Bài giảng Địa chất dầu khí

Nội dung text: Bài giảng Địa chất dầu khí

1. Chươ ng I : BITUM TRONG T NHIÊN I . Kaustobiolit – Đá sinh v t cháy Kaustobiolit là khống v t thu c dng tr m tích, đưc hình thành trong mơi tr ưng nưc, cĩ ngu n gc sinh v t và cĩ kh năng cháy đ sinh ra nhi t. Thành ph n hố hc ch yu ca Kaustobiolit c ũng là các nguyên t cĩ mt trong d u m và khí đt (vì chúng đưc hình thành t xác c a đ ng - th c v t), bao g m các nguyên t : C , H , S , O , N Các hp ch t d nguyên t là nh ng hp ch t hu cơ trong thành ph n ngồi: Carbon và Hidro cịn cha nh ng nguyên t nh ư: S , O , N Các vt ch t hu cơ (xác c a đ ng - th c v t) đưc lng đng trong mơi tr ưng khơng cĩ ho c rt ít Oxi nh ư trong các h nưc tù (khơng cĩ s đi l ưu c a các dịng nưc). Do hàm lưng ca Oxi r t th p cho nên m c đ phân hu các vt li u hu cơ kém, do đĩ chúng đưc bo tn mc đ nào đĩ tu ỳ thu c vào hàm lưng ca Oxi ( kho ng vài % vt li u hu c ơ đưc b o t n) khi các vt li u hu cơ đưc bo tn chúng s đưc lng đng và đưc chơn vùi cùng vi các vt li u tr m tích. T các h p ch t đơ n gi n s đưc polime hố li thành các hp ch t hu cơ khơng tan trong mơi tr ưng nưc và các dung mơi h u cơ. Sn ph m phân hu ca các h p ch t hu cơ trong mơi tr ưng kh đưc gi là Kerogen (Kerogen khơng cĩ kh n ăng hồ tan trong nưc và các dung mơi hu c ơ). H2O + CO 2 + mùn VCHC ( khơng khí ) Than và khí Xác (CO 2 ; CH 4) ĐV-TV ( khơng cĩ ho c ít Oxi ) Th c vt bc cao phân hu mùn Th c vt Trơn vùi Cacbonate hố (kerogen lo i 3) T, P (Than hố) Th c vt bc th p phân hu ch t hu cơ Polime hố Kerogen và Đng vt (phân tán trong đá tr m tích) (lo i 1 , 2) T 50 0C P cao Đá d u Du m và khí đt nén ép Bi n ch t Đá phi n cháy Đá d u – Pirobitum : là nh ng đá ht mn giàu vt ch t hu cơ khi đư a vào gia nhi t s cho ta s n ph m gi ng nh ư du m. Du khí ch yu bao g m các vt ch t hu cơ (phân hy t th c v t và đng vât b c th p) đưc lng đng trong mơi tr ưng kh phân hu cho ra s n ph m Kerogen, n u đưc trơn vùi nhi t đ : ♦ T 50 0C → T o thành du m (dưi tác d ng c a nhi u y u t ch y u là nhi t đ ). Kerogen lo i III : đưc phân hu t th c vt bc cao đưc gi là: Humic . Kerogen lo i I , II : đưc phân hu t TV - ĐV bc th p và đng vt đưc gi là Sapropel . Quá trình hình thành Kaustobiolit ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 1
2. Vt ch t h u c ơ (Xác đng - th c v t) Mơi tr ưng kh Mơi tr ưng Oxi hố H 2O + CO 2 + mùn Xác th c vt bc Xác th c vt bc cao th p và đng vt Lng đng và chơn vùi cùng tr m tích Ch t h u cơ đơ n gi n Mùn th c vt phân tán trong tr m tích (Kerogen lo i III) Polime hố Chơn vùi và b Carbonate hố Kerogen lo i I và II Than + CO 2 + CH 4 (khơng tan trong n ưc (Khí ch yu là và dung mơi h u cơ) CO 2 và CH 4 o T 50 oC và Pcao Đá du Du m và Khí đt (đá ht mn giàu VCHC) Sn ph m gi ng du m Nén ép bi n ch t Đá phi n cháy II. Bitum Bitum là mt ph n ca Kaustobiolit cĩ kh năng hồ tan trong dung mơi h u cơ và đưc đc tr ưng b i t s ca các nguyên t : H / C ≥ 1,3 và O / C ≤ 0,3 . Trong điu ki n t nhiên Bitum t n ti 3 d ng: Rn – Lng – Khí . ♦ Dng khí : Là các Hidrocacbua cĩ s nguyên t cacbon t C1 → C 4 trong điu ki n TOC và Patm ca va . ♦ Dng lng : D u m là nh ng Bitum nh t . ♦ Dng rn : Là nh ng hp ch t ch a d nguyên t , thành ph n ca nĩ trong du m tăng lên tu ỳ thu c vào mc đ Oxi hố và bi n ch t ca du m. Bao g m 2 dng : 1. Smol : Tn ti dng l ng ho c quánh . 2. Asfalt : Tn ti th rn . Sơ đ, Oxi hố ca du m : Du Oxi hố Smol Oxi hố Asfalt Nh ư vy, khi m c đ Oxi hố càng cao thì Bitum càng tr nên r n hơn, và do đĩ: ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 2
3. Bitum = Hidrocacbua + Smol + Asfalt Ngồi ra, trong t nhiên Bitum cĩ th n m d ng : ♦ Phân tán : Vt li u hu cơ trơn vùi cùng tr m tích → D u m. ♦ Tp trung: D u m b tích t li ri b nén ép kh i đá sinh d u, sau đĩ di chuy n và tích t trong các by ch a du. Các tích t này cĩ th là các tích t khí, tích t du – khí, tích t du. Ngồi ra, cịn mt tr ng thái khác là khí Condensat . Khí Condensat, đưc hình thành điu ki n nhi t đ và áp su t cao ( điu ki n v a) → bay h ơi r i hồ tan vào trong khí nén. Trong quá trình khai thác du m làm cho áp su t ca va gi m, do đĩ thành ph n du m bay h ơi trong khí nén s đưc ng ưng t li và cho ta s n ph m cĩ tên là Condensat . Các hp ph n bay h ơi là các hp ph n nh nh ư C5 , C 6 khi nhi t đ tăng thì C n càng ln 0 (trong điu ki n 150 C các h p ph n bay h ơi cĩ th lên đn C 16 ). Mt khác, Bitum cịn cĩ th hồ tan trong n ưc (vi m t l ưng nh ), ho c Bitum cĩ th tr n ln vi các loi đá – đá ch a Bitum . Do Bitum cĩ th hồ tan trong dung mơi h u cơ, cho nên d a vào tính ch t này ta cĩ th chi t Bitum ra kh i đá. Hàm lưng Bitum trong dung mơi h u cơ đưc th hi n bng h s Bitum ( β ) : ∑ Bitum HC+ Smol + Asfalt β = = TOC TOC Trong đĩ: TOC – Tng hàm lưng Cacbon h u cơ, th hi n hàm lưng vt ch t hu cơ trong đá. Đơi khi, ng ưi ta cịn dùng h s Hidrocacbua ( ) : = HC / TOC Hàm lưng Bitum trong đá rt nh (t n ‰ ÷ n % ). Tuy nhiên, l ưng Bitum cĩ trong tr m tích trên tồn Trái Đt là rt ln: n . 10 15 tn ( n = 2,5 ÷ 7,2 ). III . Phân lo i Bitum ♦ Theo G.Goffo , thì Bitum đưc phân lo i theo tr ng thái t n t i. Bitum : Rn , l ng , khí và hn hp . ♦ Theo K.I.Bagdanovic , thì Bitum đưc chia ra làm 3 lo i. 1 . Piro Bitum . 2 . Bitum s ch (d u m và khí đt) . 3 . Bitum nhân t o ( các sn ph m ch ưng c t t du m ) . ♦ Theo U.Khov , thì Bitum c ũng đưc chia ra làm 3 lo i. 1 . Bitum lo i 1 . 2 . Bitum lo i 2 . → ( Tươ ng ng v i ba lo i Bitum c a Bagdanovic ) 3 . Bitum lo i 3 . ♦ Theo nhi u tác gi chia ra. 1 . Bitum lo i A : là lo i Bitum chi t tách đưc t đá, khi m u đá cịn ch ưa s lí axit 2 . Bitum lo i C : là lo i Bitum chi t tách đưc t đá, sau khi m u đá đưc s lí bng axit ( Khơng cĩ Bitum lo i B trong cách phân lo i này, vì Bitum lo i B đưc chi t tách t than điu ki n áp su t cao, khi m u đưc s lí b ng axit ) ♦ Cách phân lo i theo thành ph n, Bitum đưc chia ra. 1 . Du : là thành ph n Bitum tan trong ete du m và khơng b hp th bi Silicogen 2 . Smol : là thành ph n Bitum tan trong ete du m và b hp th bi Silicogen ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 3
4. 3 . Asfalten : là thành ph n Bitum cĩ kh năng hồ tan Cloroform Trong thành ph n ca du ch yu là Hidrocacbua, trong thành ph n ca Smol cĩ hàm lưng Hidrocacbua th p mà ch yu ch a các hp ch t ch a d nguyên t , cịn trong thành ph n ca Asfalten thành ph n ch yu là các hp ch t d nguyên t gi ng nh ư thành ph n ca Smol. Nhưng Asfalten khác vi Smol ch : Các nguyên t trong thành ph n ca Asfalten cĩ kích th ưc phân t ln, phân t lưng cao và cĩ cu trúc mch ph c tp hơn. Phân t lưng ca Smol: MS = 500 ÷ 1000 đvC và chi m gn 40% l ưng Bitum, trong c u trúc phân t ca Smol cĩ th cĩ t 1 ÷ 10 vịng Naften ho c vịng Aromatic. Phân 3 t lưng ca Asfalten là: MA = n .10 ÷ 20.000 đvC và chi m 2 ÷ 3% l ưng Bitum, trong cu trúc phân t ca Asfalten cĩ th cĩ trên 10 vịng Naften ho c vịng Aromatic. Hàm lưng ca Smol và Asfalten trong d u càng ln thì du càng tr nên n ng hơn. Ngồi ra, theo thành ph n các nguyên t thì trong d u m cịn cĩ Cacben – tính ch t ca nĩ là: khơng hồ tan trong dung mơi h u cơ. Bitum cĩ th đưc chi t bng các dung mơi khác nhau và bng các ph ươ ng pháp khác nhau, l ưng Bitum l y ra tu ỳ thu c vào: ph ươ ng pháp chi t, th i gian chi t và dung mơi dùng đ chi t. Chươ ng II: DU M §1: TÍNH CH T HỐ H C C A D U M Du m là hn hp ca nhi u ch t ph c tp trong đĩ thành ph n ch yu ca nĩ là HC. I . Thành ph n nguyên t Các nguyên t trong d u m chi m ti trên 1/2 các nguyên t trong b ng h th ng tu n hồn Mendeleev, ch yu là các nguyên t : C , H , S , O , N Trong đĩ : C = 80 ÷ 88 % H = 12 ÷ 14 % S + O + N < 8 % ( S = 8 % ; O = 5 % ; N = 3 % ) Ngồi ra, trong thành ph n ca du m cịn cĩ các nguyên t : Si , Fe , Bo , Br , I 2 , Cr , Co , Ni các nguyên t này cĩ hàm lưng khơng v ưt quá 10 -2 % II . Thành ph n đ ng v a . Thành ph n đ ng v c a Cacbon Cacbon cĩ 4 đng v : C 11 → C 14 . Trong đĩ : C 11 : cĩ chu kì bán phân hu là : T = 20,3 tháng (đng v phĩng x). C12 : chi m ti 98,892 % t ng hàm lưng cacbon . C13 : chi m ti 1,108 % tng hàm lưng cacbon . C14 : cĩ chu kì bán phân hu là : T = 6.670 n ăm (đng v phĩng x) . T l C12 /C 13 cĩ trong thành ph n ca du m th hi n mơi tr ưng mà nĩ đưc thành to ra. T l này rt ít khi thay đi, n u cĩ thì thay đi vi mt hàm lưng khơng đáng k . Đ đc tr ưng cho đc tính này, ng ưi ta đưa ra khái ni m - T s đng v Carbon ( σ C13 ): C13/ C 12  13 =md − ( ‰ ) σC 13 12 1  *1000 C/ C mc  ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 4
5. Trong đĩ : C12 /C 13 mu đá C12 /C 13 mu chu n T s đng v Carbon ( σ C13 ): Đ xác đnh hàm lưng ca các nguyên t v i đ chính xác t i 10 -4 đơ n v bng ph ươ ng pháp quang ph kh i. C12 /C 13 mu chu n: l y t mu đá Belimmít ca thành h Pidi ti bang California (M), m u chu n này cĩ hàm lưng Carbon C13 = 1,1112 % . C12 /C 13 mu đá (m u du ): cn ph i xác đnh hàm lưng C12 và C13 , r i sau đĩ thay s và cơng th c ta s đưc t s đng v Carbon đc tr ưng cho m u đá ho c mu du. b. ng d ng c a thành ph n đng v Carbon ♦ Xác đnh ngu n gc ca vt li u hay khống vt (đưc thành t o trên l c đ a hay dưi bi n): Đi vi sinh v t sng trên l c đa thì trong điu ki n khơng khí thì hàm lưng C13 cu nĩ nh hơn hàm l ưng c a C13 ca sinh v t cĩ xu t x t bi n và đi d ươ ng (do chúng s dng khí CO 2 ca nưc, mà khí CO 2 trong n ưc đưc hình thành do: Ca(HCO 3)2 → CaCO 3 + CO 2 + H 2O ). Ngồi ra, Carbon cĩ liên quan đn ngu n gc magma cĩ hàm lưng C13 ln nh t. ♦ Xác đnh mơi tr ưng lng đng và phân hu vt ch t hu cơ: Đ xác đnh đưc mơi trưng lng đng và phân hu các vt ch t hu cơ cn ph i xác đnh đưc ch s CPI. Ch s CPI : là mt trong nh ng đc đim ca cơ th sinh v t, nĩ hình thành nên các h p ch t hu cơ cĩ s lưng nguyên t Cacbon ch n hay l nu: CPI > 4 : thì VCHC đưc lng đng và phân h y trong mơi tr ưng lc đa CPI = 1 ÷ 4 : thì VCHC đưc lng đng và phân h y trong MT vũng vnh, đm ly CPI < 1 : thì VCHC đưc lng đng và phân h y trong mơi tr ưng bi n. ♦ Xác đnh đá m sinh d u: Khi mà Hidrocacbua di chuyn và đưc np vào trong các by ch a thì σ C13 gi m đi ( bi n đ i t 1 ÷ 2 ‰ ) và du tr nên nh hơn (hàm l ưng C 12 ↑, và hàm l ưng C 13 ↓). Do hàm lưng ca C13 ↓ nh ưng ch gi m vi mt lưng nh nên ta cĩ th xác đnh mt cách khái quát tng đá nào là tng sinh d u trong các tng đá xung quanh các by ch a. ♦ Xác đnh hưng di chuy n c a du ♦ Xác đnh lo i khí hay ngu n gc ca khí: 13 1. Khí CH 4 cĩ ngu n gc sinh v t: σ C = -55 ÷ -85 ‰ th m chí cĩ th lên đn - 90‰ . Khí lo i này đưc thành to dưi đáy các đm h, cĩ ngu n gc sinh hố (t v t ch t hu cơ lên men) do vi khu n và men vi sinh to nên. 13 2. Khí CH 4 (C 2 , C 3 , C 4 ): n m trong các tích t du khí thì cĩ: σ C = -29 ÷ - 54 ‰ , chúng cịn đưc gi là khí du – là sn ph m đưc to ra do ph n ng Cracking nhit. Khi mà tr s âm c a σC13 càng nh thì hàm lưng C 12 càng cao và do đĩ du càng tr nên nh . Khi di chuy n đ np vào các by ch a du tr nên nh hơn v thành ph n đng v Carbon: σ C13 = -20 ÷ -30 ‰ và T0C = 60 ÷130 0C III . Thành ph n nhĩm Hidrocacbua c a d u m Thành ph n nhĩm Hidrocacbua c a du m chia thành 3 nhĩm cơ bn: 1 . Nhĩm Alkan ( Parafin , nhĩm Metan , Alifan ) : Cn H2n + 2 ( n = 60 ) C1 ÷ C 4 (C5) – th khí ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 5
