘﺎن (مقاله مروری)". مجله پژوهش نفت، دوره 15، شماره 51، ص 78-72.
[21] Khani, B., Kamali, M., Mirshahani, M., Memariani, M., and Bargrizan, M. (2018). “Maturity modeling and burial history reconstruction for Garau and Sargelu formations in Lurestan basin, south Iran”. Arabian Journal of Geosciences, 11(2): 1-13.
[22] Concepts, I. B. (2013). “Phase equilibria of pure materials”. American Chemical Society, 2(1): 1-47.
[23] Senftle, J. T., Landis, C. R., and McLaughlin, R. L. (1993). “Organic geochemistry principles and applications”. Organic Geochemistry, 12(4): 35-51.
[24] Lewan, M. D. (1985). “Evaluation of petroleum generation by hydrous pyrolysis”. American Association of Petroleum Geologists Bulletin, 134: 123-134.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 16 آذر 1398
  • تاریخ بازنگری: 02 تیر 1399
  • تاریخ پذیرش: 09 تیر 1399

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار