Позначка: рівноважна термодинаміка

Головна > Архів > №3 180 (2019) > 25-40

---

Geology & Geochemistry of Combustible Minerals No. 3 (180) 2019, 25-40.

https://doi.org/10.15407/ggcm2019.03.025

Юрій Хоха, Олександр Любчак, Мирослава Яковенко

Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, Львів,
e-mail: igggk@mail.lviv.ua

---

Анотація

Розглянуто погляди на хімічну будову керогену ІІ типу та проведено оцінку змін його структури при проходженні через стадії катагенезу від незрілого до пост-зрілого. Наведено структурні моделі керогену ІІ типу на різних стадіях катагенезу: як одержані емпіричним шляхом після вивчення структури фізико-хімічними методами, так і за результатами моделювання методами молекулярної динаміки. Методами рівноважної термодинаміки розрахований склад системи кероген–гази для ділянок земної кори в діапазоні 1–20 км із тепловим потоком від 40 до 100 мВт/м². Показано, що концепція «метаново-графітної смерті», яка має місце в стані термодинамічної рівноваги при перетворенні органічної речовини, є помилковою. Встановлено характер змін концентрацій вуглеводневих газів у рівновазі з керогеном ІІ типу, що свідчить про наявність «нафтового вікна» у слабкопрогрітих зонах у межах глибин 2–4 км.

Ключові слова

кероген ІІ типу, катагенез, «нафтове вікно», рівноважна термодинаміка, формалізм Джейнса.

Використані літературні джерела

Любчак, О. В., Хоха, Ю. В., Яковенко, М. Б. (2018). Співвідношення структурних елементів вуглеводневої складової аргілітів східних карпат за формалізмом Джейнса. Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна, сер. «Геологія. Географія. Екологія», 49, 83–94.

Никонов, В. Н. (1961). Тяжелые углеводороды и их соотношение в газах нефтяных и газовых залежей. Геология нефти и газа, 8, 15–21.

Тиссо, Б., Вельте, Д. (1981). Образование и распространение нефти. Москва: Мир.

Хоха, Ю. В. (2014). Термодинаміка глибинних вуглеводнів у прогнозуванні регіональної нафтогазоносності. Київ: Наукова думка.

Хоха, Ю. В., Любчак, О. В., Яковенко, М. Б. (2018). Вплив температурного режиму на газогенераційний потенціал гумінових кислот органічної речовини. Геологія і геохімія горючих копалин, 3–4 (176–177), 49–63.

Хоха, Ю. В., Любчак, О. В., Яковенко, М. Б. (2019). Енергія Гіббса утворення компонентів природного газу в осадових товщах. Геологія і геохімія горючих копалин, 2 (179), 37–47.

Behar, F., & Vandenbroucke, M. (1987). Chemical modelling of kerogens. Organic Geochemistry, 11, 15–24.

Behar, F., Kressmann, S., Rudkiewicz, J. L., & Vandenbroucke, M. (1992). Experimental simulation in a confined system and kinetic modelling of kerogen and oil cracking. Organic Geochemistry, 19 (1–3), 173–189.

Behar, F., Roy, S., & Jarvie, D. (2010). Artificial maturation of a Type I kerogen in closed system: Mass balance and kinetic modelling. Organic Geochemistry, 41, 1235–1247.

Bell, I. H., Wronski, J., Quoilin, S., & Lemort, V. (2014). Pure and Pseudo-pure Fluid Thermophysical Property Evaluation and the Open-Source Thermophysical Property Library CoolProp. Industrial & Engineering Chemistry Research, 53 (6), 2498–2508.

Durand, B. (1980). Sedimentary organic matter and kerogen. Definition and quantitative importance of kerogen. In B. Durand (Ed.), Kerogen, Insoluble Organic Matter from Sedimentary Rocks (pp. 13–34). Paris: Editions Technip.

Forsman, J. P., & Hunt, J. M. (1958). Insoluble organic matter (kerogen) in sedimentary rocks. Geochimica et Cosmochimica Acta, 15, 170–182.

Helgeson, H., Richard, L., McKenzie, W., Norton, D., & Schmitt, A. (2009). A chemical and thermodynamic model of oil generation in hydrocarbon source rocks. Geochimica et Cosmochimica Acta, 73 (3), 594–695.

Kelemen, S. R., Afeworki, M., Gorbaty, M. L., Sansone, M., Kwiatek, P. J., Walters, C. C., … Behar, F. (2007). Direct Characterization of Kerogen by X-ray and SolidState ¹³C Nuclear Magnetic Resonance Methods. Energy Fuels, 21 (3), 1548−1561.

Lindsey, A. S., & Jeskey, H. (1957). The Kolbe-Schmitt Reaction. Chemical Reviews, 57 (4), 583–620.

Planche, H. (1996). Finite time thermodynamics and the quasi-stability of closed-systems of natural hydrocarbon mixtures. Geochimica et Cosmochimica Acta, 22 (60), 4447–4465.

Stuermer, D. H., Peters, K. E., & Kaplan, I. R. (1978). Source indicators of humic substances and proto-kerogen. Stable isotope ratios, elemental compositions and electron spin resonance spectra. Geochimica et Cosmochimica Acta, 42 (7), 989–997.

Tomic, J., Behar, F., Vandenbroucke, M., & Tang, Y. (1995). Artificial maturation of Monterey kerogen (Type II-S) in a closed system and comparison with Type II kerogen: implications on the fate of sulfur. Organic Geochemistry, 23 (7), 647–660.

Ungerer, P., Collell, J., & Yiannourakou, M. (2015). Molecular Modeling of the Volumetric and Thermodynamic Properties of Kerogen: Influence of Organic Type and Maturity. Energy Fuels, 29 (1), 91–105.

Van Krevelen, D. W., & Chermin, H. A. G. (1951). Estimation of the free enthalpy (Gibbs free energy) of formation of organic compounds from group contributions. Chemical Engineering Science, 1 (2), 66–80.

Vandenbroucke, M., & Largeau, C. (2007). Kerogen origin, evolution and structure. Organic Geochemistry, 38, 719–833

Zhao, T., Li, X., Zhao, H., Li, M. (2017). Molecular simulation of adsorption and thermodynamic properties on type II kerogen: Influence of maturity and moisture content. Fuel, 190 (15), 198–207.

Головна > Архів > №1 178 (2019) > 47-62

---

Geology & Geochemistry of Combustible Minerals No. 1 (178) 2019, 47-62.

https://doi.org/

Юрій ХОХА, Олександр ЛЮБЧАК, Мирослава ЯКОВЕНКО

Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, Львів,
e-mail: igggk@mail.lviv.ua

---

Анотація

Проаналізовані літературні джерела та встановлені основні критерії визначення газогенераційного потенціалу порід. Зроблено спробу розширити спектр цих критеріїв, використовуючи відомості щодо елементного складу органічної речовини, розсіяної в породах. Розрахунки проведені на базі рівноважної термодинаміки в поєднанні з формалізмом Джейнса. Результати розрахунків порівнювали з результатами, одержаними методом Рок-Евал. Виявлено, що обчислення термодинамічним методом дає занижені результати щодо кількості газу, генерованого органічною речовиною. Натомість він дозволяє встановлювати зміни хімічної структури органічної речовини порід. Окреслено шляхи вдосконалення методу.

Ключові слова

слова: газогенераційний потенціал, формалізм Джейнса, рівноважна термодинаміка, розсіяна органічна речовина

Використані літературні джерела

Габинет М. П., Кульчицкий Я. О., Матковский О. И. Геология и полезные ископаемые Украинских Карпат. – Львов : Вища шк., 1976. – Ч. 1. – 200 с.

Дякончук С. А., Кузьменко Т. М. Геологічна характеристика покладів нетрадиційних типів вуглеводнів на основі 3D-моделювання // Геодинаміка. – 2015. – Вип. 2 (19). – С. 26–33.

Крупський Ю. З. Геодинамічні умови формування і нафтогазоносність Карпатського та Волино-Подільського регіонів України. – К. : УкрДГРІ, 2001. – 144 с.

Крупський Ю. З., Куровець І. М., Сеньковський Ю. М. Нетрадиційні джерела вуглеводнів України. Кн. 2 : Західний нафтогазоносний регіон. – К. : Ніка-Центр, 2014. – 400 с.

Лебега О. В. Фактори та геолого-економічні показники, що визначають цінність газосланцевих родовищ // Економічний аналіз. – 2017. – Т. 2. – № 27. – С. 162–171.

Любчак О. В., Хоха Ю. В., Яковенко М. Б. Співвідношення структурних елементів вуглеводневої складової аргілітів Східних Карпат за формалізмом Джейнса // Вісн. Харків. нац. ун-ту ім. В. Н. Каразіна. Сер. Геологія. Географія. Екологія. – 2018. – № 49. – С. 83–94.

Хоха Ю. В. Термодинаміка глибинних вуглеводнів у прогнозуванні регіональної нафтогазоносності. – К. : Наук. думка, 2014 – 57 с.

Хоха Ю., Любчак О., Яковенко М. Вплив температурного режиму на газогенераційний потенціал гумінових кислот органічної речовини // Геологія і геохімія горючих копалин. – 2018. – № 3–4 (176–177). – С. 49–63.

Behar F., Roy S., Jarvie D. Artificial maturation of a Type I kerogen in closed system: Mass balance and kinetic modelling // Organic Geochemistry. – 2010. – Vol. 41. – P. 1235–1247.

 Petroleum generation in the Ukrainian external Carpathians and the adjacent foreland / Y. Koltun, J. Espitalié, M. Kotarba et al. // Journ. of Petroleum Geology. – 1998. – Vol. 21 (3). – P. 265–288.

van Krevelen D. W., Chermin H. A. G. Estimation of the free enthalpy (Gibbs free energy) of formation of organic compounds from group contributions // Chemical Engineering Science. – 1951. – Vol. 1 (2). – P. 66–80.

Humic acids from coals of the North-Bohemian coal field: I. Preparation and characterisation / J. Novak, J. Kozler, P. Janos et al. // Reactive & Functional Polymers. – 2001. – Vol. 47 (2). – P. 101–109.

Tissot B. P., Welte D. H. Petroleum Formation and Occurrence. – Berlin ; Heilderberg ; New York ; Tokyo : Springer-Verlag, 1984. – 720 p.

Головна > Архів > № 3-4 (176-177) 2018 > 49-62

---

Geology & Geochemistry of Combustible Minerals No. 3-4 (176-177) 2018, 49-62.

Юрій ХОХА, Олександр ЛЮБЧАК, Мирослава ЯКОВЕНКО

Інститут геології і геохімії горючих копалин НАН України, Львів, e-mail: igggk@mail.lviv.ua

---

Анотація

Розглянутo експерименти зі штучного «дозрівання» гумінових кислот, керогену, модельних сумішей органічних сполук та окремих вуглеводнів тривалістю до 4000 год, проведені в широкому діапазоні тисків та температур. Проаналізовано тенденції в зміні складу газів, утворених під час дослідів упродовж певного часу. Встановлено, що в розглянутих експериментах не досягається стан термодинамічної рівноваги; вони показують лише тенденції в змінах твердої, рідкої та газової фаз. Розроблена методика термодинамічного моделювання штучного дозрівання органічних сполук у процесі катагенезу, яка базується на формалізмі Джйнеса. Проведено розрахунок рівноважної концентрації газів у контакті з гуміновою речовиною, залежно від температури. Результати розрахунку добре узгоджуються із тенденціями, показаними експериментальними дослідженнями.

Ключові слова

газогенерація, гумінові кислоти, катагенез, формалізм Джйнеса, рівноважна термодинаміка.

Використані літературні джерела

Лазаров Л., Ангелова Г. Структура и реакции углей. – София : Изд-во Болгар. АН, 1990. – 231 с.

Любчак О. В., Хоха Ю. В., Яковенко М. Б. Співвідношення структурних елементів вуглеводневої складової аргілітів східних Карпат за формалізмом Джейнса // Вісн. Харків. нац. ун-ту ім. В. Н. Каразіна. Сер. Геологія. Географія. Екологія. – 2018. – № 49. – C. 15–23.

Сталл Д., Вестрам Э., Зинке Г. Химическая термодинамика органических соединений. – М. : Мир, 1971. – 807 с.

Трайбус М. Термостатика и термодинамика. – М. : Энергия, 1970. – 504 с.

Хоха Ю., Любчак О., Храмов В. Термодинамічна модель будови органічної речовини вугілля за його елементним складом // Геологія і геохімія горючих копалин. – 2013. – № 1–2 (162–163). – С. 71–78.

A chemical and thermodynamic model of oil generation in hydrocarbon source rocks / H. Helgeson, L. Richard, W. McKenzie et al. // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 2009. – N 73 (3). – P. 594–695.

Behar F., Roy S. , Jarvie D. Artificial maturation of a Type I kerogen in closed system: Mass balance and modelling // Organic Geochemistry. – 2010. – N 41. – P. 1235–1247.

Domini F. High pressure pyrolysis of n-hexane, 2,4-dimethylpentane and l-phenyl-butane. Is pressure an important geochemical parameter? // Organic Geochemistry. – 1991. – N 5 (17). – P. 619–634.