6. C6 ÷ C 15 – th lng C16 ↑ – th rn Nhĩm này, bao g m các Hidrocacbua m ch th ng và mch nhánh. Trong đĩ, các Hidrocacbua m ch th ng cĩ tính ch t nhi t (nhi t hố h ơi, nhi t đ sơi) cao h ơn so v i các đng phân m ch nhánh. Nhĩm Alkan chi m v trí th 2 trong thành phn nhĩm ca du m (sau nhĩm Naften) rt ít khi nĩ chi m v trí th nh t. 2 . Nhĩm Naften ( Xicloankan ) : Cn H2n Nhĩm này bao g m các Hidrocacbua no, m ch vịng. V mt lí thuy t thì n ≥ 3 thì đã cĩ th to thành mch vịng, nh ưng th c t trong d u m ch cĩ các vịng: C 5 , C 6 , C 7 là ch yu cịn các vịng C3 , C 8 , C 9 là rt ít. C u trúc phân t ca các Hidrocacbua thu c dãy này cĩ th cĩ mt vịng ho c hai vịng, các vịng này cĩ th gi ng nhau ho c khác nhau. Hidrocacbua thu c dãy Naften chi m hàm lưng cao nh t trong thành ph n ca du m. 3 . Nhĩm Aromatic ( Hidrocacbua th ơm ) : Cn H2n - 6 ( -12 , -14 , -16 ) vi ( n ≥ 6 ) Đây là Hidrocacbua m ch vịng khơng no ( vịng cĩ 6 c nh ). Thơng th ưng Hidrocacbua thu c dãy Aromatic chi m khơng quá 15 % trong thành ph n ca du m. Hidrocacbua thu c dãy Metan cĩ th đưc hình thành ngay trong c ơ th sinh v t sng, cịn Hidrocacbua thu c dãy Aromatic khơng đưc hình thành trong c ơ th sng mà là sn ph m bi n đi ca các Hidrocacbua ( vì chúng là các HC cĩ tính đc nên khơng th đưc hình thành trong các cơ th sinh v t đang s ng ). Các hp ch t hu cơ trong thành ph n ca du m khơng ch là mch th ng, m ch vịng no, hay m ch vịng Aromatic thơng th ưng. Mà chúng cĩ th là các Hidrocacbua m ch nhánh h (mch nhánh này là nh ng m ch vịng, và m ch vịng này cĩ th là vịng Aromatic ho c vịng Naften ). Ta g i tên các Hidrocacbua này là Aromatic n u trong c u trúc phân t ca nĩ cĩ ít nh t mt vịng Aromatic ; và đưc gi là Naften n u trong c u trúc phân t cĩ ít nh t mt vịng Naften (t c là khơng cĩ vịng Aromatic nào) ; các Hidrocacbua cịn li đưc gi là Parafin. IV . Thành ph n phân đon Hidrocacbua c a d u m Phân đon Benzen Keroxin Diezen Du n ng Du bơi tr ơn Cn d u ToC sơi 37 ÷ 190 190 ÷ 260 260 ÷ 330 330 ÷ 390 390 ÷ 530 > 530 S NT C C5 ÷ C 10 C11 ÷ C 13 C13 ÷ C 18 C19 ÷ C 25 C26 ÷ C 40 > C 40 Hàm l ưng 27 % 13 % 12 % 10 % 20 % 18 % Nng Nh V . Các h p ch t ch a d nguyên t 1 . Các h p ch t ch a L ưu hu ỳnh A . L ưu hu ỳnh vơ c ơ ♦ H2S : Đây là hp ch t hĩa hc rt đc, mùi hc, cĩ tính axit và cĩ th hịa tan trong d u vi mt lưng ln. Khi mà hàm lưng ca H2S trong d u m càng cao thì ch t lưng ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 6
7. ca du m càng kém và nĩ cũng làm cho các thi t b khoan và ch a du m s chĩng b han r và b bĩc mịn - do H 2S cĩ tính axít. ♦ S nguyên t : Trong điu ki n va khơng t n ti S d ng nguyên t , nĩ đưc to ra và nm trong thành ph n c a du m khi d u đưc khai thác t va lên do H 2S b oxi hĩa H2S + O 2 → S + H 2O B . L ưu hu ỳnh h u c ơ ♦ Mercaptan : là hp ch t đưc to nên t mt gc HC gn v i mt nhĩm – SH R – SH → mang tính axit ♦ Sunfit : là hp ch t h u cơ cĩ dng : R – S – R’ ♦ Đisunfit : là hp ch t hu cơ cĩ dng : R – S – S – R’ . Đây là hp ch t hu cơ khơng tn ti trong điu ki n ca va mà đưc hình thành trong khi d u đưc khai thác lên thì Sunfit b oxi hĩa thành Đisunfit. ♦ Tiofan : Là hp ch t mch vịng (vịng này cĩ th là vịng 5 cnh ho c vịng 6 cnh) , trong đĩ cĩ mt nhĩm – CH 2 – đưc thay th bng – S – 2 . H p ch t ch a Oxi ♦ Axit bao gm hai lo i axit béo cĩ dng: R – COOH (trong đĩ: – R là g c Hidrocacbon mch th ng ) và axit Naften là axit cĩ gc Hidrocacbon m ch vịng dng Naften. ♦ Phenol : Là nh ng hp ch t hu cơ cĩ mt nhĩm – OH liên k t trc ti p vi nguyên t Carbon c a vịng Aromatic. ♦ Ete bao g m hai lo i: ete đơ n gi n đưc hình thành do hai phân t rưu mt đi m t phân t nưc và lo i ete này cĩ dng : R – O – R’ . Ete ph c t p đưc hình thành do mt phân t axit và mt phân t rưu mt đi m t phân t nưc (cịn đưc g i là este ), CTCT c a lo i ete này là: R – COO – R’ 3 . H p ch t Nito Trong thành ph n ca du m, các hp ch t ca Nito chi m mt s lưng đáng k . Trong các hp ch t này, nguyên t Nito th ưng nm trong các mch vịng (vịng Piron – nguyên t N thay th cho nhĩm – CH 2 – ca vịng no). Quan tr ng nh t đi vi Đa ch t du và Đa hĩa du khí là hp ch t Porfirin. Porfirin bao g m : Cllorofin (Di p l c – màu xanh) cĩ trong c ơ th ca th c vt và Ghemin (Hemoglobin – màu đ) cĩ trong c ơ th ca đng vt. Đây là nh ng sc t màu (xanh, đ) cĩ trong c ơ th ca sinh v t. Phân t Porfirin đưc cu trúc t bn vịng Pirin bn gĩc và bn vịng sáu cnh liên k t vi nhau t i mt đnh bng nguyên t Ni ho c nguyên t Fe . N u đnh ca các vịng trên là nguyên t Ni thì nĩ là Cllorofin, cịn nu là nguyên t Fe thì nĩ là Ghemin .Trong phân t Porfirin cĩ mt mch nhánh (đây là mt đon mch th ng, bao g m bn nhánh nh khác). Khi c ơ th sinh v t ch t đi xác ca chúng đưc bo tn trong mơi tr ưng kh , khi đĩ các hp ch t Porfirin b phân h y to thành mch nhánh Phitol . Mch nhánh Phitol này cĩ cu trúc phân t nh ư th nào là cịn ph thu c vào mơi tr ưng phân h y và lng đng vt ch t hu cơ. M ch Phitol cịn ti p tc b bi n đi: trong mơi tr ưng Oxi hĩa thì to ra s n ph m cĩ tên là Pristan , cịn trong mơi tr ưng kh thì to ra s n ph m cĩ tên là Phytan . Các nhà Đa ch t du và Đa hĩa du khí th ưng xác đnh t s : Pristan / Phytan đ xác đnh mơi tr ưng l ng đng và phân h y các vt ch t hu cơ, n u t s này: Pr / Ph > 4 : mơi tr ưng l ng đng và phân h y các VCHC là mơi tr ưng Oxi hĩa Pr / Ph = 2 ÷ 4 : “ mơi tr ưng trung tính Pr / Ph < 2 : “ mơi tr ưng kh ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 7
8. Khi mơi tr ưng cĩ tính kh càng cao thì vt ch t hu cơ đưc bo tn vi s lưng càng ln do đĩ du khí mi cĩ s lưng ln nh ư ngày nay. Nh ư vy, các hp ch t Porfirin cĩ trong thành ph n ca du m là mt trong nh ng c ơ s đ cĩ th ch ng minh đưc ngu n gc hu cơ ca du m vì: ♦ Các hp ch t Porfirin ch cĩ trong c ơ th sng. ♦ Chúng b phân h y trong điu ki n : 250 0C ÷ 300 0C, do đĩ chúng khơng th xu t phát t sâu trong lịng đt. §2: TÍNH CH T V T LÍ C A D U M 1 . Kích th ưc phân t o o Kích th ưc ca phân t CH 4 và phân t H2O ln lưt là 3,8 A và 3,0A . Cịn kích th ưc ca các HC trong thành ph n c a du m th ưng nh hơn 20A o (2 nm = 2 .10 -9 m), kích th ưc ca Smol và Asfalt t 5 ÷ 10 -9 m. 2 . Kh i l ưng riêng Kh i lưng phân t nh nh t ca du m là kh i lưng ca Pentan ( C 5H12 = 72 đvC ). Kh i lưng trung bình ca du m t 240 ÷ 290 đvC . 3 . Màu s c Màu sc ca du m bi n đi t khơng màu đn s m màu . Khi mà thành ph n ca các cu t nng càng nhi u thì du càng tr nên s m màu hơn . 4 . Kh i l ưng riêng Kh i lưng riêng c a du m bi n đi trong kho ng : ρ = 0,73 ÷ 1,05 (g/cm 3). Th ưng trong d u m thì : ρ = 0,8 ÷ 0,85 ( g/cm 3 ). Khi mà hàm lưng ca các cu t nng càng nhi u thì kh i lưng riêng c a du càng ln. ♦ Khi ρ > 0,9 ( g/cm 3 ) → Du nng ♦ Khi ρ < 0,9 ( g/cm 3 ) → Du nh 5 . Đ nh t c a d u m Là lc ma sát bên trong c a các ph n t vt ch t trong thành ph n ca du m . ♦ Đ nh t tuy t đ i ( ) : Th hi n kh năng ca các ph n t ch t lưu ch ng li s dch chuy n t ươ ng đi ca chúng khi cĩ tác dng ca ngo i lc bên ngồi . L c tác dng bên ngồi đưc tính theo cơng th c: ∆V F . ∆ d F = . · S ⇔ = ∆d S . ∆ V Trong đĩ : F – Lc tác đng t bên ngồi làm cho ch t lng chuy n đng . ∆V – S chênh l ch vn tc chuy n đng gi a các lp ph n t ch t lng vi nhau ∆d – Kho ng cách gia các lp S – Di n tích ti p xúc – Đ nh t tuy t đi ( N.S / m 2 = Pa.S) 1 Pa.S = 10 Pu əz (Poa) = 1000 cPu əz Ví d : du m = 10 ÷ 12 cP (mPa.S) ; nưc = 1 cP ; khơng khí = 0,01 cP → du m cĩ th nm trong gi i hn ln h ơn t 0,5 ÷ 160 (mPa.S – cP). Khi d u càng nh thì đ nh t ca nĩ càng nh , d u càng nng thì đ nh t càng ln. Trong điu ki n va (nhi t đ cao ) thì đ nh t ca du gi m đi r t nhi u, m t khác trong điu ki n đĩ du cĩ th hồ tan m t lưng ln khí cho nên đ nh t ca du càng b gi m đi nhi u hơn ( trong điu ki n ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 8
9. áp su t cao thì đ nh t c a d u l i t ăng lên). M t khác, áp su t cao l i kéo theo s tăng c a hàm lưng khí hồ tan nên đ nh t ca du li b gi m đi. Do đĩ, trong điu ki n va luơn luơn t n ti hai tác nhân cĩ s nh hưng khác nhau là: nhi t đ và áp su t, làm thay đi đ nh t ca du. Trong các by ch a du nu cĩ đng th i c du và khí thì đ nh t ca du s đt giá tr nh nh t ti điu ki n áp su t bão hồ khí, t đim đĩ tr đi đ nh t tăng lên ch m khi áp su t tăng. ♦ Đ nh t t ươ ng đi : Là t s gi a đ nh t tuy t đi so vi đ nh t ca nưc 20 0C . Đ xác đnh đ nh t tươ ng đi, ta l y 200 cm 3 ch t lưu cho vào ph u Engler, sau đĩ xác đnh 3 th i gian T1 mà ch t lưu đĩ ch y ht. C ũng ly 200 cm nưc cho vào ph u Engler và xác đnh th i gian T 2 mà nưc ch y ht. Sau đĩ, xác đnh t s : T1/T2 – đây chính là đ nh t tươ ng đi ca ch t lưu. Hay nĩi cách khác, đ nh t tươ ng đi là t s gi a đ nh t ca ch t lưu so v i đ nh t ca nưc trong cùng mt điu ki n. ♦ Đ nh t đ ng h c ( γ ) : Là t s gi a đ nh t tuy t đi vi kh i lưng riêng. Đơ n v ca đ nh t đng hc là : Stock ( 1 Stock = cm 2 / s ). tuy t đ i γ = ρ 6 . Tính d n đin Du m và các sn ph m ca nĩ là nh ng ch t cách đin đin hình, đ dn đin ca du nh hơn đ dn đin ca nưc và thu tinh t 2 ÷ 3 l n. Do đĩ, chúng là nh ng ch t đin mơi t t và đưc ng dng đ sn xu t các ch t cách đin trong các máy bi n th và các t đin. Tính ch t này ca du m là cơ s ca ph ươ ng pháp Karota đin trong quá trình tìm ki m th ăm dị du khí. Tuy nhiên, khi cĩ s ti p xúc ca du m và các ch t rn s gây ra s tích đin và phĩng đin gây ra hi n tưng cháy n. 7 . Các tính ch t nhi t c a d u m oC 0C 0C ♦ Nhi t đ nĩng ch y : T nĩng ch y ca du = – 20 ÷ +30 ♦ Nhi t dung riêng : Là nhi t lưng cn cung c p cho m t đơ n v th tích hay mt đơ n v kh i lưng ca mt ch t nào đĩ đ nhi t đ ca nĩ tăng thêm 10C nhi t dung riêng ca du: Cdu = 0,4 ÷ 0,5 ( Kcal / kg ) ♦ Nhi t l ưng riêng : Là nhi t lưng thu đưc khi ta đt cháy hồn tồn mt đơ n v th tích hay m t đơ n v kh i lưng vt ch t. Đi vi du m nhi t lưng riêng ( Q ) n m trong gi i hn: Qdu m = 10.300 ÷ 10.900 ( Kcal / kg ) ♦ Nhi t đ b c cháy : Là nhi t đ mà hơi c a Hidrocacbua (du m) khi tr n ln vi khơng khí s bc cháy ngay lp tc khi xu t hi n tia l a đin. ♦ Nhi t đ b t l a : Là nhi t đ mà bn thân d u m s bt la và bc cháy. ♦ Nhi t đ sơi : Là nhi t đ mà ti đĩ ch t lng chuy n sang tr ng thái h ơi ngay trong lịng c a ch t lng (tc là gi a kh i ch t l ng đã cĩ s hố hơi). Nhi t đ bc cháy th ưng nh hơn nhi t đ bt la 50 0C nhi t đ bt la nh hơn nhi t đ sơi t 40÷50 0C 8 . Đ nén c a d u m Đ nén c a d u m là s gi m th tích ∆V ca du m khi t ăng áp su t ca nĩ lên mt đơ n v áp su t (1atm ho c 1Pa ). 1 ∆V B = . ∆P V -10 -1 Trong đĩ : Bdu = ( 4 ÷ 7 ) . 10 ( Pa ) -10 -1 Bnưc = ( 3 ÷ 5 ) . 10 ( Pa ) ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 9
10. 9 . Hi n t ưng mao d n và s dính ưt ♦ Sc c ăng m t ngồi : Là kh năng c a ch t lng ch ng li s gia t ăng di n tích ca b mt ti p xúc đi vi các ch t khác. ♦ Hi n t ưng dính ưt : Th hi n lc tươ ng tác gi a các ph n t vi nhau. Khi mà lc tươ ng tác gi a các ph n t ch t lưu v i nhau l n h ơn l c t ươ ng tác gi a ph n t ch t lưu vi ph n t đá thì ph n t ch t lưu s b kéo vào trong c a kh i ch t lưu, do đĩ khơng cĩ hi n tưng dính ưt. Cịn khi l c tươ ng tác gi a các ph n t ch t lưu v i nhau nh hơn l c tươ ng tác gi a ph n t ch t lưu v i ph n t đá thì ph n t ch t lưu s b líp vào vi ph n t đá, do đĩ xy ra hi n tưng dính ưt. ♦ Hi n t ưng mao d n : Hi n tưng mao d n đưc ng dng trong quá trình khai thác du khí. Trong th c t, thì gi a du và đá cĩ th xy ra hi n tưng dính ưt ho c khơng dính ưt. Do đĩ, t o nên s chênh l ch gi a áp su t va (cao) và áp su t ti đáy ca gi ng khoan (áp su t ti đây đưc h th p xu ng). N u xy ra hi n tưng dính ưt thì áp su t mao dn s kéo các ph n t ch t lưu v phía đáy gi ng. Tr ưng hp, gi a ph n t ch t lưu và ph n t đá khơng cĩ hi n tưng dính ưt thì các ph n t ch t lưu s b đy ra xa đáy gi ng hơn và nĩ địi hi cn ph i cĩ ph ươ ng pháp khai thác thích hp (m t ph ươ ng án cĩ th đưc đ xu t nh ư sau : Trong tr ưng h p mà các ph n t cht l ưu b đ y ra xa kh i đáy gi ng khi mà ta gi m áp su t t i đáy gi ng khoan, thì ta cĩ th tính tốn sao cho đ t m t gi ng khoan khác g n đĩ và t i đáy c a gi ng khoan này ta s t ăng áp su t đ ng th i v i quá trình gi m áp sut t i đáy c a gi ng khoan kia. N u làm nh ư v y ta cĩ th hút đưc d u lên t đáy c a gi ng khoan mà t ăng áp su t ) . Hi n tưng mao d n nĩi lên nh hưng trong s di chuy n c a các ch t lưu t va ti đáy ca các gi ng khoan trong quá trình khoan khai thác du khí : Gi a nưc và đá luơn cĩ s dính ưt tt hơn gi a du và đá, do đĩ to nên hi u qu đy du lên t va ti đáy ca gi ng khoan. Vì tng n ưc luơn luơn n m dưi tng du, do tác dng ca áp su t mao d n thì nưc trong l hng ca đá s b dâng lên mà nưc li tan h n ch trong d u và du luơn nh hơn n ưc và ni lên trên b mt ca nưc. Nh ư vy, s cĩ mt ca nưc trong các va du là mt tác nhân quan tr ng giúp cho quá trình khai thác du khí d dàng hơn. 10 . Hi n t ưng phát quang c a d u m . Du m và các sn ph m ca nĩ cĩ th phát ra ánh sáng màu khi cĩ ánh sáng kích thích t bên ngồi. D u nh cĩ ánh sáng phát quang nh t, cịn du nng hơn thì cĩ ánh sáng phát quang t sm màu đn nâu. (Lân quang : khi dùng ánh sáng kích thích ri ng t ngu n sáng mt cách đ t ng t thì ánh sáng phát ra cịn kéo dài h ơn 10 -7giây. Hu ỳnh quang : thì ánh sáng phát ra khơng kéo dài quá 10 -7giây). 11 . Ho t tính quang h c c a d u m . Là kh năng hay tính ch t ca du m làm quay m t ph ng phân c c ca ánh sáng phân cc đi m t gĩc t vài ph n đ đn vài đ khi nĩ chi u qua d u m, thơng th ưng nĩ làm mt ph ng phân c c quay v bên ph i. Nu du càng nng thì gĩc quay c a mt ph ng phân cc càng ln. Qua nghiên c u, ta cĩ th xác đnh đưc rng: đ quay c a mt ph ng phân c c tu ỳ thu c vào hàm lưng ca: Steran và Triterpan . Đĩ là nh ng hp ch t mà trong c u trúc phân t ca nĩ cĩ các vịng Naften (n ăm c nh ho c sáu cnh), đnh ca các vịng đĩ là các nguyên t Carbon và mt trong s các nguyên t Carbon đĩ là tâm xoay c a các Radican. Trên th c t thì các nguyên t Carbon c a vịng 5 c nh ho c 6 c nh này khơng n m trên cùng mt mt ph ng mà chúng to thành vi nhau m t gĩc : α ≈ 109 0. Do đĩ, các tâm xoay này to nên các th bn vng đi vi phân t . Các hp ch t này cĩ kh i lưng phân t: M = 400 ÷ 450 đvC ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 10
11. 12 . Đc tính tan A . Kh n ăng tan 3 Du m đĩng vai trị là ch t tan, d u m rt ít tan trong n ưc: 150 ÷ 170 g/m H2O. Du m tan t t trong các dung mơi h u cơ, mà bn thân các phân đon nh ca du m cũng là các dung mơi hồ tan d u m. Du m hồ tan t t hơn tr ng thái m t ch t và hồ tan kém tr ng thái hn hp ch t (khi trong dung mơi đã hồ tan m t ch t nào đĩ thì kh năng hồ tan c a du m trong dung mơi đĩ là kém hơn). Kh năng tan c a du m tăng khi nhi t đ, áp su t tăng và khi dung mơi đã hồ tan các ch t khí: C2, C 3, C 4 (C 2+ ). Kh năng hồ tan c a du m gi m đi khi đ khống hố ca nưc tăng ( nưc trong v a th ưng hồ tan mt l ưng khống nh t đ nh ). B . Kh n ăng hồ tan Du m và các sn ph m ca nĩ là dung mơi rt tt đ hồ tan các ch t hu cơ, các ch t vơ cơ và các ch t khí (1 t n d u cĩ th hồ tan t vài đn vài tr ăm m 3 khí ). Kh năng hồ tan c ũng nh ư kh năng tan c a du m tăng lên theo chi u: Metan → Naften → Aromatic Đng th i tăng theo xu th to ra m ch vịng (nu d u m đưc t o nên t các HCHC cĩ nhi u vịng thì kh n ăng tan và kh n ăng hồ tan t t h ơn). 13 . Đc tính hồ tan ng ưc Trong điu ki n v a, du m bay h ơi hồ tan vào trong khí nén – hin tưng này đưc gi là hi n tưng hồ tan ng ưc. Hi n tưng hồ tan ng ưc hình thành nên khí Condensat , khi mà nhi t đ và áp su t gi m xu ng (trong quá trình khai thác hay là vì m t lí do nào đĩ) khí này ng ưng t to thành Condensat . Trong thành ph n ca Condensat ch yu là các cu t t C6 ÷ C 9 (các s n ph m trong phân đon nh ). Khi điu ki n nhi t đ và áp su t tăng ca vi tăng cao h ơn thì các cu t nng hơn c ũng cĩ th bay h ơi đ hồ tan vào trong khí nén (trong điu ki n : T = 153 OC và P = 1050 atm thì trong thành ph n c a Condensat cĩ C 18 ). Ta c n phân bi t khí Condensat nguyên sinh và khí Condensat th sinh, Condensat thơ và Condensat tinh. ♦ Khí Condensat nguyên sinh : đưc hình thành ngay trong quá trình ti n hố nhi t ca các vt ch t hu cơ (quá trình bi n đi vt ch t hu cơ thành Hidrocacbua). Quá trình hình thành khí Condensat nguyên sinh cĩ th đưc bi u di n bng sơ đ: V t ch t hu cơ → Kerogen → D u m và khí đt, d u này ngay l p tc hồ tan vào trong khí to thành khí Condensat. ♦ Khí Condensat th sinh : đưc hình thành do quá trình hồ tan d u m vào trong khí nén khi nhi t đ và áp su t tăng lên ( do m t s ki n đ a ch t nào đĩ x y ra ). Trong đĩ th tích ca khí ln hơn nhi u so v i th tích ca du. ♦ Condensat thơ : là Condensat đưc hình thành trong điu ki n ng ưng t khí Condensat, trong đĩ cĩ hồ tan m t lưng nh t đnh các khí hồ tan. ♦ Condensat tinh : là Condensat thu đưc sau khi ta lo i b khí hồ tan ra kh i ra kh i Condensat. Trong t nhiên khơng t n ti m Condensat mà ch tn ti m khí Condensat, th ưng thì điu ki n tn ti ca m khí Condensat là : T > 100OC P = 200 ÷ 250 atm §3: PHÂN LO I D U M ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 11
12. Tu ỳ theo m c đích nghiên c u, ng ưi ta th ưng ch n mt tiêu chí nào đĩ đ phân lo i du m 1 . Phân lo i theo thành ph n nhĩm Hidrocacbua . ♦ Du m lo i Metan khi hàm lưng ca nĩ : % HC nhĩm Metan > 66% ♦ Du m lo i Naften “ : % HC nhĩm Naften > 66% ♦ Du m lo i Metan – Naften “ : % HC nhĩm (Metan + Naften) > 66% . ♦ Du m dng hn hp 2 . Phân lo i theo hàm l ưng Parafin . ♦ Du m ít Parafin khi hàm lưng : % Parafin 6 % . 3 . Phân lo i theo hàm l ưng L ưu hu ỳnh . ♦ Du m ít Lưu hu ỳnh khi hàm lưng : % S 2 % . 4 . Phân lo i theo hàm l ưng Smol . ♦ Du m ít Smol khi hàm lưng : % Smol 15 % . Chươ ng III : KHÍ T NHIÊN VÀ KHÍ ĐT § 1 : KHÁI NIM CHUNG 1 . Khí t nhiên Là nh ng ch t trong điu ki n t nhiên t n ti tr ng thái khí (y u t nh hưng đn tr ng thái tn ti ca chúng là : nhi t đ và áp su t – đây là hai điu ki n quy t đnh chúng tn ti tr ng thái l ng hay trng thái khí). Khí t nhiên bao g m các dng : ♦ Tr ng thái t do : là nh ng ch t khí tn ti t do trong t nhiên: O 2, N 2, CO 2, H 2, H 2O trong khơng khí. ♦ Tr ng thái khí hồ tan : là nh ng ch t khí hồ tan trong ch t lng nh ư nưc và du m ♦ Tr ng thái khí phân tán : trong giai đon đu ca quá trình bi n đi vt ch t hu cơ, v t ch t hu cơ phân tán trong tr m tích là nh ng ch t khí. ♦ Tr ng thái h p ph : các ph n t khí b hp th trên b mt ca ch t rn, do s tươ ng tác gi a các ph n t. 2 . Khí cháy Là các ch t khí cĩ kh năng cháy và sinh ra nhi t. Các khí HC chi m t 20 ÷ 80% các khí cháy trong t nhiên, trong đĩ khí Metan đĩng vai trị ch đo (chi m ≈ 100% trong t ng s các khí Hidrocacbua) a. Metan – CH 4 : là ch t khí cĩ kh i lưng phân t nh hơn so v i khơng khí, khơng màu, cĩ mùi hc nh (gi ng mùi t i). Metan là khí cháy cĩ kh năng to nhi t cao, trong t nhiên khí Metan cĩ th to thành các tích t khí đc lp – các m khí. b. Etan – C2H6 : cĩ kh i lưng phân t nng hơn khơng khí, khơng màu và khi cháy cĩ kh năng to nhi t gp 2 ln kh năng to nhi t ca Metan. ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 12
13. c. Propan – C3H8 : cĩ kh i lưng phân t nng hơn khơng khí, khơng màu, khơng mùi và kh năng to nhi t gp 2,3 l n Metan. d. Butan – C4H10 : cĩ kh i lưng phân t nng hơn khơng khí, khơng màu, khơng mùi và kh năng to nhi t gp 3,2 l n Metan. O e. Pentan – C5H12 : Trong t nhiên Pentan ch tn ti th khí điu ki n : T > 35 C 2+ Các ch t khí C ( C 2 ÷ C 5 ) – là các khí đng hành, trong điu ki n va chúng hồ tan trong d u. Trong khi khai thác d u ta cĩ th thu đưc các khí này, do trong quá trình khai thác nhi t đ và áp su t gi m xu ng nên các khí này đưc tách ra kh i du. Trong các khí đng hành hay các tích t khí ta th ưng gp các ch t khí nh ư: CO 2 , N 2 , H2S chi m mt hàm lưng nh (kho ng m t vài %) , tuy nhiên ng ưi ta c ũng đã phát hi n ra các tích t khí mà hàm lưng ca CO 2 và N2 chi m ti 70 ÷ 90% . H 2S là mt ch t khí rt đc, hàm lưng ca nĩ trong các m du là rt nh và th ưng gp trong các đá Carbonate. 3 . Ngu n g c ca khí t nhiên và khí đt A. Căn c vào ngu n gc thành t o ng ưi ta chia ra 1 . Khí vơ c ơ : là lo i khí đưc hình thành khơng cĩ liên quan gì đn ngu n g c sinh v t. Theo các gi thuy t hố hc thì lo i khí này đưc hình thành do cĩ ph n ng: 3 Fe mCn + 4m H 2O → m Fe 3O4 + C 3n H8n . Theo gi thuy t trên nhân Trái Đt bao g m Cacbua kim lo i (ch yu là Fe) nĩng ch y khi cĩ tác đng ca nưc s xy ra ph n ng trên. S cĩ mt ca nưc trong ph n ng này là do n ưc đưc th m t trên m t xu ng theo các đt gãy sâu ho c theo khe n t ki n to. Nh ng Hidrocacbua đưc to thành ban đu tr ng thái khí dưi tác dng ca áp su t cao s theo các khe n t đi lên các đi bên trên c a Trái Đt và ti đây chúng ng ưng t li và tp trung trong các l hng ca đá đ th nh to nên các m du. N u nh ư theo các lp lu n hố hc thì gi thuy t này cĩ mt cơ s vng ch c, nh ưng theo các lp lu n ca Đa ch t hc thì gi thuy t này cịn tn ti mt s mâu thu n cơ bn sau: ♦ Vt ch t bên trong Trái Đt t n ti tr ng thái do, do đĩ khơng th cĩ các khe n t. ♦ Gi s nu cĩ mt ca các khe n t, thì nưc trên m t cũng khơng th ng m xu ng dưi đưc vì nhi t đ đây quá cao do đĩ nưc s bc hơi và li bay lên trên. ♦ Gi s rng bên trong Trái Đt cĩ mt ca nưc và các Hidrocacbua đưc hình thành theo c ơ ch nh ư ph n ng trên thì các Hidrocacbua v a đưc to thành s khơng th đi lên các lp bên trên c a v Trái Đt do các lp vt ch t đây t n ti tr ng thái l ng quánh và ti đây chúng s b bi n ch t ngay t c kh c do nhi t đ đây quá cao. 2 . Khí h u c ơ : Ch yu bao gm các Hidrocacbua nh t : C 2 ÷ C 5 B. Da vào ngu n g c xu t s ♦ Khí cĩ ngu n gc Vũ Tr ch yu bao g m : H 2 , He và các khí tr ơ . ♦ Các khí trên Trái Đt cĩ ngu n gc : Sinh h c, hố hc, phĩng x, các khí đưc to ra do quá trình sn xu t cơng nghi p ca con ng ưi, các khí t trong lịng sâu c a Trái Đt đưc hình thành do quá trình ho t đng ca núi la và mt s khí khác sinh ra khi đt đá b bi n dng C. Căn c vào tr ng thái t n t i ♦ Khí t do là các ch t khí tn ti t do nh ư: O2, N 2, CO 2, H 2, H 2O trong khơng khí. ♦ Khí liên k t là các khí hồ tan trong d u (nưc) hay đưc hp ph trên b mt ca đá. 4 . Khái ni m khí g y và khí béo ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 13
14. ♦ Khí khơ (khí g y) : là các khí Hidrocacbua trong thành ph n cĩ trên 97% là CH 4, hay khí khơ là khí mà trong 1m 3 khí ch a nh hơn 100g benzen. Khái ni m đ khơ ca khí 2+ đưc đc tr ưng b i t s gi a hàm lưng CH 4 và hàm lưng C HL CH 4 Đ khơ = HL C 2+ 3 ♦ Khí m (khí béo) : là ch t khí mà hàm lưng ca CH 4 < 97%, hay trong 1m khí ch a nhi u hơn 100g benzen. Giá tr ngh ch đo ca đ khơ là đ m. Ngồi ra, ng ưi ta cịn đư a ra các khái ni m: đ ng m khí (y u t khí ) – là lưng khí đng hành mà ta khai thác đưc khi ta khai thác m t tn du m, ta t m quy đi 1000m 3 khí ≈ 1 tn d u m. Đ kh – là t s gi a hàm lưng CH 4 và tng hàm lưng (CO 2 + H 2S) cĩ mt trong d u m: Σ CH 4 Đ kh = Σ ( CO 2 + H 2S ) §2: TÍNH CH T V T LÍ 1 . Kích th ưc phân t Phân t khí Kích th ưc (Å) Phân t khí Kích th ưc (Å) H2 2,3 CH 4 3,8 He 2,6 C2H5 5,5 H2O 3,2 C3H8 6,5 CO 2 3,3 C4H10 7,5 N2 3,4 C6H6 4,7 2 . Kh i l ưng phân t Đnh lu t Avogadro: “ Trong điu ki n tiêu chu n ( T = 0 OC và P = 1atm ) thì mt mol ca ch t khí bt kì chim mt th tích V = 22,4 lít ” 3 . Đ nh t Bt kì mt ch t khí nào cũng đưc to nên t các phân t , khi các phân t khí này chuy n đng mt cách t ươ ng đi vi nhau gây nên l c ma sát trong gi a các phân t và lc ma sát này đưc đc tr ưng b i đ nht. Qua nghiên c u th c nghi m ng ưi ta th y rng đ nh t ca khí đưc th hi n bng đnh lu t Macxcoven : Đ nh t ( khí ) t l thu n vi khi lưng phân t , kho ng cách ( d – là kho ng cách mà phân t khí cĩ th chuy n đ ng t do mà khơng va ch m v i các phân t khí khác ), và vn tc chuy n đng ca các phân t khí. khí ~ KLPT , v , d Khi nhi t đ tăng thì đ nh t ca khí tăng theo vì các phân t khí chuy n đng nhanh hơn trong điu ki n nhi t cao. Cịn khi áp su t tăng thì đ nh t ca khí cũng tăng do s gia tăng m t đ ca các phân t khí. Tuy nhiên, nh hưng ca áp su t đn đ nh t ca khí ch khi nào áp su t vưt lên trên 40atm. Khi ta cĩ mt hn hp khí thì đ nh t ca hn hp khí này bng tng đ nh t ca các khí thành ph n: = Σ m i . i ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 14
15. 4 . Tính ch t nhi t Nhi t đ nĩng ch y và nhi t đ sơi c a các khí cháy đu là nh ng nhi t đ âm . Nhi t lưng riêng và nhi t dung riêng c a khí cháy cĩ giá tr cao hay th p tùy thu c vào hàm lưng ca các tp khí cĩ trong thành ph n ca khí cháy . Đ dn nhi t và đ dn đin ca khí cháy rt kém, nh ưng n u cĩ tp khí thì nĩ cĩ th dn nhi t và dn đin mt mc đ nào đĩ . 5 . Khí phun – Khí dịng Là hi n tưng mang tính ch t cơ hc, do khí cĩ kích th ưc và đ nh t nh cho nên chúng cĩ th chuy n đng mt cách d dàng vi mt s chênh l ch áp su t rt nh . Khí dịng th ưng là các khí khơ (khơ c v m t ngh ĩa đen l n ngh ĩa bĩng : thành ph n c a các khí này ch y u là Metan – 97%; và các khí này h u h t khơng liên quan t i n ưc) – nĩ xu t hin khi cĩ ngu n sinh khí nào đĩ, t o ra s chênh l ch áp su t rt nh và di chuy n dưi dng khí dịng theo xu h ưng điu hịa mt đ khí t nơi cĩ mt đ cao đn nơi cĩ mt đ th p . Khí dịng cĩ th xu t hi n trên b mt ca Trái Đt – đây là mt trong nh ng cơ s đ cĩ th ti n hành tìm ki m du m và khí đt . 6 . H p th khí Là hi n tưng các phân t khí b thu hút và hp th trên b mt ca các ch t rn ( trên b mt c a đá), h p th khí xy ra theo 2 giai đon: 1. Giai đon thu hút : D ưi tác dng ca lc tươ ng tác phân t (gi a các phân t khí và phân t đá hay phân t ch t r n). Các phân t khí cĩ kh i lưng phân t nh b thu hút vào b mt ca đá và trên b mt đá cĩ mt lp khí dày t 2 ÷ 3 l n kích th ưc ca phân t khí. Nu các phân t rn là các hp ch t hu c ơ thì kh năng h p th khí cao h ơn và cĩ th lên đn 5m (đưc g i là đ h p th khí b ngồi) . Sau khi quá trình thu hút kt thúc xy ra quá trình hp th . 2. Giai đon h p th : là s xâm nh p ca các phân t khí t các lp khí b thu hút trên b mt ca đá, vào các phân t rn trên b mt. Ban đu tc đ hp th cao sau đĩ dn dn gi m đi đn tr ng thái bão hịa bng 0. ◙ Mc đ hp th ca các lo i đá khác nhau là khác nhau, nĩ ph thu c t b mt (hay đ l n riêng b m t – Là t ng th tích b m t c a các h t đá trong m t đơn v th tích) . Khi mà di n tích b mt ln thì đ hp th càng cao, khi áp su t tăng thì đ hp th tăng, cịn khi nhi t đ tăng thì đ hp th khí ca đá gi m đi. Trong các đá thì sét kt cĩ đ hp th cao – Montmorilonit cĩ đ hp th cao nh t, khi trong đá cĩ đ m thì đ hp th khí gi m xu ng. Qua nghiên c u ng ưi ta th y rng: Các đá cĩ khe n t vi kích th ưc rt nh thì kh năng h p th ca đá vi khí tăng cao, đc bi t khi mà kích th ưc ca các khe n t đĩ gp 10 ÷ 100 l n kích th ưc ca phân t khí (3nm ÷ 200nm) vì trong tr ưng hp này các phân t khí đưc lp đy vào các khe n t ca đá ch khơng đơ n gi n là ch s hp th khí. 7 . Khu ch tán khí Là hi n tưng phân t ca ch t này thâm nh p sâu vào gi a các phân t ca các ch t khác. Vì các khí cháy cĩ kích th ưc nh , cho nên chúng cĩ kh năng khu ch tán tt và xy ra 2 d ng khu ch tán: ♦ Khu ch tán do s chênh l ch v mt đ phân t : Khí s di chuy n t nơi cĩ m t đ cao ti nơi cĩ mt đ th p. Kh năng khuch tán t ăng lên khi nhi t đ và áp su t cao, t c đ khu ch tán gi m đi khi nĩ đt ti tr ng thái cân b ng. ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 15
16. ♦ Khu ch tán do nhi t (khu ch tán nhi t): X y ra do s chênh l ch nhi t đ. Các phân t khí cĩ kh i lưng nh cĩ xu h ưng di chuy n v nơi cĩ nhi t đ cao, cịn các ch t khí cĩ kh i lưng phân t ln cĩ xu h ưng di chuy n v nơi cĩ nhi t đ th p. → Hi n tưng khu ch tán cĩ kh năng nh hưng đn s tn ti ca các tích t du khí. Sau khi thành to các lp đá ch n bao b c các khống th du khí. N u như các đá cĩ tính ch n kém thì đ khu ch tán ca các phân t khí ho c du tăng do đĩ tc đ phá hy các khống th nhanh. Khi các lp, các tng đá ch n cĩ kh năng ch n cao thì đĩ là điu ki n lí tưng đ bo tn du – khí. 8 . Đc tính hịa tan a . Hịa tan trong n ưc (ch t l ng) : Kh năng hồ tan c a khí trong n ưc cao h ơn kh năng hịa tan c a du trong n ưc, đ hịa tan c a khí trong n ưc s tăng lên theo chi u: 2+ H2 , N 2 , CH 4 , CO 2 , C , H 2S 2+ ho c H2 , N 2 , CO 2 , CH 4 , C , H 2S Trong điu ki n nhi t đ khơng đi và khơng cĩ s tươ ng tác hĩa hc gi a ch t khí và dung mơi thì đ tan c a khí trong n ưc (hay trong du) s tăng lên khí áp su t tăng, trong điu ki n: P > 5 MPa ( = 50 atm ) thì đ hịa tan c a khí vào trong n ưc s tăng nhanh theo hàm s mũ (hàm logarit) cịn khi : P 5 MPa thì đ hịa tan c a khí vào trong d u s tăng nhanh theo hàm s mũ (hàm logarit ). Khi nhi t đ tăng thì đ hịa tan c a khí vào trong d u gi m đi ( nĩi chung ng ưc l i so vi n ưc) . D u càng đm đc (cĩ kh i l ưng riêng l n và m t đ cao ) thì đ hịa tan c a khí vào trong d u càng nh . Trong các khí kh năng hịa tan c a khí trong d u tăng theo chi u tăng c a kh i lưng phân t : CH 4 → C 2H6 → C 3H8 → C 4H10 c . Hin t ưng hịa tan ng ưc : Trong điu ki n nhi t đ và áp su t cao thì khí là dung mơi hịa tan d u to thành khí Condensat. 9 . T o Hydrate khí – Băng cháy Hydrate khí là tr ng thái tn ti đc bi t ca khí, cịn đưc gi là dung d ch rn c a khí. Hydrate khí đưc thành to trong điu ki n nhi t đ th p : T = -5 ÷ 12 OC và áp su t cao : P = 30 ÷ 90 atm . Hydrate khí đưc to ra do các phân t nưc b kt tinh t o thành các kho ng tr ng bên trong lịng ca tinh th nưc và các kho ng tr ng này đưc lp đy bi các phân t khí. Nhìn b ngồi thì Hydrate khí gi ng nh ư tuy t ưt, cĩ kh i lưng riêng là M ≈ 0,88 ÷ 0,9 g/cm 3 . Mu n phá hy các Hydrate khí đ thu đưc khí cn cung c p cho nĩ ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 16
17. mt nhi t lưng. Tùy thu c vào tng lo i khí mà s lưng các phân t khí b lp đy trong lịng các tinh th s là khác nhau: CH 4 .7H 2O ; C2H6 .12H 2O ; C3H8 .18H 2O Đi vi các lo i khí khác nhau tn ti mt nhi t đ ti hn nh t đnh, khi nhi t đ vưt quá giá tr ti hn thì khí đĩ khơng th to ra Hydrate khí. Trong các khí ca dãy : H2 , N 2 , 2+ O CH 4 , CO 2 , C H2S → thì H2S cĩ nhi t đ ti hn cao nh t T = 29,5 C. Trong Hydrate khí thì lưng khí ch a trong các kho ng tr ng là rt ln : Trong 1m 3 Hydrate khí ch a t 70 ÷ 240 m 3 khí . N u nh ư so sánh mt tích t khí bình th ưng cĩ cùng th tích vi mt tích t Hydrate khí thì lưng khí trong Hydrate khí g p 6 l n (ho c ln h ơn) lưng khí cĩ trong các tích t khí bình th ưng. Tuy nhiên, t l 6/1 ( hay 1/6 ) này s gi m đi rt nhanh theo đ sâu. Trong điu ki n ca Vi t Nam ch ưa phát hi n ra Hydrate khí, chúng ta ch hy v ng các tích t Hydrate khí này tn ti đáy bi n c a các b tr m tích nh ư: Hồng sa, Tr ưng sa, Vũng mây, T ư Chính vì các b này cĩ đ sâu t ươ ng đi ln. Cịn các b khác cĩ đ sâu nh hơn thì ch ưa th tìm đưc các tích t Hydrate khí vì chúng nhi t đ: T = 20 OC → vưt quá nhi t đ ti hn. Th ưng tìm th y các tích t Hydrate khí nh ng vùng băng v ĩnh cu ho c các đáy bi n n ơi cĩ nhi t đ: T = 2 ÷ 4 OC . Các tích t Hydrate khí cĩ th đưc phát hi n da vào : ♦ Tài li u đa tr n (khi g p các tích t Hydrate khí thì tc đ sĩng đa tr n t ăng lên) ♦ Tài li u v tc đ khoan (t c đ khoan gi m đi) ♦ Tài li u Đa vt lí gi ng khoan (do đin tr tăng) Vic khai thác các tích t Hydrate khí g p r t nhi u khĩ kh ăn : Kk1. Các tích t Hydrate khí t n ti trong điu ki n nhi t đ th p, do đĩ khi khoan xu ng các tích t này cn ph i cĩ: Thi t b khoan và cơng ngh khoan đc bi t, ngồi ra lo i xi măng b ơm trám c ũng ph i rt đc bi t. Phía dưi các tích t khí th ưng là các d th ưng áp su t cao, d to nên hi n tưng phun khí gây nên cháy n . D th ưng áp su t: càng xu ng sâu trong lịng đt thì b dy ca đt đá ngày càng cao → P đa t ĩnh l n. Trong các khe hng ca đá ch a ch t lng thì mt ph n ln áp su t đa tĩnh truy n theo thân đá, cịn mt ph n nh truy n theo các ch t lưu ( khí, d u, n ưc) bão hịa theo các khe n t ca đá (hay nĩi cách khác là các ch t l ưu đưc l p đ y trong các khe n t c a đá) . Qua nghiên c u ng ưi ta th y rng: C xu ng sâu trong lịng đt 10m thì áp su t tăng trung bình 1atm (1atm/10m), th ưng áp su t này thay đi t 0,8 ÷ 1,2 atm . S thay đi này cịn tùy thu c vào đ khống hĩa ca nưc – hàm lưng khống hĩa ca nưc càng cao thì kh i lưng riêng c a nưc càng ln → áp su t đa tĩnh càng cao. Khi xu ng sâu 10m mà áp su t đ a t ĩnh nh h ơn 0,8atm – d th ưng P th p và l n h ơn 1,2atm – d th ưng P cao thì áp su t này đưc gi là d th ưng áp su t. Do b ăng hà là kh i đc xít cho nên d ưi gm ca các Hydrate khí th ưng là các d th ưng áp su t cao, khi chúng phun lên v i áp su t mnh th i bay các hịn đá làm chúng va ch m vào nhau ho c làm chúng va ch m vào giàn khoan → gây s c ch p đin → gây nên s bc cháy đt ng t. Kk2. Trong điu ki n nhi t đ th p, ta khơng th dùng dung d ch khoan bình th ưng vì: chúng s đơng c ng cho nên khơng th to nên vịng tu n hồn ca dung d ch trong lịng các gi ng khoan. Kk3. Các tích t Hydrate khí t n ti ch yu trong nh ng vùng băng tuy t. Trong quá trình khai thác khi cĩ s tác đng ca con ng ưi thì khu v c đĩ nhi t đ s tăng lên làm cho b ăng tan ra t o nên các lp bùn tr ơn, s n st → vi c thi cơng s gp rt nhi u khĩ kh ăn. Kk4. Hydrate khí th c ch t là các băng khí, cho nên r t khĩ ly khí ra kh i băng. ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 17
18. 10 . Đc tính đàn h i c a khí Đc tính đàn hi là đc tính ca khí luơn luơn cĩ xu h ưng quay tr li đ tn ti trong tr ng thái khí khi nĩ b hĩa lng hay b hịa tan trong n ưc, đc tính đàn hi ca khí ph thu c vào nhi t đ và áp su t. Đ đàn hi ca khí là giá tr áp su t ln nh t mà khí cĩ th tn ti tr ng thái t do (tr ng thái khí ), n u vưt qua giá tr áp su t đĩ thì khí s hĩa lng hay b hịa tan vào trong ch t lng. Trong điu ki n áp su t cao khí nén b hịa tan vào trong n ưc, khi ta gi m áp su t xu ng đn giá tr P1 nào đĩ mà ti đĩ khí tn ti trong ch t lng cĩ th chuy n v tr ng thái t do thì giá tr áp su t P1 đĩ đưc gi là đ đàn hi ca khí. Trong tr ưng hp khí hịa tan trong ch t lng ta dùng khái ni m: Pbão hịa , cịn tr ưng hp mà khí khơng th hịa tan trong ch t lng ta ch dùng đc tính đàn hi nĩi chung. Nhi t đ t i h n ca mt ch t khí là nhi t đ ln nh t mà ch t khí đĩ cịn cĩ th tn ti trng thái t do ( tr ng thái khí ). Giá tr áp su t tươ ng ng vi nhi t đ ti hn đưc gi là áp su t t i h n. Khi giá tr nhi t đ vưt quá giá tr ca nhi t đ ti hn, cho dù ta cĩ tăng áp su t đn bao nhiêu thì cũng khơng th hĩa lng đưc ch t khí đĩ. Nu cĩ mt hn hp khí thì ta s cĩ khái ni m: nhi t đ t i h n gi đ nh và áp su t t i h n gi đ nh cho h n hp khí đĩ. Nhi t đ hay áp su t ti hn gi đnh ca mt hn hp khí s bng tng các tích s gi a hàm l ưng và nhi t đ ti hn (áp su t ti hn) ca tng cu t trong h n hp: TTHG Đ = Σ y i . TTH (i) PTHG Đ = Σ y i . PTH (i) Trong đĩ : y i – là hàm lưng ca cu t khí i TTH(i) – là nhi t đ ti hn ca cu t khí i PTH(i) – là áp su t t i hn ca cu t khí i Khi áp su t tăng thì tr ưc tiên tan vào nưc và du cu t nào cĩ kh năng tan l n nh t (C4H10 b tan vào đu tiên) và cu i cùng là cu t cĩ kh năng tan kém nh t (CH 4 tan sau cùng) , hay nĩi cách khác cu t cĩ đ đàn hi ln nh t s tan ch m nh t. Khi gi m áp su t thì s xy ra quá trình ng ưc li: C u t cĩ đ đàn hi ln nh t s b tách ra đu tiên. Đ tan ca các khí Hidrocacbua t ăng theo chi u t : CH 4 → C 2H6 → C 3H8 → C 4H10 §3: Hiu ch nh đ sai l ch ca KTN so v i KLT 1 . Ph ươ ng trình tr ng thái Claperon cho khí li t ưng ♦ Khí lí tưng là khí đưc xem nh ư khơng cĩ th tích và kh i lưng ca nĩ đưc tp trung t i mt đim. ♦ Gi a các ph n t khí khơng cĩ s tươ ng tác tác vi nhau ( F tươ ng tác = 0 ) P0 .V 0 P1 .V 1 Phươ ng trình tr ng thái cĩ d ng : = = n.R T0 T 1 2 . Hi u ch nh đ sai l ch c a khí t nhiên so v i khí lí t ưng Ban đu khí cĩ áp su t P0 và th tích V0 , khi nén thì th tích ca khí gi m mt lưng là ∆V. Khi đĩ gi a các ph n t khí xu t hi n lc tươ ng tác kéo chúng li g n nhau h ơn ; do đĩ th tích ca khí lúc này ngồi b gi m mt lưng là ∆V, cịn b gi m thêm m t lưng na là ∆V’ do l c hút ca các phân t khí vi nhau: ∑ V ↓ = ∆V + ∆V’ (*) ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 18
19. Ti p tc gi m áp su t đn giá tr P2 ( P 2 > P 1) lúc này do các phân t khí xít li g n nhau nên gi a chúng xu t hi n lc đy l n nhau nĩ cĩ tác dng ch ng l i s gi m th tích và th tích ca khí gi m lúc này là: ∑ V ↓ = ∆V2 + ∆V2’ ( ) T ph ươ ng trình (*) và ( ) ta th y cĩ mt s sai l ch ca khí t nhiên so v i khí lí tưng, do đĩ ng ưi ta đư a vào ph ươ ng trình tr ng thái ca khí lí tưng h s co dãn ( z ) đ áp dng cho khí t nhiên: P.V = z.n.R.T Trong đĩ : z – h s co dãn ca khí. Là t s gi a th tích ca khí t nhiên vi th tích ca khí lí tưng vi điu ki n: mkhí TN = m khí LT → trong cùng điu ki n nhi t đng: PTN .T TN = P LT .T LT z = V TN / V LT H s nén đc tr ưng cho t ng lo i khí: Các lo i khí khác nhau thì z cĩ giá tr khác nhau. 0C atm Ngồi ra, h s z cịn ph thu c vào ch đ nhi t đng ca mơi tr ưng ( T và P ) Đ xác đnh h s z : Ta l y khí ho c hn hp khí đư a vào phịng thí nghi m đ nghiên cu, đ làm đưc vi c này rt tn kém v th i gian, sc l c và ti n ca. Vì vy, ng ưi ta đã nghiên c u và xây d ng đ th h s nén c a CH 4 bi n thiên theo nhi t đ và áp su t. Đ xác đnh h s z ca mt khí hay m t hn hp khí nào đĩ thì ng ưi ta quy đi giá tr áp su t t i h n và nhi t đ t i h n ca khí hay h n hp khí đĩ theo khí CH 4 → D a vào đĩ đ xác đnh h s z ca khí hay h n hp khí. P P T =dd = =dd = T PThqd n và TThqd n PThgd TThgd ∑ yi. P i ∑ yi. T i i=1 i=1 Chươ ng IV: NGU N GC D U M VÀ KHÍ ĐT §1: Khái quát chung I . Ý ngh ĩa c a vi c nghiên c u ngu n g c c a d u m ♦ Ý ngh ĩa v mt lí thuy t : Nu ta đi nghiên c u ngu n gc ca du m và khí đt mt cách tr n vn thì th y du m cĩ ngu n gc vơ cơ và ngu n gc hu cơ. ♦ Ý ngh ĩa v mt th c ti n : Giúp ta đnh hưng đưc cơng tác tìm ki m th ăm dị du khí, trên c ơ s đĩ lp ra k ho ch tìm ki m th ăm dị du khí. Dùng nh ng ki n th c đã đưc trang b , đ gi i thích các hi n tưng gp trong th c đa – mt cách cĩ cơ s và khoa hc nh t. II . Các h c thuy t v ngu n g c c a d u khí Cĩ rt nhi u hc thuy t v ngu n gc ca du khí, ta cĩ th chia ra làm 2 tr ưng phái: 1 . Tr ưng phái các h c thuy t vơ c ơ ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 19
20. Theo các hc thuy t ca tr ưng phái vơ cơ thì : D u m – khí đt đưc hình thành t các ch t cĩ t sâu trong lịng đt đi lên, tr ưng phái này gm cĩ 3 h c thuy t chính : ♦ Hc thuy t Carbit – CaC 2 : đi đu trong h c thuy t này là Medeleev ♦ Hc thuy t Magma : đi di n là Mac – Devont ♦ Hc thuy t Vũ Tr ca Sokolov 2 . Tr ưng phái các h c thuy t hu c ơ Theo các hc thuy t ca tr ưng phái này thì du m và khí đt là sn ph m ca quá trình phân h y các vt ch t hu cơ đưc lng đng cùng các vt li u tr m tích. Cĩ khá nhi u hc thuy t v ngu n gc hu cơ ca du m và khí đt: ♦ Thuy t ngu n gc du m – khí đt t các tr m tích ch a than ♦ Thuy t ngu n gc du m – khí đt t th c vt lc đa ♦ Thuy t ngu n gc du m – khí đt t xác c a Đng v t – Thc v t bi n ♦ Thuy t ngu n gc du m – khí đt t các vt ch t hu cơ dng hn hp Trong 2 tr ưng phái v ngu n gc ca du m và khí đt thì tr ưng phái ngu n gc h u cơ ca du m đưc ng h, đi b ph n các nhà đa ch t trên Th Gi i, đc bi t là các chuyên gia d u khí đu th a nh n ngu n gc hu cơ ca du m và khí đt. Hin nay, ng ưi ta đã nêu ra m t hc thuy t làm dung hịa gi a ngu n gc vơ cơ và ngu n gc hu cơ ca du m và khí đt. Theo các tác gi ca hc thuy t này thì du m cĩ ngu n gc vơ cơ ch chi m mt phn rt nh , cịn du m cĩ ngu n gc hu cơ thì chi m đa s . §2: CÁC HC THUY T VƠ C Ơ V Ngu n g c c a d u m và khí đt I . C ơ s c a h c thuy t Cơ s cho các hc thuy t v ngu n gc vơ cơ ca du m và khí đt, ch yu là v mt hố hc. Qua các thí nghi m trong phịng ng ưi ta đã ch ng minh đưc rng: Các ch t hu cơ cĩ th đưc thành t o t các hp ch t vơ cơ, b ng các quá trình hĩa hc. Các ví d minh ch ng cho nhn đnh này là: ♦ Th i hơi Hidro qua đin cc h quang, thu đưc ch t lng – khi phân tích ch t lng này ng ưi ta th y đây là Hidrocacbua. ♦ Cloes (Pháp) th i hơi axit H2SO 4 qua b mt ca gang ch a 4% Cacbon nhi t đ cao thu đưc sn ph m là ch t lng – khi phân tích thì ta cũng th y ch t lng này là Hidrocacbua. ♦ Cloes – th i hơi n ưc lên b mt ca Fero – Mangan ( 38,2% Mn & 56,5% Fe ) nĩng ch y thu đưc ch t lng cĩ thành ph n nh ư Hidrocacbua . L p li thí nghi m đĩ đi vi kim lo i khác ta c ũng thu đưc các sn ph m là các Hidrocacbua l ng. ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 20
21. ♦ Sabachie – ti n hành thí nghi m : Các Hidrocacbua ch ưa no + H 2 → Hidrocacbua no, và mt lo t các thí nghi m khác ta làm bi n đi Hidrocacbua này thành HC khác. → Du m và khí đt cĩ ngu n gc vơ cơ cĩ thành ph n ch yu là Olefin khác xa so v i du m và khí đt cĩ ngu n gc hu cơ ch yu là : Alkan → Naften → Aromatic . II . Ni dung c ơ b n c a h c thuy t Theo ngu n gc vơ cơ ca du m và khí đt thì du m và các dn xu t ca nĩ đưc to nên t các ch t khí đưc tách ra t các dung th magma ho c t b mt ca Manti . Trong thành ph n ca các ch t khí này ch yu là: Hidrocacbua – CH 4 , CO 2 , CO , H 2 Các khí này sau khi đưc tách ra thì di chuy n lên các tng phía trên (các lp trong v Trái Đt), dc theo các đt gãy cm sâu vào trong lịng đt . Khi g p các điu ki n thích hp, các khí này tham gia vào các ph n ng hĩa h c to ra Hidrocacbua (r t đa d ng) cĩ trong thành ph n ca du m . Trên đưng di chuy n n u các Hidrocacbua này gp các by ch a s tích t li to nên các khống th du khí . III. H n ch c a các h c thuy t vơ c ơ v ngu n g c du khí Theo lp lu n hĩa hc thì các hc thuy t v ngu n gc vơ cơ ca du m và khí đt hồn tồn cĩ sơ s và nĩ đã đưc ch ng minh b ng các lp lu n ca hĩa hc hi n đi. Nh ưng trong th c t thì hc thuy t này gp mt lo t hn ch khơng th gi i quy t đưc: Hn ch 1. Theo h c thuy t vơ cơ, thì các tích t du m ln ph i nm tp trung bên c nh các đt gãy cm sâu trong lịng đt, nhưng trong th c t li hồn tồn khác: Cĩ trên 99% s các m d u và cĩ đn 90% tr l ưng du là n m trong các b n tr m tích – M du th ưng phát tri n trong các mi n nn hay các mi n bình nguyên. Cĩ nhi u nơi khơng th phát hi n ra các đt gãy cm sâu vào trong lịng đt, th m chí cĩ nh ng nơi khơng cĩ đt gãy nào c. Hn ch 2. Các ph n ng hĩa h c to ra ch t h u cơ t ch t vơ cơ ho c là các ph n ng bi n đi ca các hp ch t hu cơ → th ưng là các ph n ng xy ra khi cĩ điu ki n : nhi t đ, áp su t và ch t xúc tác thích hp. Nh ưng trong t nhiên khơng ph i khu v c nào cũng cĩ đ 3 điu ki n trên, gi s rng: N u mt khu v c nào đĩ mà cĩ đ 3 điu ki n nh ư trên thì nĩ ch mang tính ch t cc b mt vùng nào đĩ, trong khi đĩ ngày nay ng ưi ta tìm th y du m và khí đt nhi u nơi v i tng tr lưng rt ln. Do đĩ, theo các lu n đim ca hc thuy t vơ cơ thì khơng th to ra các tích t du m ln và phân b rng đn vy. Hn ch 3. Theo h c thuy t vơ cơ: các khí thốt ra t magma di chuy n theo các đt gãy cm sâu vào trong lịng đt, nh ưng trong th c t khơng ph i đâu c ũng cĩ nh ng đt gãy cm sâu vào trong lịng đt. Mt khác, sâu trong lịng đt thì đ m ca các đt gãy là rt hn ch , do đĩ s di chuy n c a khí rt khĩ kh ăn →Lưng khí di chuy n lên s khơng th to thành các tích t du m ln nh ư ngày nay. Hn ch 4. Theo h c thuy t vơ cơ thì Hidrocacbua đưc to ra t các ch t vơ cơ cĩ sâu trong lịng đt và đưc di chuy n lên phía trên. V mt nguyên t c thì Hidrocacbua càng đi lên trên ( xa ngu n) thì m c đ bi n ch t c a nĩ càng cao, nh ưng trong th c t thì li xy ra hi n tưng ng ưc li: Càng đi sâu vào trong lịng đt thì mc đ bi n ch t ca Hidrocacbua càng cao → Do đĩ, hc thuy t vơ cơ khơng th gi i thích đưc. Hn ch 5. Theo h c thuy t vơ cơ thì du m đưc hình thành t các ch t vơ cơ thì nĩ ph i cĩ tu i ln hơn tu i ca các đá ch a du m. Nh ưng th c t li ch ng minh r ng: Tu i ca d u m ≈ tu i c a các đá ch a d u m . Hn ch 6. Theo h c thuy t vơ cơ : Khi d u m đi t dưi lên trên thì nĩ ph i lp đy mt cách cĩ trình t các by ch a mà nĩ gp trên đưng đi. Nh ưng trong th c t ng ưi ta g p rt nhi u tr ưng hp mà gi a các tích t du m nm trên và các tích t nm d ưi là các két ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 21
22. ch a nưc mc dù tính ch a – Colector ca các két ch a đây t t hơn tính ch a ca các két ch a du. Hn ch 7. Các hc thuy t vơ cơ ch ưa th gi i thích đưc ho t tính quang h c ca du m và khơng gi i thích đưc s cĩ mt ca hp ch t Porfirin trong thành ph n ca du m vì: a. Porfirin b phân h y trong điu ki n: T = 250 ÷ 300 0C → do đĩ nĩ khơng th đi t dưi lên trên đưc. b. C cho r ng quá trình di chuy n c a Hidrocacbua cu n theo Porfirin cĩ trong đá tr m tích, do đĩ nu Hidrocacbua càng di chuy n lên trên thì hàm lưng ca nĩ ngày càng nhi u. Nh ưng th c t li ch ng minh điu hồn tồn ng ưc li . Hn ch 8. Theo h c thuy t vơ cơ thì khi Hidrocacbua di chuy n vào các by ch a ph i cĩ mt đưng dn (l i vào) đ Hidrocacbua cĩ th di chuy n vào – Tc là các đt gãy ni các by ch a vi bên ngồi. Nh ưng trong th c t li gp các tích t du khí trong các th u kính cát b kp gi a bi các tp sét dày hồn tồn đc lp, các tích t này khơng h ni vi các đt gãy → Do đĩ, hc thuy t vơ cơ khơng th gi i thích đưc. §3: HC THUY T CARBITE I . C s ca h c thuy t Hc thuy t Carbite là mt trong nh ng hc thuy t v ngu n g c vơ cơ ca du m , ng ưi đi đu trong h c thuy t này là Medeleev. C s c a h c thuy t này là ph n ng Engler – Đây là ph n ng gi a Carbite kim lo i và nưc. ♦ 3Fe mCn + 4m H2O → C3n H8m + mFe 3O4 ♦ CaC 2 + 2H2O → Ca(OH) 2 + C2H2 ♦ Al 4C3 + 6H2O → 2Al 2O3 + 3CH 4 ♦ 2FeC + 3H2O → Fe 2O3 + C 2H6 Ti p theo là các ph n ng hĩa h c bi n đ i các h p ch t h u cơ t dng này sang d ng khác. T các Hidrocacbua ban đu tr i qua các quá trình bi n đ i hĩa hc to thành các Hidrocacbua rt đa d ng cĩ mt trong thành ph n ca du m . II . Ni dung c a h c thuy t Theo quan đim c a hc thuy t Carbite: Trong magma và ph n trên c a Manti cĩ ch a mt l ưng Carbite kim lo i nh t đnh, do các ho t đ ng ki n t o ca các quá trình magma, mt lưng Carbie di chuy n lên phía trên thâm nh p vào ph n v ca Trái Đt. Trong quá trình đi lên Carbite gp nưc và to nên các ph n ng Engler vi H 2O đ to ra khí Hidrocacbua, các khí Hidrocacbua này là ngu n vt li u ban đ u đ to nên d u m . Các khí Hidrocacbua này ti p t c di chuy n nên phía trên khi g p điu ki n thu n l i s tham gia ph n ng t o thành các hp ch t Hidrocacbua cĩ trong thành ph n d u m . Các Hidrocacbua này li ti p t c di chuy n lên phía trên qua các đt gãy hay các khe n t. Trong quá trình di chuy n chúng s cu n theo các hp ch t vơ cơ và hp ch t hu cơ, nu gp các b y ch a chúng s tích t li đ to thành khống th d u khí. III . Hn ch c a hc thuy t Carbite ♦ Theo h c thuy t Carbite thì trong thành ph n ca magma và phía trên ca v Manti cĩ ch a Carbite kim lo i. Tuy nhiên, ng ưi ta ch ưa ch ra đưc trong Manti thì hàm l ưng c a Carbite là bao nhiêu và tn ti tr ng thái nào. Cịn trong thành ph n ca magma thì ta cũng phát hi n th y Carbite nh ưng vi hàm l ưng r t nh, v i hàm l ưng Carbite nh ư v y thì khơng th t o ra tr l ưng d u m và khí đt ln nh ư ngày nay. ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 22
