Изучение возможности переноса компонентов нефти в среде сверхкритического флюида

формирования древних ареалов рассеяния кимберлитовых минералов // Сов. геология. — 1984. — №6. — С. 92—98.

5. Харькив А.Д. Минералогические основы поисков алмазных месторождений. — М.: Недра, 1978. — 136 с.

6. Боткунов А.И. Изменения спутников алмазов в процессе аллювиального переноса // Геология и полезные ископаемые Восточной Сибири. — Новосибирск: Наука, 1985. — С. 180— 182.

7. Дак А. И. Минералы-индикаторы кимберлитов из коренных источников и россыпей Анабаро-Оленекского междуречья в связи с проблемой прогнозирования и поисков алмазных ме-

сторождений // Дисс. канд. геол.-мин. наук. — Новосибирск, 1997.

8. Антипин И.И. Совершенствование методических приемов обнаружения и локализации ореолов индикаторных минералов при поисках погребенных кимберлитовых тел // Автореф. дисс. канд. геол.-мин. наук. — Мирный, 1998.

9. Афанасьев В.П., Никояенко Е.И., Тычков Н.С. и др. Механический износ индикаторных минералов кимберлитов: экспериментальные исследования // Геология и геофизика. — 2007. — Т. 42. — №2. — С. 120—127.

УДК 553.982.2

Изучение возможности переноса компонентов нефти в среде сверхкритического флюида

С. Х. Лифшиц, О. Н. Чалая, Е. С. Хлебный, А. А. Шеин

Экспериментально показана возможность растворения и переноса компонентов нефти в потоке сверхкритического флюида на примере сверхкритической СО -экстракции. В экспериментах с нефтяным мазутом сверхкритический СО2 преимущественно растворял углеводородную фракцию и небольшое количество асфальтово-смолистых компонентов. Реликтовые углеводороды, такие, как 12- и 13-метилалканы, гопаны, стераны хорошо растворялись и переносились сверхкрити-ческим СО2, что позволяет объяснить существование генетической связи между исходным органическим веществом и образующейся нефтью. Таким образом, можно предположить, что в процессах нефтеобразования миграция микронефти и аккумуляция ее в залежь идут в потоке глубинных флюидов, находящихся в сверхкритическом состоянии.

A possibility of dissolution of oil components and their transport in a supercritical fluid is experimentally shown with the example of a supercritical СО-extraction. Supercritical СО2 mainly dissolved hydrocarbons and some quantity of asphalt-resin components from mazut. Relict hydrocarbons like 12- and 13-methylalkanes, hopanes and steranes dissolved well and were carried by supercritical CO2. That allows to explain genetic relatioship between original organic substance and formed oil. So it could be assumed that in oil generation processes microoil dissolves and migrates to a reservoir in the stream of a deep fluid in the supercriticality.

Ключевые слова: нефть — образование, миграция, аккумуляция, сверкритическая СО2-экстракция.

Одним из наиболее дискуссионных вопросов в осадочно-миграционной концепции происхождения нефти является механизм миграции нефти из нефтематеринских свит и аккумуляции ее в местах скоплений. Процессы первичной и особенно вторичной миграции, ведущие, в конечном счете, к образованию залежей нефти и газа, идут в противовес законам диффузии и должны включать механизмы концентрирования рассеянных нефтеподобных веществ. Существуют различные гипотезы возможного переноса микронефти в водных, сжатых газовых, парогазовых, коллоидных растворах, отжимания нефти из пластов при их уплотнении, вынос нефти за счет разрывных деформаций пласта под воздействием высоких давлений образовавшихся летучих углеводородов [1]. Однако неспособность осадочно-миграционной концепции достаточно обоснованно объяснить многие спорные моменты привела к тому, что в настоящее время опять широко дискутируются возможности образования нефти из неорганического углерода, точнее — из глубинного углерода [2]. Развитию этих теорий способствует установление связи между месторождениями нефти и глубинными разломами земной коры, по которым может

осуществляться внедрение в осадочные породы магматического тепла и глубинных флюидов.