Experimental simulation of gas generation from coals and a marine kerogen / F. Behar, M. Vandenbroucke, S. C. Teermann et al. // Chemical Geology. – 1995. – N 126. – P. 247–260.

Hasterok D., Chapman D. S. Heat production and geotherms for the continental lithosphere // Earth and Planetary Science Letters. – 2011. – N 307. – P. 59–70.

Influence of Pressure and the Presence of Water on the Evolution of the Residual Kerogen during Confined, Hydrous, and High-pressure Hydrous Pyrolysis of Woodford Shale / R. Michels, P. Landais, R. P. Philp, B. E. Torkelson // Energy & Fuels. – 1995. – N 9. – P. 204–215.

Insights into the functional group transformation of a chinese brown coal during slow pyrolysis by combining various experiments / X. Lin, C. Wang, K. Ideta et al. // Fuel. – 2014. – N 118. – P. 257–264.

van Krevelen D., Chermin H. Estimation of the free enthalpy (Gibbs free energy) of formation of organic compounds from group contributions // Chemical Engineering Science. – 1951. – N 1 (2). – P. 66–80.

Landais P., Michels R., Elie M. Are time and temperature the only constraints to the simulation of organic matter maturation? // Organic Geochemistry. – 1994. – N 22. – P. 617–630.

Monthioux M., Landais P., Monin J.-C. Comparison between natural and artificial maturation series of humic coals from the Mahakam delta, Indonesia // Organic Geochemistry. – 1985. – N 4 (8). – P. 275–292.

Pearson D. B., III. Experimental simulation of thermal maturation in sedimentary organic matter (vol. I and II) : Diss. [Електр. ресурс] / Rice University. – Houston, 1981. – Режим доступу : https://scholarship.rice.edu/handle/1911/15638

Planche H. Finite time thermodynamics and the quasi-stability of closed-systems of natural hydrocarbon mixtures // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1996. – N 22 (60). – P. 4447–4465.

Price L. C., Wenger L. M. The influence of pressure on petroleum generation and maturation as suggested by aqueous pyrolysis // Organic Geochemistry. – 1992. – N 19. – P. 141–159.

Rice J., MacCarthy P. Statistical evaluation of the elemental composition of humic substances // Organic Geochemistry. – 1991. – N 5 (17). – P. 635–648.

Stalker L., Farrimond P., Larter S. Water as an oxygen source for the production of oxygenated compounds (including CO₂ precursors) during kerogen maturation // Organic Geochemistry. – 1994. – N 3–5 (22). – P. 477–486.

Structural characteristics of coal functional groups using quantum chemistry for quantification of infrared spectra / H. Xin, D. Wang, X. Qi et al. // Fuel Processing Technology. – 2014. – N 118. – P. 287–295.

Study on occurrence of sulfur in different group components of Xinyu clean coking coal / Z. Qin, H. Zhang, D. Dai et al. // Journ. of Fuel Chemistry and Technology. – 2014. – N 42 (11). – P. 1286–1294.

Sulfur and nitrogen in the high-sulfur coals of the Late Paleozoic from China / W. Li, Y. Tang, Q. Zhao, Q. Wei // Fuel. – 2015. – N 155. – P. 115–121.

The effect of water pressure on hydrocarbon generation reactions: some inferences from laboratory experiments / A. D. Carrl, C. E. Snape, W. Meredithet al. // Petroleum Geoscience. – 2009. – N 15. – P. 17–26.

Tissot B. P., Welte D. H. Petroleum Formation and Occurrence. – Springer-Verlag, 1984. – 720 p.

Tsutsuki K., Kuwatsuka S. Chemical studies on soil humic acids // Soil Science and Plant Nutrition. – 1978. – N 24 (4). – P. 547–560.

Wuu-Liang H. Experimental study of vitrinite maturation: effects of temperature, time, pressure, water, and hydrogen index // Organic Geochemistry. – 1996. – N 2 (24). – P. 233–241.

Yonebayashi K., Hattori T. Chemical and biological studies on environmental humic acids // Soil Science and Plant Nutrition. – 1988. – N 34 (4). – P. 571–584.

Zixiang W. Hydrocarbon gas generation from pyrolysis of extracts and residues of low maturity solid bitumens from the Sichuan Basin, China / W. Zixiang, W. Yongli, W. Baoxiang et al. // Organic Geochemistry. – 2017. – N 103. – P. 51–62.

---