البيروبيتومين

الموسوعة الحرة

البيروبيتومين نوع من المواد العضوية الصلبة غير المتبلورة . وهو غير قابل للذوبان في الغالب في ثاني كبريتيد الكربون والمذيبات العضوية الأخرى نتيجة للترابط الجزيئي ، مما يجعل المادة العضوية القابلة للذوبان سابقًا (مثل البيتومين ) غير قابلة للذوبان. [ 1 ] [ 2 ] ليست كل أنواع البيتومين الصلبة بيروبيتومين، فبعض أنواع البيتومين الصلبة (مثل الجيلسونيت ) قابلة للذوبان في المذيبات العضوية الشائعة، بما في ذلك ثاني كبريتيد الكربون.2 ،ثنائي كلورو الميثان،ومخاليطالبنزينوالميثانول.

بينما يكمن الفرق الأساسي بين البيتومين والبيتومين المُحَوَّل حراريًا في الذوبانية، فإن العمليات الحرارية التي تُحفز الترابط الجزيئي تُقلل أيضًا النسبة الذرية للهيدروجين إلى الكربون من أكثر من واحد إلى أقل من واحد، وصولًا إلى النصف تقريبًا. ومن الجدير بالذكر أن كلًا من الذوبانية والنسب الذرية للهيدروجين إلى الكربون تُشكلان سلسلة متصلة، وأن معظم أنواع البيتومين الصلب تحتوي على مكونات قابلة للذوبان وأخرى غير قابلة للذوبان. ويعتمد التمييز بين البيتومين المُحَوَّل حراريًا والكيروجين المتبقي في الصخور المصدرية الناضجة على أدلة مجهرية لتدفق السوائل داخل نسيج الصخر، وعادةً لا يتم تحديده.

يُستخدم مصطلحا البيتومين والبيتومين الحراري بتعريفات متقاربة في القشرة الأرضية وفي المختبر. ففي الجيولوجيا، يُعد البيتومين نتاج ترسب ونضج المواد العضوية. وتُعرف المادة العضوية القابلة للاستخلاص في صخور المصدر البترولية وصخور الخزانات باسم البيتومين. وعند تعرضه لدرجات حرارة إقليمية عالية على مدى فترات جيولوجية طويلة، يتحول البيتومين إلى بيتومين حراري نتيجةً للتفاعلات المنشطة حراريًا التي تُطلق منتجات نفطية وغازية أخف وزنًا، تاركةً وراءها بقايا غير قابلة للذوبان وغنية بالكربون. ويمثل البيتومين الحراري جزءًا كبيرًا من المصير النهائي لسوائل البترول المتكونة من الكيروجين خلال مرحلة التكوين. أما في المختبر، فتُجرى تجارب على صخور غنية بالمواد العضوية (مثل الصخور الزيتية وصخور المصدر البترولية)، حيث ينتج عن تحلل المادة العضوية غير القابلة للذوبان في البداية (المعروفة باسم الكيروجين) منتجات غازية وسائلة. ويُعرف السائل القابل للذوبان المتبقي في الصخر المُسخّن باسم البيتومين. عند تعرضه لمزيد من الحرارة، يستمر البيتومين في التطور ويتحول إلى بيروبيتومين ومزيد من النفط والغاز.

يُستخدم مصطلحا البيتومين والأسفلت غالبًا بشكل متبادل لوصف أشكال البترول شديدة اللزوجة إلى الصلبة التي استُخدمت في البناء منذ الألفية الخامسة قبل الميلاد. ويختلف البيتومين عن القطران ، الذي يُشير تحديدًا إلى منتج يتكون من التحلل الحراري ( التقطير الإتلافي ) للفحم أو الخشب. ويُطلق أحيانًا على القطران المُستخلص من البترول بالتقطير اسم البيتومين أو الأسفلت.

أصل الكلمة

يعود أصل مصطلح "البيتومين" إلى اللغة السنسكريتية ، حيث نجد كلمتي "جاتو" التي تعني "القار"، و"جاتو-كريت" التي تعني "صانع القار" أو "منتج القار" (في إشارة إلى الأشجار الصنوبرية أو الراتنجية). ويُزعم أن المقابل اللاتيني هو في الأصل "جويتو-مين" (المتعلق بالقار)، بينما يرى آخرون أنه "بيكستومينس" (الذي يُفرز أو يُصدر فقاعات من القار)، والذي تم اختصاره لاحقًا إلى "بيتومين".

تعريف

يُعرّف هانت [ 3 ] البيتومين بأنه مادة طبيعية ذات لون ولزوجة وتقلب متغيرة ، تتكون أساسًا من الكربون والهيدروجين. كما يُعرّف البترول بأنه شكل من أشكال البيتومين يكون غازيًا أو سائلًا في المكمن، ويمكن استخراجه عبر الأنابيب. وتتراوح أنواع البيتومين الأخرى من شديدة اللزوجة (مثل النفط الثقيل في أثاباسكا وفنزويلا، وحفر القطران في لا بريا ) إلى صلبة (مثل الجيلسونيت ، والأوزوسيريت ، والجراهاميت ، والإمبسونيت ). ويتكون البيروبيتومين نتيجة التحلل الحراري والترابط الجزيئي للبيتومين. ويتميز البيروبيتومين عن أنواع البيتومين الصلبة الأخرى المستخرجة من الصخور المصدرية الغنية بالكيروجين في المراحل المبكرة من النضج (مثل الجيلسونيت)، وعن أنواع البيتومين شبه الصلبة في الرمال النفطية عالية اللزوجة المتكونة بفعل غسل النفط التقليدي بالماء والتحلل البيولوجي (مثل رمال أثاباسكا البيتومينية )، وجميعها قابلة للذوبان في ثاني كبريتيد الكربون.

الشكل 2. نظام تصنيف البيتومين الصلب مقتبس من Curiale باستخدام تقنيات الجيوكيمياء العضوية الحديثة.

تصنيف

وُضعت أنظمة تصنيف قديمة لتصنيف البيتومين دون الاستفادة من المعرفة الواسعة بالكيمياء الجيولوجية العضوية التي تطورت على مدى الخمسين عامًا الماضية. عُرِّف البيروبيتومين في الأصل بأنه بيتومين صلب غير قابل للذوبان أو الانصهار. يوضح الشكل 1 نظام التصنيف الأصلي للبيتومين الصلب الذي وضعه أبراهام [ 4 ] ، والمقتبس من كوريالي [ 5 ] . ويشير كوريالي إلى أنه على الرغم من فائدة نظام التصنيف التاريخي في فرز مجموعات المتاحف، إلا أنه غير مفيد في تحديد العلاقات الجينية، واقترح التصنيف البديل الموضح في الشكل 2.

على الرغم من عدم وجود علاقة مباشرة بين أنظمة التصنيف الموضحة في الشكلين 1 و2، فإن أحد أنواع البيروبيتومين يُعدّ مجموعة فرعية من البيتومين الصلب الناتج عن التحلل الحراري للكيروجين والنفط. من بين 27 عينة فحصها كوريالي، تميزت عينات الإمبسونيت الثلاث بانخفاض الذوبانية (<3%) وانخفاض نسبة الهيدروجين إلى الكربون (<0.9)، وهي سمات مميزة للمواد العضوية الناضجة للغاية. كما احتوت هذه العينات على أدنى نسبة من الأسفلتين ، وأعلى نسبة من المركبات العطرية، وأعلى نسبة من المواد المتطايرة في الجزء الذائب. كذلك، تميزت رواسب الكربون المرتبطة بعقيدات اليورانيوم بانخفاض الذوبانية ونسبة الهيدروجين إلى الكربون الأقل من 1.0، وهي تُصنف ضمن البيروبيتومين ذي الأصل غير العضوي. وللمقارنة، تبلغ نسبة الهيدروجين إلى الكربون الذرية في قطران الفحم حوالي 0.8. [ 6 ]

في مجال جيوكيمياء البترول ، يُعرف البيروبيتومين بأنه بقايا النفط المتغير حراريًا والذي تكوّن سابقًا أثناء نضج الكيروجين، حيث هاجر جزء كبير منه وتراكم في مكامن النفط. تُظهر الدراسات البتروغرافية لمخلفات التحلل الحراري المائي، والتي تُعتبر محاكاة مخبرية جيدة لتكوين البترول الطبيعي، تكوّن شبكة بيتومينية متصلة خلال المراحل المبكرة من تحول الكيروجين، ويتحول جزء منها إلى بيروبيتومين عند التعرض لدرجات حرارة عالية. [ 7 ] يتوافق هذا التعريف مع تعريف البيروبيتومين الوارد في مسرد جمعية مهندسي البترول : "أسفلت صلب طبيعي داخل مسام الصخور. لا يتحرك عادةً ولا يدخل في التفاعل." [ 8 ] يستخدم هانت [ 9 ] هذا التعريف للمخلفات الناضجة حراريًا لحساب موازنات المواد لمصير النفط عند درجات نضج عالية جدًا، سواءً النفط المحتفظ به في الصخور المصدرية أو النفط المستخرج من المكامن. قام هوانغ بتوصيف البيروبيتومين في خزانات النفط الناضجة حرارياً. [ 10 ] وفي الآونة الأخيرة، يُعتقد أن البيروبيتومين المحتفظ به في الصخور المصدرية يلعب دوراً مهماً في تخزين وإنتاج الغاز الصخري . [ 11 ]

في عملية تقطير الصخر الزيتي، تحتوي بقايا البيروبيتومين على نسبة ذرية H/C تبلغ حوالي 0.5 وغالبًا ما يطلق عليها اسم الكوك ، [ 12 ] والتي لها نظير في إنتاج فحم الكوك البترولي والفحم عن طريق التقطير الإتلافي، على الرغم من أن بعض الباحثين، على سبيل المثال، وين وكوبيلينسكي، [ 13 ] استخدموا مصطلح البيروبيتومين بشكل غير مناسب كوسيط تفاعل بين الكيروجين والنفط لتمييزه عن البيتومين الطبيعي.

تتضمن بعض التعريفات القديمة للبيتومين الحراري الخث والليغنيت ، على الرغم من أن هذه المواد لم تتعرض إلا لتسخين جيولوجي طفيف مقارنةً بالتسخين اللازم لتكوين البيتومين السائل، ناهيك عن البيتومين الحراري. بالنسبة للمواد الصلبة المشتقة من الدبال في باطن الأرض، فإن موقعًا مماثلًا على مسار نضج الفحم يضعها عند الحد الأدنى في نطاق البيتومين متوسط ​​التطاير (أي، نسبة الهيدروجين إلى الكربون < 0.8، ونسبة الأكسجين إلى الكربون < 0.05، وانعكاس الفترينيت > 1.0%). [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] بالنسبة لأنظمة البترول، يذكر موخوبادياي [ 17 ] أن البيتومين الصلب يبدأ في التكون عندما يصل انعكاس الفترينيت إلى 0.45%، أي المراحل المبكرة من تحويل الكيروجين إلى نفط وغاز. يزداد انعكاس البيتومين مع نضجه، ويُعطي هوانغ وآخرون انعكاسًا مكافئًا للبيتومين بنسبة 0.6% لانعكاس الفترينيت بنسبة 1.0%، وهو ما يتوافق مع الحد الفاصل بين الأسفلت/الألبرتيت والإبي-إمبسونيت. على الرغم من أن التعريف القديم للبيتومين المُحَمَّض يشمل أنواع البيتومين الصلبة منخفضة النضج مثل الألبرتيت، فإن تعريفًا أكثر ارتباطًا بتكوين وتحلل النفط من الكيروجين يُعرّف البيتومين المُحَمَّض بأنه ذو نسبة هيدروجين إلى كربون أقل من 1.0. في الواقع، يُعرّف دليل المؤشرات الحيوية [ 18 ] البيتومين المُحَمَّض بأنه ذو نسبة هيدروجين إلى كربون أقل من 0.5، وهو ما يتوافق مع انعكاس الفترينيت بنسبة 2.0% تقريبًا، ورتبة فحم تتراوح بين البيتومين منخفض التطاير وشبه الأنثراسيت . وجد [ 10 ] أن ذوبانية البيتومين الصلب في الخزانات تنخفض إلى أقل من 50% عند انعكاس الفترينيت بنسبة 0.7%، وإلى أقل من 20% عند انعكاس الفترينيت بنسبة أكبر من 1.0%، حيث يتوافق انعكاس الفترينيت بنسبة 1.1% مع نسبة هيدروجين إلى كربون ذرية تبلغ 0.8. كما وجد وارنر وآخرون [ 19 ] بيتومينًا حراريًا في حقل تينغيز بنسبة هيدروجين إلى كربون تبلغ 0.8. وأشاروا أيضًا إلى أنه يتميز بانعكاسية عالية، بما في ذلك وجود نسيج انعكاسي فسيفسائي. وقد أسفرت عملية التحلل الحراري عن إنتاج بعض النفط المشابه للنفط الذي استُخلص منه. ويصف بوردناف [ 20 ] البيتومين الحراري بأنه ذو انعكاسية تتراوح بين 1.5 و2.5%، وإنتاجية تحلل حراري أقل من 80  ملغ هيدروكربون/غرام كربون عضوي. من هذه الأوصاف ودراسات الانحلال الحراري الأخرى، يتضح أن نسبة الهيدروجين إلى الكربون البالغة 0.5 التي قدمها بيترز تتوافق مع نهاية إنتاج الانحلال الحراري هذا، على الرغم من أن البيتومين يصبح غير قابل للذوبان، وبالتالي يصبح بيتومين حراري، قبل هذا النضج.