23. ♦ Theo h c thuy t v s hình thành ca Trái Đt thì Carbit kim lo i n m đ sâu kho ng 2.300 ÷ 2.400 km trong lịng đt. Do đĩ, đ sâu nh ư v y thì điu ki n đ Carbite kim lo i gp nưc là khơng th x y ra và do đĩ, khơng th xy ra ph n ng Engler đ to thành các Hidrocacbua. ♦ Theo các tài li u nghiên c u, ta th y ch kho ng đ sâu t 2 ÷ 3km đã x y ra hi n tưng d th ưng áp su t cao điu đĩ ch ng t đ m c a khe n t và các đt gãy là rt hn ch . Do đĩ, càng xu ng sâu thì đ m c a các khe n t càng nh do đĩ khơng cho phép nưc th m t phía trên xu ng phía dưi. ♦ Theo thuy t c u t o ca Trái Đt thì gi a v Trái Đt và Manti t n t i quy n m m cĩ tính đàn h i rt cao. V i s tn ti c a quy n m m nh ư th khơng th cĩ các khe n t c m sâu vào trong lịng đt → nĩ làm h n ch đ n m c t i đa s di chuyn c a n ưc t trên xu ng d ưi. Do đĩ, khơng th xy ra ph n ng Engler đ to thành Hidrocacbua. 0 ♦ Đi vi nưc ta th y : Tti h n ≈ 374 C và Pti h n ≈ 22,5 MPa (đây là các giá tr mà khi v ưt quá gi i h n đĩ thì n ưc t n t i tr ng thái h ơi). V i điu ki n nhi t đ và áp su t nh ư th thì n ưc ch cĩ th tn t i tr ng thái h ơi. C cho r ng điu ki n nhit đ và áp su t cao thì các giá tr này cĩ th ln h ơn m t chút, dù th nào đi n a khi đi sâu vào trong lịng đt thì nưc cũng s b hĩa hơi và nĩ s bay lên phía trên mà khơng th đi xu ng. Do đĩ, khơng th x y ra ph n ng Engler đ to thành Hidrocacbua. ♦ Hc thuy t Carbite v ngu n g c d u m , khơng th gi i thích đưc t ươ ng đng gi a du m và các khống s n hĩa th ch khác nh ư : than, đá phi n cháy vì chúng cĩ ngu n gc rt gn gũi vi du m v thành ph n nguyên t , khi ch ưng c t ta thu đưc sn phm gi ng vi thành ph n ca du m. ♦ Thuy t Carbite cũng khơng gi i thích đưc ho t tính quang h c c a d u m và s cĩ mt c a Porfirin trong thành ph n d u m , vì Porfirin ch cĩ trong c ơ th c a sinh v t, và tn t i nhi t đ : 250 0 ÷ 300 0C. ♦ Gi s r ng trong thành ph n ca magma cĩ Carbite kim lo i, thì vn đ này li thu c v hc thuy t magma v ngu n g c d u m và khí đt. §4: HC THUY T MAGMA I . Cơ s c a h c thuy t ♦ Ng ưi ta đã tìm th y m t l ưng nh t đ nh các m d u khí nm trong đá magma (m Bch H ) hay n m trong đá bi n ch t. ♦ Ng ưi ta phát hi n ra mi ng núi l a cĩ s xu t hi n c a Bitum, trong thành ph n các khí thốt ra t magma phun trào núi l a cĩ khí CH 4 II . N i dung c a h c thuy t ♦ Theo h c thuy t magma, thì trong thành ph n ca magma cĩ ch a m t l ưng khí Hidrocacbua. Trong quá trình di chuy n ca magma t bên dưi lên phía trên thì ch đ nhi t đng (nhi t đ và áp su t) gi m đi, khí Hidrocacbua cĩ điu ki n tách ra kh i magma. Đây đưc coi là ngu n v t li u ban đu đ to nên các Hidrocacbua, các khí này khi g p điu ki n thu n l i s tham gia các ph n ng hĩa h c t o nên Hidrocacbua rt đa d ng cĩ trong thành ph n ca du m . Sau đĩ các khí này ti p tc di chuy n, trên đưng đi n u gp các by ch a thì chúng s tích t li đ to thành các khống th d u khí. ♦ Trong quá trình magma di chuy n t d ưi lên phía trên, nĩ xuyên qua các t ng đá giàu vt ch t h u cơ ho c các tng, các va than → gây ra hi n t ưng tr ưng c t và cho ta s n ph m là các Hidrocacbua. ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 23
24. III . Hn ch h c thuy t Magma ♦ Theo hc thuy t magma: d u m đưc hình thành do các khí tách ra t magma. Do đĩ, du m và khí đt s t p trung (c v s l ưng và tr l ưng) ti nh ng khu v c cĩ ho t đng núi l a m nh và càng đi ra xa nh ng khu v c này thì s l ưng m cũng nh ư tr l ưng ca du khí s b gi m đi. Nh ưng th c t l i khơng nh ư vy: H u h t các m d u khí v i tr lưng l n l i t p trung trong các bn tr m tích, th m chí nh ng nơi đĩ khơng th y cĩ bi u hi n gì ca ho t đ ng núi l a. ♦ Trong thành ph n các khí phun ra t mi ng núi l a cĩ khí Hidrocacbua, song hàm l ưng -3 -4 2+ ca chúng là r t nh : 10 % ÷ 10 % mà ch y u là khí CH 4 cịn các khí C ch đ li du vt. Vi hàm l ưng nh ư v y thì hc thuy t magma khơng th gi i thích đưc s phân b rng rãi ca các m du và tr lưng ca chúng li ln nh ư hi n nay. ♦ Khi nghiên c u v magma thì hàm l ưng c a Cacbon cĩ trong magma là r t nh : 0,01%÷0,001% mà ch y u là Cacbon t n t i d ưi d ng nguyên t (kim c ươ ng và Graphit cùng lm là Carbite kim lo i) các ch t này khơng th t o ra l ưng Hidrocacbua l n và phân b rng nh ư ngày nay. ♦ Magma nĩng ch y nhi t đ : T >1200 0C trong điu ki n nhi t đ ng nh ư v y thì khơng th cĩ khái ni m v s tn t i c a Hidrocacbua (k c Hidrocacbua t n t i th khí) . Do đĩ, khơng th cĩ ngu n vt li u Hidrocacbua ban đu đ cĩ th to nên d u m và khí đt . -3% -4 Gi s rng trong thành ph n ca magma hàm lưng ca CH 4 là: 10 ÷ 10 % thì trong quá trình di chuy n t d ưi lên trên khi ti p xúc v i các lp đt đá làm cho nhi t đ c a magma gi m đi và magma s dn dn đơng c ng l i bt đu t phía bên ngồi n ơi ti p xúc vi các đá khác to nên m t lp v c ng làm ng ăn c n s di thốt c a khí Hidrocacbua (nu cĩ) trong magma ra bên ngồi. Do đĩ, ngu n vt li u hu cơ ban đu càng b hn ch hơn. ♦ Hc thuy t magma ch ưa ch ra đưc cái gì đã cung c p ngu n Hidrocacbua cho magma, và hc thuy t này cũng ch ưa ch ra đưc cơ ch tách ra c a khí Hidrocacbua t magma. ♦ Theo h c thuy t magma thì trong quá trình di chuy n ca magma xuyên qua các tng đá giàu v t ch t h u cơ ho c các tng than gây ra hi n t ưng tr ưng c t cho ra s n ph m là Hidrocacbua → Như v y, h c thuy t này cho r ng: D u m cĩ ngu n g c h u cơ, mà khơng ph i là ngu n gc vơ cơ. ♦ Hc thuy t magma khơng gi i thích đưc ho t tính quang h c c a du m cũng nh ư khơng gi i thích đưc s cĩ m t c a Porfirin trong thành ph n ca du m. §5: HC THUY T VŨ TR I . C ơ s ca hc thuy t ♦ Hc thuy t V ũ Tr đi sâu vào vi c nghiên c u và gi i thích s hình thành ca các Hidrocacbua cĩ trong thành ph n c a magma. Bng ph ươ ng pháp phân tích quang ph , ng ưi ta nghiên c u ánh sáng phát ra t : các hành tinh, các ngơi sao, các đám mây, đuơi c a các sao ch i và ng ưi ta đã phát hi n ra s t n t i c a các hp ch t Hidro và Carbon. ♦ Khi nghiên c u thành ph n ca thiên th ch r ơi t V ũ Tr vào Trái Đt ng ưi ta th y s cĩ m t c a “ Bitum ” II . Ni dung c a h c thuy t ♦ Theo thuy t ngu n g c V ũ Tr c a d u m và khí đt. Trong l ch s hình thành c a các Hành tinh trong đĩ cĩ Trái Đt, th a ban đ u cĩ các khí và bi V ũ Tr . Trong điu ki n thích h p (ch đ nhi t đ ng nh t đ nh) các khí k t h p l i v i nhau cho ta s n ph m là các ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 24
25. khí : CO , CO 2 , H 2 và khí Hidrocacbua Trong các khí này thì khí Hidrocacbua đưc magma h p th . ♦ Trong quá trình phát tri n ti p theo c a Trái Đt, khi nhi t đ d n d n gi m xu ng s to điu ki n cho các khí đĩ tách ra kh i magma và di thốt lên phía trên. Các khí Hidrocacbua là ngu n v t li u ban đ u đ t o thành Hidrocacbua đa d ng v ch ng loi cĩ trong thành ph n d u m . Các Hidrocacbua này di chuy n lên phía trên cu n theo các v t li u và cĩ th đưc np vào các b y ch a đ to thành các khống th d u khí. III . Hn ch ca hc thuy t ♦ Bng các ph ươ ng pháp phân tích quang ph hi n đ i, ngày nay ng ưi ta phát hi n đưc trong các đám mây b i V ũ Tr cĩ h p ch t ca Cacbon và Hidro. Tuy nhiên nĩ ch t n t i dng Radican nh ư các gc : – CH , – CH 2 , – CN ch chưa ph i là các khí Hidrocacbua. Thuy t V ũ tr ch ưa ch ra đưc mt cách c th là bng c ơ ch nào t các hp ch t đĩ t o thành Hidrocacbua, cũng nh ư c ơ ch đ các khí Hidrocacbua đĩ đưc h p th b i các vt ch t vơ cơ nĩng ch y (Magma) ♦ Các khí và Bitum thu đưc t các mu thiên th ch l i khác xa so v i Bitum t n t i trên Trái Đt: • Các khí và Bitum thu c lo i này cĩ hàm l ưng Clo rt ln và cĩ hàm lưng C13 cao • Các “Bitum” này khơng cĩ ho t tính quang h c • V mt cu trúc phân t các “Bitum” thu c lo i này khác xa so v i c u trúc phân t ca các Hidrocacbua cĩ trong thành ph n ca du m ♦ Hc thuy t này hồn tồn khơng th gi i thích đưc c u trúc c a các Hidrocacbua cĩ dng Izoprenoid . Izoprenoid đưc cu trúc nên b i các đt Izopren . Izopren đưc t o nên t 5 nguyên t Cacbon. Các h p ch t Izoprenoid đưc xây d ng nên t các đt Izopren, các đt này cĩ th liên k t v i nhau t o thành các HC mch h , m ch nhánh hay mch vịng. §6: HC THUY T HU C Ơ I . Cơ s ca hc thuy t h u cơ 1 . C ơ s v m t đ a ch t ♦ Cĩ ti 99% s m và 90 % tr l ưng d u khí tp trung trong các bn tr ũng, nơi l ng đng v t li u tr m tích giàu v t ch t h u cơ phân tán. Lưng d u khí ch a trong b n tr m tích trong các niên đi đa ch t khác nhau là khác nhau. Nh ưng ng ưi ta quan sát th y cĩ s tươ ng đng gi a s phân b ca du khí v i mc đ phát tri n ca gi i sinh v t trong các niên đi đ a ch t. Trong các niên đi đ a ch t mà gi i sinh v t khơng phát tri n ho c ít phát tri n thì ch a rt ít du m – khí đt, cịn trong các niên đi đa ch t mà gi i sinh v t phát tri n thì ch a khá nhi u các tích t du khí. Ví d : • Trong k Trias do cĩ s c v mt khí hu làm cho gi i sinh v t khơng phát tri n đưc → tr m tích Trias ch a mt lưng nh du khí (tr lưng khong 1%) • Tr ưc Silua sinh v t phát tri n ch yu bi n → d u khí ch yu tp trung trong tr m tích bi n (ph m vi phân b rt hn hp) • Trong Silua sinh v t phát tri n c trên c n và dưi nưc → d u khí tp trung c trong tr m tích bi n và tr m tích lc đa ♦ Hc thuy t hu cơ cĩ th gi i thích rt hp lí v cơ ch hình thành ca các tích t du khí trong các th u kính cát n m gi a các t p sét dày. 2 . Cơ s v m t sinh – lý – hĩa ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 25
26. ♦ Ng ưi ta quan sát th y cĩ s t ươ ng đi phù h p v thành ph n nguyên t gi a d u khí và các khống v t hĩa th ch khác đưc thành to t các vt ch t hu cơ to nên t các cơ th sinh v t. ♦ S cĩ m t c a Porfirin là mt trong nh ng minh ch ng v ngu n g c hu cơ ca du m. Vì Porfirin ch đưc tng hp t cơ th sng ca sinh v t và nĩ b phân h y nhi t đ 250 0 ÷ 300 0C. Bng ph ươ ng pháp phân tích quang ph và quang ph kh i, ng ưi ta nh n th y c u trúc phân t ca các Hidrocacbua trong thành ph n d u m cĩ s k th a c u trúc ca m t s h p ch t n m trong c ơ th s ng c a sinh v t nh ư Pristan và Phytan . Trong thành ph n d u m cĩ Pristan và Phytan (hay Porfirin ) đây là s n ph m t o ra t mch nhánh Phitol (đưc tách ra t phân t Porfirin ) cĩ trong c ơ th s ng c a sinh v t. Pristan đưc t o thành trong mơi tr ưng oxi hĩa, cịn Phytan đưc thành t o trong mơi tr ưng kh . Khi ta l p t s Pristan/Phytan s cho ta mơi tr ưng l ng đ ng và phân h y ca các vt ch t hu cơ. Pr / Ph > 4 : mơi tr ưng l ng đng và phân h y các vt ch t hu cơ là MT Oxi hĩa Pr / Ph = 2 ÷ 4 : “ MT trung tính Pr / Ph < 2 : “ MT kh . ♦ Trên c ơ s ca hc thuy t h u cơ, ng ưi ta đã ch ng minh đưc nguyên nhân gây nên hi n t ưng gi là ho t tính quang h c c a d u m . Do trong thành ph n d u m cĩ Steran và Triterpan – Đây là các h p ch t cĩ c u t o vịng Naften (n ăm c nh ho c sáu cnh), đnh các vịng đĩ là các nguyên t Carbon và mt trong s các nguyên t Carbon đĩ s tr thành tâm xoay ca các Radican. Trên th c t thì các nguyên t Carbon c a vịng năm cnh ho c sáu cnh này khơng n m trên m t mt ph ng mà chúng to thành vi nhau mt gĩc nào đĩ: α ≈ 109 0 . Do đĩ, các tâm xoay này to nên các th bn vng đi vi phân t . Các hp ch t này cĩ kh i lưng phân t M = 400 ÷ 450 đvC . Khi du càng n ng tc thành ph n c u t n ng càng nhi u thì gĩc quay ca mt ph ng phân c c càng l n và ng ưc l i. S cĩ m t c a Steran và Triterpan là nguyên nhân gây ra ho t tính quang h c c a d u m . ♦ Khi nghiên c u thành ph n c a các ch t h u cơ n m trong các đá tr m tích tr ng ưi ta quan sát th y hi n t ưng hàm l ưng c a Hidrocacbua t ăng lên, trong khi hàm l ưng ca sn ph m phân h y t vt ch t h u cơ gi m đi → điu đĩ ch ng t cĩ s chuy n hĩa t v t ch t hu c ơ thành Hidrocacbua. ♦ Ngày nay trong phịng thí nghim ng ưi ta dùng các hp ch t hu cơ (m bị, m cá ) đ to ra các Hidrocacbua. Ngồi ra, cĩ th tng h p đưc du m t các hp ch t h u cơ : Mt nhà nghiên c u ng ưi Nh t l y Kerogen trong đá tr m tích cho vào 300 bình th y tinh và chơn sâu xu ng đ t, sau 5 tháng thì đào bình đu tiên lên và các bình cịn li ln lưt đưc đào trong vịng 3 n ăm. Ơng ti n hành phân tích các bình th y tinh đĩ và th y r ng cùng v i th i gian thì hàm l ưng ca Hidrocacbua trong các bình t ăng lên. Điu đĩ chng t cĩ s chuy n hĩa t vt ch t h u cơ (Kerogen) thành Hidrocacbua trong điu ki n t nhiên. Nhà nghiên c u Zelmsky ti n hành ch ưng c t khơ Sapropel (bùn th i), k t qu ơng cũng thu đưc các Hidrocacbua thu c dãy du. Sapropen lo i III → sn ph m phân h y các VCHC cĩ d n xu t t th c v t b c cao Sapropen I, II → sn ph m phân h y các VCHC cĩ d n xu t t Đ.V t và T.V t b c th p 3 . C ơ s v m t đ a hĩa Trong các giai đon tìm ki m th ăm dị ta c n ph i xác đnh đưc đâu là đá m sinh d u. Ly các m u đá m t các gi ng khoan, đem v phịng thí nghi m và ti n hành chi t tách các ch t cĩ trong đá m b ng các dung mơi h u cơ. Sn ph m thu đưc sau khi chi t đưc đem đi phân tích đ xác đ nh các thành ph n:
    Hàm l ưng c a Hidrocacbua no
    Hàm l ưng Hidrocacbua th ơm ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 26
27. 