Основными компонентами глубинных флюидов являются СН4, СО2, Н2, Н2О. Как уже указывалось нами [3], в условиях главной фазы нефтеобразования (1,5^3—5 км, 110±45оС) метан и двуокись углерода находятся в сверх-критическом состоянии, а Н2 и Н2О могут легко растворяться в сверхкритических средах. Сверхкритические среды, характеризующиеся исключительно низкой вязкостью и повышенной диффузионной способностью, обеспечивают высокую скорость протекания химических реакций. Кроме того, они обладают способностью эффективно растворять как жидкие, так и твердые органические вещества. Таким образом, глубинный флюид, находящийся в сверхкритическом состоянии, может полностью или частично пронизывать осадочные породы, преобразуя кероген, растворяя битуминозные вещества и вынося их через микропоры и микротрещины нефтематеринских пород по породам-проводникам к коллекторам, где вследствие падения давления будет осуществляться разгрузка флюида с выделением фазы жидкой нефти.

Для проверки данной гипотезы были поставлены эксперименты по возможности переноса углеводородов в

ЛИФШИЦ Сара Хаимовна — к.х.н., с.н.с., в.н.с. ИПНГ СО РАН; ЧАЛАЯ Ольга Николаевна — к.г-м.н., с.н.с., зав. лаб. ИПНГ СО РАН; ХЛЕБНЫЙ Ефим Сергеевич — к.б.н., н.с. ИБПК СО РАН; ШЕИН Алексей Анатольевич — к.б.н., н.с. ИБПК СО РАН.

ЛИФШИЦ, ЧАЛАЯ и др.

щество, и далее через систему узких металлических труб с вентилями в приемник (испаритель). Приемник нагревался водой, подогреваемой в термостате до 90—95оС. При этом диоксид углерода испарялся. Газ поднимался вверх и попадал в конденсатор, снабженный змеевиком, по которому пропускалась холодная водопроводная вода. В результате охлаждения газообразный СО2 конденсировался и переходил в сверхкритическое состояние, что визуально можно было наблюдать в смотровом окошке. Минуя смотровое окошко, сверхкритический флюид опускался в экстрактор, где и осуществлялся процесс сверх-критической экстракции. Далее флюид попадал в приемник, в результате нагрева которого двуокись углерода испарялась. То есть флюид переходил в двухфазное состояние с образованием газообразного СО2 и выделением в приемнике экстрагируемых веществ. За счет перепада температур в приемнике и конденсаторе в системе устанавливалось давление 85^90 атм.

Таким образом, была создана замкнутая система с циркулирующим флюидом, позволяющая проводить сверхкритическую экстракцию в проточном режиме и режиме настаивания.

Объектом для сверхкритической экстракции был выбран мазут талаканской нефти. Важно было выяснить, насколько возможен перенос нефтяных компонентов из системы, лишенной легколетучих соединений и обогащенной в сравнении с нефтью высокомолекулярными углеводородами, смолами и асфальтенами — наименее растворимыми компонентами. Эксперимент длился 30 часов: в дневное время в проточном режиме, ночью в режиме настаивания. Ночью нагрев отключался, давление постепенно падало до 55^60 атм, и, фактически, в это время система находилась в предкритическом состоянии. По окончании эксперимента приемник был извлечен из установки. Вся его емкость (7 мл) была заполнена водой и маслянистой жидкостью. Как выяснилось, исходный мазут содержал воду (1,5%). Таким образом, органические компоненты мазута и вода растворились в сверхкритиче-ском диоксиде углерода и были перенесены флюидом в

среде сверхкритического флюида. Для создания сверх- приемник. Экстрагированная органическая фракция со-

критической среды выбран диоксид углерода, поскольку ставила по весу 0,1% от исходного мазута, имелажелтый

цвет и напоминала углеводородную фракцию нефти.

он является одним из основных компонентов глубинных

- тл Экстракт изучался методами ИК-спектроскопии, жид-

флюидов. Кроме того, он не горюч и не взрывоопасен.