مراجع

  1. ↑ BP Tissot و DH Welte (1984) تكوين البترول ووجوده، الطبعة الثانية، Springer-Verlag، ص 460-463.
  2. ↑ JM Hunt, Petroleum Geochemistry and Geology, 2nd ed., Freeman, 1996, p. 437.
  3. ↑ JM Hunt, Petroleum Geochemistry and Geology, 1st ed., Freeman, 1979, p. 28, 546.
  4. ^ هـ. أبراهام (1945) الأسفلت والمواد المرتبطة به، فان نوستراند راينهولد، الصفحة 62.
  5. ↑ JA Curiale، أصل البيتومين الصلب، مع التركيز على نتائج المؤشرات البيولوجية، Org. Geochem. المجلد 10، الصفحات 559-580، 1986.
  6. ↑ E. Fitzer, KH Dochling, H. P Boehm, and H. Marsh, “Recommended terminology for the description of carbon as a solid,” Pure Appl. Chem., Vol. 67, pp. 473–506, 1995.
  7. ↑ MD Lewan, “دراسة بتروغرافية لهجرة البترول الأولية في طفل وودفورد والوحدات الصخرية ذات الصلة،” في (تحرير ب. دوليجيز) هجرة الهيدروكربونات في الأحواض الرسوبية، منشورات تكنب، باريس، ص 113-130.
  8. ↑ http://www.spe.org/glossary/wiki/doku.php/terms:pyrobitumen ، تم تنزيله في 2 يناير 2014.
  9. ↑ JM Hunt, Petroleum Geochemistry and Geology, 2nd ed., Freeman, 1996, p. 597.
  10. 1 2 R. J. Hwang, SC Teerman, RM Carlson, “المقارنة الجيوكيميائية للبيتومين الصلب للخزانات ذات الأصول المتنوعة،” Org. Geochem. المجلد 29، الصفحات 505-517، 1998.
  11. ↑ RG Loucks, RM Reed, SC Ruppel, and DM Jarvie, “Morphology, genesis, and distribution of nanometer -scale pores in siliceous mudstones of the Mississippian Barnett Shale ,” J. Sed. Res., Vol. 79, pp. 848–861 (2009).
  12. ↑ AK Burnham و JA Happe، "حول آلية التحلل الحراري للكيروجين"، Fuel، المجلد 63، 1353-1356، 1984.
  13. ↑ CS Wen و R Kobylinski، "تحويل الصخر الزيتي في درجات الحرارة المنخفضة"، الوقود، المجلد 62، الصفحات 1269-1273 (1963)
  14. ↑ JT McCartney و S. Ergun، "الخواص البصرية للجرافيت والفحم"، الوقود، المجلد 37، الصفحات 272-281، 1958.
  15. ↑ W. Kalkreuth, M. Steller, I. Wieschenkamper, and S. Ganz, “الخصائص البتروغرافية والكيميائية للفحم الكندي والألماني فيما يتعلق بإمكانية استخدامه. 1. الخصائص البتروغرافية والكيميائية للفحم الخام،” Fuel, Vol. 70, 683–694, 1991.
  16. ↑ JT McCartney و M. Teichmuller، "تصنيف الفحم وفقًا لدرجة التفحم عن طريق انعكاس مكون الفترينيت"، الوقود، المجلد 51، الصفحات 64-68، 1972.
  17. ↑ PK Mukhopahyay، "نضج المادة العضوية كما كشفت عنه الطرق المجهرية: تطبيقات وقيود انعكاس الفترينيت ، والتحليل الطيفي المستمر والنبضي للفلورة الليزرية ، "في التكوين، الجزء الثالث. التطورات في علم الرسوبيات، المجلد 47، الصفحات 435-510، 1992.
  18. ↑ KE Peters, CC Walters, JM Moldowan, The Biomarker Guide, Cambridge University Press, 2005, p. 1155.
  19. ↑ JL Warner, DK Baskin, RJ Hwang, RMK Carlson, ME Clark, Geochemical Ividence for Two Stages of Hydrocarbon Emplacement and the Origin of Solid Bitumen in the Giant Tengiz Field, Kazagging, in PO Yilmaz and GH Isaksen, eds., Oil and gas of the Greater Caspian area: AAPG Studies in Geology 55, 2007, pp. 165–169.
  20. ↑ ML Bordenave، الكيمياء الجيولوجية البترولية التطبيقية، منشورات تكنب، باريس، 1993، ص 106، 159.