    T s đ ng v Carbon
    Hàm l ưng Pristan và Phytan
    Hàm l ưng các c u t c a h p ch t no
    Hàm l ưng h p ch t Hidrocacbua khác nh ư Steran và Triterpan
    Hot tính quang h c ca chúng Mt khác, ng ưi ta ly các m u d u đưc khai thác lên t các tích t du khí nm cùng trong m t b tr m tích đĩ đ phân tích và xác đnh các tham s trên. Sau khi cĩ k t qu phân tích ta ti n hành so sánh các tham s đ c tr ưng c a đá m sinh d u và d u thơ, ta th y cĩ s t ươ ng đng ca nhi u tham s . Điu đĩ ch ng t ch t đưc chit ra t đá m và d u thơ cĩ cùng mt ngu n g c. S khác bi t c a m t vài tham s đa hĩa hồn tồn cĩ th gi i thích đưc m t cách logic và hp lý da trên c ơ s h c thuy t h u cơ ca du khí. II . Ni dung h c thuy t hu c ơ Sau khi s s ng kt thúc nu xác ca đng th c v t rơi vào trong mơi tr ưng kh s đưc b o t n và đưc phân h y đ to thành các hp ch t h u cơ đơ n gi n s đưc lng đng và phân tán trong tr m tích. Trên phơng ki n to lún chìm t ươ ng đi n đ nh, quá trình tr m tích trong các b s ti p t c đưc th c hi n t o nên l p tr m tích phía trên ngày càng dày, đng th i chơn vùi vào sâu trong lịng đt lp tr m tích giàu v t ch t h u cơ phân tán. Trong nh ng điu ki n nh t đ nh dưi tác d ng c a nhi u y u t , các ch t h u c ơ s chuy n hĩa và bi n đ i thành Hidrocacbua. D ưi tác d ng c a áp su t đ a t ĩnh ngày càng gia t ăng làm cho các h t đá ngày càng xít ch t → khe h ng gi a chúng b gi m đi làm các ch t l ưu trong các khe h ng b đy ra ngồi và di chuy n đ n n ơi cĩ áp su t th p (n ơi đá cĩ đ h ng, đ r ng l n – đá ch a). Các Hidrocacbua này ti p t c di chuy n trong két ch a, trên đưng di chuy n n u g p b y ch a nĩ s tích t l i to thành các khống th d u khí. III . H n ch ca h c thuy t h u c ơ Ngày nay trên c ơ s ca hc thuy t hu cơ hi n đi v ngu n g c hu cơ ca du m và khí đt thì nh ng hn ch này đã đưc gi i thích m t cách hồn tồn th a đáng. ♦ Các nhà khoa h c theo h c thuy t vơ c ơ ph n đi rng v i hàm l ưng v t ch t h u cơ nh bé trong tr m tích nh ư v y thì khơng th t o thành l ưng d u m l n nh ư ngày nay. Bng h c thuyt h u cơ hi n đ i hồn tồn cĩ th gi i thích đưc vn đ này. Qua tính tốn ng ưi ta đã ch ng minh đưc r ng l ưng v t ch t h u c ơ n m phân tán trong tr m tích s to ra m t lưng Hidrocacbua l n hơn nhi u so v i l ưng d u khí đã phát hi n ngày nay. Lưng Hidrocacbua đưc thành to t v t ch t h u cơ n m phân tán trong tr m tích trên Trái Đt l n h ơn 240 l n l ưng Hidrocacbua du ch a trong tích t d u khí. Trong các b du khí thì lưng Hidrocacbua tích t trong các khống th d u khí gp 10 ÷ 100 l n l ưng Hidrocacbua du đưc to ra trong các b đĩ. Trên tồn b Trái Đt đâu cĩ tr m tích thì đĩ cĩ vt ch t hu cơ phân tán, n u gp điu ki n thích hp thì s to nên Hidrocacbua. ♦ Các nhà khoa hc theo h c thuy t vơ c ơ ph nh n s di chuy n trên kho ng cách xa c a Hidrocacbua trong đá. Ngày nay b ng ph ươ ng pháp so sánh d u thơ v i đá m ng ưi ta đã ch ng minh r ng d u khí cĩ th di chuy n trên kho ng cách 160km và cịn cĩ th di chuy n xa hơn n a. §6: ĐÁ M SINH DU KHÍ I . Khái ni m ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 27
28. S t n t i ca tng đá m sinh du trong các b d u khí là y u t quan tr ng khơng th thi u cho s hình thành và tn t i ca các tích t d u khí. Do đĩ, đá m sinh d u là đá cĩ nh ng đc đim và tính ch t sau: 1 . Là đá tr m tích Đá sinh d u khí là đá tr m tích mà ch y u là các tr m tích h t mn giàu v t ch t h u cơ, cĩ kh n ăng chuy n hĩa thành Hidrocacbua và đã đ đ tr ưng thành. Nh ng lo i đá cĩ th là đá sinh d u khí ph n ln là đá sét, đá Carbonat đơi khi là đá Silicat. 2 . Đưc hình thành trong mơi tr ưng n ưc Đá tr m tích đưc hình thành trong mơi tr ưng n ưc mi cĩ kh n ăng b o t n v t ch t hu c ơ, vì nưc ng ăn c n s ti p xúc c a Oxi khơng khí vi vt ch t hu cơ. Mơi tr ưng nưc cĩ đ kh càng cao thì s bo t n vt ch t hu cơ càng t t nh ư : mơi tr ưng v ũng, vnh, h, đm l y vì trong nh ng mơi tr ưng này khơng cĩ s đi lưu c a n ưc → hàm lưng Oxi trong n ưc rt th p. 3 . Tr m tích h t mn ♦ Nu tr m tích cĩ kích th ưc càng nh thì t b m t ca nĩ càng ln ( t b m t là t ng V b m t c a các h t đá trong m t đơn v V ) → do đĩ hàm l ưng v t ch t h u cơ đưc hp th trên b m t ca đá càng nhi u. ♦ Khi các h t đá cĩ kích th ưc vi h t khơng ph i ngay l p t c nĩ s lng đ ng xu ng đáy ca b n n ưc mà treo l ơ l ng gi a kh i nưc dưi d ng v n → nĩ hp th ch t h u cơ d ưi dng hịa tan ho c d ng keo nh ũ lơ lng trong mơi tr ưng nưc vào xung quanh b m t. Ht tr m tích này ch dn dn chìm xu ng đáy b khi ∑ (kh i l ưng c a h t đá + kh i lưng ca vt ch t h u cơ bám xung quanh nĩ) đ n ng ⇔ lưng vt ch t hu cơ bám xung quanh nĩ ngày càng nhi u . ♦ Khi các ht đá chìm xu ng đáy ca bn tr m tích, nu các ht đá kích th ưc ln thì nưc s l ưu thơng xung quanh b mt ca ht đá → nưc s mang Oxi t mơi tr ưng phía trên đ Oxi hĩa các vt ch t h u cơ làm gi m l ưng v t ch t h u cơ bám xung quanh h t đá. Ng ưc l i, khi h t đá cĩ kích th ưc nh → khe h ng gi a các ht đá nh , làm cn tr ho c đình tr hồn tồn s lưu thơng c a nưc và làm hn ch s ti p xúc c a ch t oxi hĩa vi vt ch t h u cơ → L ưng vt ch t h u cơ s đưc b o t n nhi u h ơn. ♦ Nu là đá Carbonate sinh v t d ưi d ng các ám tiêu san hơ đưc hình thành d ưi đáy bi n nơng. Mơi tr ưng đáy bi n cĩ đ sâu khơng l n lm cĩ nhi t đ m → Sinh v t phù du sng trơi n i xung quanh đá rt nhi u và chúng chui rúc vào các khe h ng, khi ch t đi chúng s lp đ y các khe h ng c a đá. Xác ch t ca các sinh v t này là ngu n vt ch t hu cơ tt và cĩ kh n ăng chuy n hĩa thành Hidrocacbua cĩ trong thành ph n ca du m. Kh năng sinh d u c a đá Carbonate tt hơn đá sét, đ xác đ nh đá cĩ ph i là đá sinh d u hay khơng ta d a vào t ng hàm l ưng Carbon h u cơ cĩ trong đá – TOC . Đi v i đá sét thì : ∑ TOC ≥ 0,5% → thì đưc coi là đá sinh, cịn đi v i đá Carbonat thì ∑ TOC ≥ 0,25% thì đã cĩ th là đá sinh d u. N u hàm lưng TOC càng cao thì kh n ăng sinh d u càng tt. 4 . Giàu v t ch t h u cơ Khi đá càng giàu vt ch t h u c ơ thì l ưng Hidrocacbua đưc to ra càng ln. Trong các đá trm tích ch a mt lưng nh t đnh các ch t h u cơ, khi đá đ đ tr ưng thành thì nĩ s chuy n hĩa t vt ch t h u cơ thành Hidrocacbua. S hình thành Hidrocacbua t h p ch t h u cơ: Vt ch t hu cơ khi chuy n hĩa thành Kerogen n m gia các khe h ng ca đá. Quá trình chuy n t Kerogen chuy n hĩa thành Hidrocacbua : Ban đu l ưng Hidrocacbua t o ra ít nĩ ch là nh ng ht nh li ti bám vào xung quanh b m t các ht đá và phân b mt cách th ưa th t. Nu nh ư hàm lưng v t ch t h u cơ ln thì l ưng Hidrocacbua đưc t o ra nhi u hơn làm cho m t đ c a các ht ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 28
29. Hidrocacbua bám trên b m t các ht đá dày h ơn → các ht Hidrocacbua sít li và liên k t vi nhau đ to nên m t lp màng mng Hidrocacbua bám vào xung quanh các ht đá. Lưng Hidrocacbua đưc to ra sau này làm cho màng Hidrocacbua bám quanh h t đá tr nên dày h ơn. Đn m t lúc nào đĩ l c t ươ ng tác gi a h t đá vi các phân t Hidrocacbua nm trên b mt ngồi cùng ca màng Hidrocacbua s nh t i m c khơng đáng k → chúng s b tách ra kh i b mt ca đá và di chuy n. Đây chính là ngu n Hidrocacbua đ to nên các m du khí. Nu hàm lưng v t ch t h u cơ nh thì l ưng Hidrocacbua đưc to ra ch đ bám quanh b m t ca đá mà khơng cĩ kh n ăng di chuy n đn lp đ y các b y ch a. Vt cht h u cơ cĩ th chuy n hĩa thành Hidrocacbua cĩ trong thành ph n d u m . Nh ưng khi v t ch t h u cơ đã b chuy n hĩa thành than thì khơng cịn kh n ăng chuy n hĩa thành Hidrocacbua. Nu đá ch ưa đ đ tr ưng thành, thì dù cĩ giàu vt ch t h u cơ đn my thì cũng khơng th to thành Hidrocacbua. Khi đá đ đ tr ưng thành nĩ s lún chìm đn đ sâu cĩ đy đ các điu ki n đ cho v t ch t hu cơ cĩ th chuy n hĩa thành Hidrocacbua, thưng thì đá tr ưng thành nhi t đ kho ng: T= 50 0 ÷ 55 0C. Nu nh ư đá ch ưa đ đ tr ưng thành thì vt ch t hu cơ vn là vt ch t hu cơ và nu nĩ đã chuy n hĩa thành Kerogen thì Kerogen này vn nm yên ti ch mà khơng th di chuy n ti p. II . Ngu n cung c p – mc đ b o t n c a VCHC 1 . Ngu n cung c p v t ch t h u cơ Đĩ là các c ơ th s ng ca sinh v t trong sinh quy n. Qua nghiên c u ta th y rng lưng vt ch t h u cơ đưc cung c p t l c đ a xp x lưng vt ch t hu cơ đưc cung c p t bi n và đi d ươ ng. Tuy nhiên, cĩ ý ki n l i cho r ng t l đĩ là: VCHC lc đ a 4 = VCHC bi n và Đi dươ ng 6 Trong mơi tr ưng bi n và đi dươ ng ngun cung c p v t ch t h u c ơ là các c ơ th đng–th c v t sng trơi n i (chi m trên 90%), ph n cịn l i là các sinh v t sng bám đáy và sinh v t sng trung gian. Ngu n v t ch t h u cơ đưc cung c p t l c đ a th ưng thu c lo i Humic và cĩ mt ph n nh là Sapropel → to thành than và khí, và m t ph n nh Sapropel đ to thành du m và khí đt. Ngu n vt ch t h u cơ đưc hình thành trong mơi tr ưng bi n thu c dng Sapropel (m t ph n nh là Humic – do v t li u hu cơ t sơng su i đ ra bi n). Theo các nhà khoa hc thì l ưng v t ch t h u c ơ cĩ trong đá tr m tích lên t i : n.10 16 tn ( n = 5 ÷ 6 ) 2 . Mc đ b o t n c a v t ch t h u c ơ Hàng n ăm các c ơ th sng trên lc đ a cung c p cho tr m tích m t lưng khơng nh v t ch t h u c ơ. Tuy nhiên, ch cĩ 10% trong s đĩ cĩ th l ng đ ng đn các đáy c a b n tr m tích và chúng vn ti p t c b phân h y và ch cĩ d ưi 1% lưng vt ch t h u cơ đĩ tham gia vào quá trình t o khống s n cháy nh ư : du – khí, đá phi n cháy, than Hàm l ưng v t ch t h u cơ đưc b o t n trong đá tr m tích t l ngh ch v i kích th ưc ca nĩ. Trong nh ng điu ki n thu n l i v t ch t h u cơ cĩ th đưc bo t n đ n 30%, nh ưng th ưng khơng quá 5% và trung bình kho ng 1,5% . Vi khu n cũng đĩng vai trị quan tr ng trong quá trình chuy n hĩa v t cht h u cơ thành Hidrocacbua, m t khác vi khu n c ũng là m t dng v t ch t h u cơ cĩ ch t l ưng tt đ t o thành d u khí. III. Các yu t nh h ưng đ n quá trình bi n đ i VCHC → HC ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 29