костно-адсорбционной хроматографии и хроматомасс-Принципиальная схема установки по сверхкрити- спектрометрии. В таблице приведены данные группового ческой экстракции приведена на рис. 1 Через вентиль компонентного состава исходного мазута и экстрагиро-

высокого давления установку соединяли с баллоном со ванной органической фракции. Видно, что экстракт, в сжиженным диоксидом углерода, который, после запол- сравнении с мазутом, обогащен углеводородной фрак-

нения установки СО2, перекрывали. По узким металли- цией, однако небольшое количество смол и асфальтенов ческим трубкам СО2 попадал в экстрактор емкостью 1 л, также участвовало в массопереносе в среде сверхкрити-куда предварительно было загружено экстрагируемое ве- ческого флюида.

Таблица

Групповой компонентный состав исходных и конечных продуктов сверхкритической экстракции

Образец Содержание, %

углеводороды смолы асфальтены

бензольные спирто-бензольные

Мазут 57,6 9,4 23,8 9,2

Экстракт 75,1 8,5 15,1 1,3

Рис. 1. Принципиальная схема установки по сверхкритической экстракции.

ЕХ — экстрактор. ІР — испаритель (приемник). КЯ — конденсатор. БО — окно смотровое. БЬ — смеситель. БЯ — загрузочное устройство. ТБ — термостат. В — баллон с СО2. ¥№^¥N7, ¥N9, ¥N10 — вентили запорные с ручным приводом Би=6 мм, Р аб=400 кГс/см2. ¥N8 — вентиль запорный Би=6 мм. ¥П1 и ¥П2 — вентили запорные муфтовые Би=15 мм, ГОСТ 1872273. РБ — манометр, показывающий 0-100

Рис. 2. Масс-хроматограммы углеводородных фракций юооооо мазута (А) и экстракта (В). С —С27 — нормальные ал-каны, i — изопреноиды, * — 12- и 13-метилалканы пте~

Представленная на рис. 2 масс-хроматограмма углеводородной фракции исходного мазута (А) характеризуется на выходе высоким горбом, что может говорить об ее обогащенности, по сравнению с углеводородной фракцией сверхкритического экстракта (В), высокомолекулярными нафтеново-ароматическими соединениями. О незначительном содержании ароматических структур в составе сверхкритического экстракта свидетельствует и низкая интенсивность полосы поглощения 1600 см-1 в ИК-спектре образца.

В распределении н-алканов соотношение углеводородов, содержащих нечетны к четным количествам атомов углерода (нч/ч), в обоих случаях близко к единице. А соотношение низко- и среднемолекулярных углеводородов к высокомолекулярным в сверхкритическом экстракте в два раза выше, чем в исходном мазуте. Т.е. более легкие углеводороды в первую очередь растворяются в сверхкритическом флюиде. Сверхкритический экстракт, в сравнении с мазутом, также был в 1,5 раза обогащен изопреноидными углеводородами, особенно фитаном. Реликтовые углеводороды древних нефтей востока Сибирской платформы (12- и 13-метилалканы), а также по-лициклические углеводороды гопанового и стеранового ряда присутствовали в экстракте. То есть, эти биомаркеры способны хорошо растворяться в среде сверхкри-тического флюида и переноситься им вместе с другими углеводородами к месту разгрузки флюида, что позволяет объяснить существование генетической связи между

исходным органическим веществом и аккумулирующейся нефтью.

Таким образом, экспериментально показана возможность миграции нефтяных углеводородов в сверхкри-тической среде на примере сверхкритической СО2-эк-стракции.

Литература

1. Максимов С.П., Еременко Н.А., Симоненко В.Ф. Состояние изученности проблемы первичной миграции нефти и газа // Энергия и механизм первичной миграции углеводородов. — М.: Наука, 1988. — С. 5—22.

2. Пиковский Ю.И. Проблема нефтегазонакопления: выход из тупика? (К дискуссии о происхождении нефти и природного газа) // Генезис углеводородных флюидов и месторождений. — М.: ГЕОС, 2006. — С. 38—46.

3. Лифшиц С.Х. Модель механохимического преобразования рассеянного органического вещества осадочных пород в сверхкритической среде глубинных флюидов как возможный механизм образования нефти //Наука и образование. — 2007. — №2. — С. 150—155.