30. VCHC → ch t h u cơ đơ n gi n → Kerogen → Hidrocacbua 1 . Nưc – H2O Nưc to ra mơi tr ưng kh b o t n v t ch t h u cơ, trong nhi u tr ưng h p n ưc là mơi tr ưng đ các ch t tham gia các ph n ng hố h c. Tuy nhiên, n u quá nhi u n ưc thì nng đ CM ca các ch t tham gia ph n ng gi m, do đĩ tn su t va ch m ca các phân t b gi m đi → t c đ ph n ng b gi m đi. 2 . Áp su t S nh hưng ca áp su t đn quá trình bi n đi ca vt ch t hu cơ nĩi chung cịn cĩ nhi u ý ki n khác nhau. Nhi u nhà khoa h c ph nh n vai trị c a áp su t trong quá trình chuy n hĩa vt ch t h u cơ thành Hidrocacbua. Mt khác, cĩ nhi u ý ki n đánh giá vai trị tích c c c a áp su t trong quá trình bi n đ i v t ch t h u cơ thành Hidrocacbua, vì các ph n ng này ch x y ra khi áp su t đt đn m t giá tr nh t đ nh nh ư các ph n ng Cracking, ph n ng Polime hĩa 3 . Vi khu n và men vi sinh Vi khu n và men vi sinh giúp phân h y các vt ch t h u c ơ. Do vi khu n sinh s n r t nhanh nên t c đ phân h y các vt ch t hu cơ cũng rt nhanh. Trong 1m 3 vt li u tr m tích ca các l p tr m tích trên b m t cĩ th ch a t i 500g vi khu n, tuy nhiên m t đ và s lưng ca vi khu n gi m đi theo chi u sâu, đn đ sâu 30m thì trong 1m 3 ch ch a vài tr ăm vi khu n. Vi khu n t n t i trong điu ki n nhi t đ : T = -10 0 ÷ +105 0C . V mt áp su t thì cĩ nh ng lo i vi khu n ch u đưc : P = 1000 ÷ 12000atm . Vi kích th ưc nh 2 m, vi khu n cĩ th len l i vào các khe h ng gi a các kh i v t ch t hu cơ đ phân hy chúng. Vai trị c a men vi sinh cịn l n h ơn vai trị c a vi khu n. Do vi khu n cịn b h n ch bi các yu t nh ư nhi t đ, áp su t và các yu t đ c h i khác cịn men vi sinh khơng b hn ch b i các y u t đĩ. Do tác d ng c a vi khu n và men vi sinh các ch t h u cơ b phân hy đ ng th i t o ra mơi tr ưng kh (tăng tính kh c a mơi tr ưng) → do đĩ mc đ b o tn v t ch t h u cơ s t t h ơn. Mt khác, hot đ ng c a vi khu n và men vi sinh gi i phĩng ra năng l ưng làm thúc đy quá trình phân h y v t ch t h u c ơ thành HC. Ngồi ra, bn thân xác ca vi khu n là m t lo i v t ch t h u c ơ rt tt đ hình thành nên du m - khí đt. 4 . Quá trình phân h y các h p ch t phĩng x Trong các lo i đá luơn ch a mt lưng nh t đnh các ch t phĩng x, ng ưi ta quan sát th y hàm lưng ca ch t phĩng x tăng lên trong các đá sét. Tác đng ca các ch t phĩng x lên quá trình bi n đi vt ch t hu cơ thành Hidrocacbua là: ♦ Trong quá trình phân h y các ch t phĩng x s to ra các bc x → thúc đy các ph n ng hĩa hc bi n đi t các hp ch t hu cơ thành Hidrocacbua. ♦ Quá trình phân h y các ch t phĩng x th ưng là nh ng quá trình ta nhi t. Do đĩ, các quá trình này s cung c p m t lưng nhi t năng nh t đnh trong các ph n ng hĩa hc bi n đi các hp ch t hu cơ thành Hidrocacbua. 5 . Các ch t xúc tác Khi các ph n ng hĩa hc xy ra n u cĩ ch t xúc tác, thì các ch t xúc tác này s thúc đy các quá trình ph n ng. Do đĩ, ch t xúc tác cĩ vai trị rt quan tr ng đc bi t là trong các quá trình bi n đi các vt ch t hu cơ. Qua nghiên c u ng ưi ta th y rng: Sét cĩ ý ngh ĩa rt l n trong vai trị ca ch t xúc tác. Trong các tr m tích tr thì hàm l ưng Hidrocacbua trong tr m tích Carbonate ln h ơn hàm lưng Hidrocacbua trong tr m tích sét (ht m n). Cịn trong các đá tr m tích c thì ng ưc li: hàm lưng Hidrocacbua trong các tr m tích ht mn l n h ơn hàm lưng Hidrocacbua trong các tr m tích Carbonate. Hi n tưng này đưc gi i thích nh ư sau: V t ch t hu cơ trong đá m là Carbonate là nh ng vt ch t hu cơ xu t x t đng th c vt ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 30
31. bc th p cĩ ch t lưng rt cao → Hàm lưng HC đưc to ra t các vt ch t hu cơ đĩ là ln h ơn. Đi vi đá sét khi nĩ đt đn đ tr ưng thành thì hàm lưng HC là ln h ơn, vì đá sét cĩ vai trị là ch t xúc tác thúc đy quá trình bi n đi t vt ch t hu cơ thành HC. 6 . Nhi t đ Nhi t đ đĩng vai trị cơ bn nh t trong quá trình bi n đi t vt ch t hu cơ thành Hidrocacbua. N u nh ư ch xét riêng v mt hĩa hc khi nhi t đ tăng lên 10 0C thì tc đ ph n ng tăng lên t 2 ÷ 4 ln. Qua nghiên c u các nhà khoa h c nh n ra r ng: Đ to ra 1 mol Hidrocacbua t vt ch t hu cơ cĩ trong thành ph n ca du m ta c n cung c p cho nĩ t 12 ÷ 20 kcal . Nhi t lưng này cĩ th gi m đi n u nh ư các ph n ng to Hidocacbua đng th i xy ra và nĩ s t ăng lên khi các ph n ng hĩa h c x y ra mt cách đơ n l . Cĩ nhi u nhà khoa h c đưa ra ý ki n: Thi gian cĩ th bù đp đưc ph n nào nhi t lưng, vì v y khi đánh giá đ tr ưng thành c a đá m → ng ưi ta đư a vào h s th i nhi t TTI . Tuy nhiên, ý ki n trên b nhi u nhà khoa h c ph n đ i: Ngưi ta cho r ng y u t th i gian ch cĩ tác đ ng ⇔ đá m đã v ưt qua ng ưng tr ưng thành . Ph ươ ng trình Arthenius : − E K= A. e R. T Trong đĩ K – là h s t c đ c a ph n ng hĩa h c A – là tn su t va ch m c a các phân t tham gia vào các ph n ng hĩa h c E – là ho t n ăng – Năng l ưng c n thi t cung c p cho phân t đ nĩ cĩ th phá v đưc cu trúc phân t c a các ch t ban đ u, đ ri tham gia ph n ng to ra các ch t khác. IV . Quá trình bi n đ i v t ch t h u c ơ thành Hidrocacbua VCHC ( Polimer sinh h c ) Quá trình sinh hĩa ↓ (vi khu n và men vi sinh) Các ch t HC đơ n gi n ( Monomer sinh h c ) ↓ Quá trình đa hĩa Polimer đa ch t ( Kerogen ) (nhi t đ , áp su t, xúc tác ↓ và ch t phĩng x ) Hidrocacbua 1 . Quá trình sinh hĩa – Diagenes Quá trình sinh hĩa là quá trình bi n đi t giai đon VCHC → Polimer đa ch t, nĩ tươ ng ng vi giai đon Diagenes . Quá trình sinh hĩa xy ra khong đ sâu t 1 ÷ 2 km , bình quân là 1,5 km và rt ít khi v ưt quá đưc 2,5 km . Nĩ tươ ng ng vi kho ng nhi t đ là: T < 50 ÷ 55 0C . Y u t tác đng quan tr ng nh t trong giai đon Diagenes là vi khu n và men vi sinh. Trong Diagenes ch yu xy ra các ph n ng kh các ch t Oxi hĩa, nh ư là kh các nhĩm đnh ch c cĩ g n xung quanh m ng c u trúc phân t ca vt ch t h u c ơ, và ph n ng c t các m ch nhánh. Sn ph m t o ra là các khí : CH 4 , CO 2 , N2 , H2S , NH 3 và mt ph n Hidrocacbua l ng. Trong các khí đưc t o ra thì ch cĩ CH 4 là cĩ th to thành các tích t đ c l p v i tr l ưng nh ; các khí cịn l i sau khi đưc to ra thì chúng s hịa tan vào trong n ưc di thốt lên phía trên và di thốt vào khơng khí, ph n cịn l i s đưc tham gia vào ph n ng hĩa h c khác. Trong giai đon Diagenes to ra kho ng 10% tng hàm lưng khí metan cĩ th đưc to ra t v t ch t h u c ơ . Các Hidrocacbua cĩ trong thành ph n d u m : C5 ÷ C40 (ch y u cĩ t C 15 ÷ C40 , cịn các c u t t C 5 ÷ C8 ho c C9 ch cĩ v t tích). L ưng Hidrocacbua này ch yu là các Hidrocacbua đã đưc to ra ngay t trong c ơ th sinh v t. Trong quá trình bi n đ i sinh hĩa ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 31
32. nĩ đưc b o t n ho c cĩ nh ng bi n đ i nh ưng khơng đáng k . Lưng Hidrocacbua d u trong giai đon này xp x 10%. Trong quá trình bi n đi sinh hĩa cĩ th t o ra 40% các hp ph n nng cĩ trong thành ph n ca Smol và Asfalt. Sn ph m quan tr ng nh t đưc t o ra trong quá trình bi n đi sinh hố là Kerogen. 2 . Quá trình đa hĩa – Katagenes Quá trình này xy ra đ sâu t ươ ng ng nhi t đ : T > 50 0 ÷ 55 0C. Trong quá trình bi n đi đa hĩa thì vai trị ca vi khu n và men vi sinh gi m d n cho t i khi ng ng h n nhi t đ : T = 900 ÷ 100 0C trong khi đĩ vai trị c a nhi t đ , áp su t, ch t xúc tác ngày càng t ăng lên. Trong giai đon này các nhĩm đnh ch c ch ưa b phá h y giai đon tr ưc (giai đon Diagenes) thì trong giai đon này s ti p t c b phá h y. Các ph n ng x y ra trong giai đon này là: ♦ Các ph n ng kh các nhĩm đnh ch c (là các nhĩm đnh ch c ch ưa b kh trong giai đon tr ưc). ♦ Các ph n ng Crackinh, ph n ng Crackinh nhi t: Dưi tác d ng c a nhi t đ hai lo i ph n ng này s b m ch Carbon mà khơng làm thay đi c u trúc phân t . ♦ Phn ng Crackinh nhi t xúc tác: Đây là ph n ng khơng nh ng b m ch Carbon mà cịn làm thay đi c u trúc phân t ca các ch t h u c ơ, nĩ s thay đi theo xu h ưng t o ra h p ch t nh h ơn v kh i l ưng phân t và đơ n gi n h ơn v c u trúc phân t . → Trong giai đon Katagenes to ra 90% CH 4 và tồn b l ưng Hidrocacbua trong dãy du đưc t o ra trong giai đon này. Trong giai đon đ a hĩa ti p tc hình thành 60% các hp ph n nng cĩ trong thành ph n ca Smol và Asfalt. Trong quá trình đa hĩa (c th là giai đon Katagenes) to ra 100% lưng khí C +2, các khí này b t đu đưc t o ra kho ng 0 0 0 0 nhi t đ: T = 70 ÷ 75 C (đt đ nh cao ti 120 C và k t thúc tr ưc 150 C → n ơi mà khí CH 4 đưc to ra nhi u nh t). Ng ưng t o d u là kho ng nhi t đ t ươ ng ng v i đ sâu nh t đnh mà ti đĩ Hidrocacbua đưc t o ra nhi u nh t (hàm l ưng Hidrocacbua t ăng lên m t cách đ t ng t) . Bưc vào giai đon đ a hĩa, ban đu hàm lưng ca Hidrocacbua đưc t o ra ít và vi tc đ ch m, nh ưng khi đn đ sâu t ươ ng ng nhi t đ : T = 60 0 ÷ 65 0C thì lưng Hidrocacbua đưc to ra t ăng nhanh m t cách đt ng t đĩ chính là ng ưng t o d u. Sau khi v ưt qua đưc ng ưng t o d u thì l ưng Hidrocacbua t o ra m nh m kho ng nhi t đ: T=90 0÷120 0C và khi vưt qua kho ng nhi t đ này thì l ưng Hidrocacbua đưc to ra dn dn gi m đi và kt thúc nhi t đ T = 170 0C . Khi v ưt quá nhi t đ T = 170 0 ÷ 220 0C → lưng Hidrocacbua d u t o ra là khơng đáng k , ch y u là to ra khí m và Condensate. Khi nhi t đ : T >220 0C thì bt đu bưc vào giai đon Metagenes (giai đon bi n ch t) thì sn ph m bi n đ i vt ch t hu cơ bây gi ch cịn là CH 4 và các khí chua nh ư: CO 2 , H 2S Kho ng đ sâu b t đ u t ng ưng t o d u cho đ n khi kt thúc quá trình to Hidrocacbua d u đưc g i là Pha t o d u chính (đi t o d u hay cịn g i là c a s t o du). Kerogen cĩ nh h ưng r t l n đ n s phân b ca đi t o du chính: ♦ Kerogen thu c lo i Sapropel : là s n ph m phân h y t đng – th c v t b c th p, đây là ngu n v t ch t h u c ơ cĩ ch t l ưng cao cĩ kh năng t o thành du m → kho ng t o du rng. ♦ Kerogen thu c lo i trung gian gi a Sapropel và Humic : thì ca s to du bt đ u mu n h ơn so v i Kerogen thu c lo i Sapropel nh ưng kt thúc vn gi ng nh ư ca s to du ca Kerogen thu c lo i này. ♦ Kerogen thu c lo i Humic : đi t o d u b thu h p h ơn, t c là bt đ u ca s to du mu n hơn nh ưng l i kt thúc sm h ơn ca s to du ca Kerogen thu c lo i Sapropel. ╚╚ Đi Ch t D u K50 # @ # @ # 2005 - 2010 ╝╝ 32