Кероген – это продукт анаэробного (без кислорода) разложения органики. Под воздействием анаэробных бактерий (то есть бактерий, способных жить и работать без доступа кислорода), органические вещества и разложились до углеводородов. Конечный результат такого разложения – метан CH4.
А дело было так. Живые организмы, погибшие и опустившиеся на морское дно, попадали в такие условия, где они не могли распадаться далее в результате окисления (на морском дне кислорода нет). Отложения этих организмов образовали илистые осадки (то есть превращались в смесь органического вещества и минеральной породы).
Далее эти осадки проникли на большие глубины. Там, под влиянием давления и высокой температуры, в течение миллионов лет, проходил процесс, при котором содержащийся в осадках органические остатки мирно и анаэробно разлагались до углеводородов.
Так вот, сланцы представляют собой смесь минеральной породы - кварца или полевого шпата - с оным органическим веществом (керогеном). Качественным показателем газовой (или нефтяной) эффективности залежей сланца является содержание керогена, (углеродсодержащей органики).
Для дальнейшего разложения метана требуется кислород. Тогда CH4 + O2 = CO2 + H2O (углекислый газ + вода). При горении газ (метан СH4) выделяет 55 Мдж/кг энергии, что очень много (бензин – при сгорании дает 47 Мдж/кг, уголь – 30 Мдж/кг).
Оно и понятно, энергия выделяется при окислении, то есть соединении с кислородом. А на разрыв связи С-С энергия тратится. Но главное, энергии при окислении водорода выделяется больше, а окислении углерода выделяется меньше. Поэтому чем в углеводороде водорода больше, тем и энергии выделяется больше. Другими словами,чем длиннее углеводородная молекула, тем меньше энергии она выделяет при сгорании.
Причем сгорание метана - это идеально чистое экологически сгорание. Получается вода и углекислый газ и ничего больше.
Но в бескислородной среде органика вовсе не обязана разложиться полностью. При неполном разложении получается не метан, а нефть. Поэтому, строго говоря, между метаном и остальными углеводородами принципиальной разницы нет. Нечто газообразное органическое, но еще не разложившее до метана, называют газовым конденсатом (этан - С2Н6, пропан - С3Н8, бутан - С4Н10).
Если анаэробное разложение остановилось еще раньше, и образовался конгломерат органических продуктов разложения жидкой консистенции, то такая жидкость называется нефтью.
Другими словами, углеводороды с большими молекулами (высокомолекулярные) - это жидкие вещества, из них образовалась нефть. А низкомолекулярные углеводороды (у которых маленькие молекулы) - это газы. Газ образовался под воздействием более высоких температур и давлений, чем нефть.
Если разложение органики в анаэробных условиях останавливается уже насовсем ранних этапах, то продукты этого разложения твердые. Такие твердые продукты разложения органики называются уголь.
То есть, углеводороды или горючие полезные ископаемые – природный газ, нефть и каменный уголь, имеют, как и русские, украинцы и белорусы, общее происхождение.
Нефть делится согласно степени анаэробного разложения, то есть по удельному весу:
Нефть Относительная плотность, г/см3 Плотность API, °API
Легкая 0,800-0,839 36°-45,4°
Средняя 0,840-0,879 29,5°-36°
Тяжелая 0,880-0,920 22,3°-29,3°
Очень тяжелая 0,880-0,920 Менее 22,3°
Соответственно, из нефти получают:
а) Бензины, температура кипения которых – вплоть до 180 °С. Эта фракция содержит углеводороды с 5–9 атомами углерода.
б) Керосины, температура кипения которых находится в пределах 180–300 °С. Эта фракция содержит углеводороды с 10–16 атомами углерода.
в) Нефтяные остатки – мазут. Это смесь углеводородов с 17 углеродными атомами и выше. Кипит мазута при температуре 300 °С.
Для увеличения количества получаемого бензина более высококипящие фракции подвергают нагреванию для разрушения больших молекул до молекул, входящих в состав бензина. Эту технологическую операцию называют крекингом.
Крекинг при еще более высоких температурах (700–800 °С) называют пиролизом. В результате крекинга и пиролиза из мазута получается бензин и гудрон (используют для покрытия дорог).
Месторождения нефти и газа – это фактически одно и то же. В том смысле, что любое месторождение нефти содержит какое-то содержание нефти. И наоборот.
Углеводороды не лежат под землей в виде озер нефти или пузырей газа. Они были смешаны с водой и песком, которые постепенно просачивались сквозь пористые слои песчаников и известняков вместе с пузырьками газа. Часто смесь продвигалась сквозь породы под воздействием высокого давления.
Нефть и газ просачивались в пустоты между частицами осадочных пород, как вода проходит сквозь мочалку. Но рано или поздно на пути нефти и газа попадался слой породы, сквозь который они не смогли просочиться, - непроницаемой породы, не имевшие пор или трещин. Собственно, эта вышеупомянутая мною мочалка и является месторождением.
В разных породах сланцев доля керогена в породе может колебаться от 10 % до 65 % . Кроме того, при оценке месторождений нужно понимать, что объем доступного газа в сланцевом слое прямо пропорционален толщине слоя сланца. То есть, есть качественная характеристика пласта (определяется концентрацией керогена). И количественная характеристика пласта (толщина сланцевой породы, то есть, каков ее объем).
Плюс к этому в том же месте степень разложения органики может быть разной. Что-то разложилось до метана, а что-то только до угля. В угольных шахтах метан иногда ведет себя как шахид, соединяясь с воздухом в форме взрывов и пожаров, и унося жизни оказавшихся поблизости к этим взрывам и пожарам шахтеров.
Теперь. В земных недрах газ находится в микроскопических пустотах – полостях (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами — трещинами. По этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением.
Осадочные породы могут состоять из не сообщающихся совсем или состоящих из сообщающихся полостей (пор), заполненных газом (и нефтью). Степень сообщаемости полостей в породе может быть разной.
Именно степень сообщаемости (или не сообщаемости) полостей в породе называется «сланцеватостью»? То есть, сланцеватость – это способность раскалываться на тонкие параллельные пластинки образуя не сообщающиеся между собой полости (как в мочалке).
В сланцевых месторождениях сланцеватость высокая (мочалка). А в обычных газовых месторождениях газ содержится между песчинок, то есть полости между собой сообщаются (надутый шарик с песчинками внутри). Понятное дело, что качать газ или нефть из обычного месторождения легче и приятнее, чем из сланцевого. Там достаточно проткнуть надутый шарик скважиной – и газ или нефть пойдут по скважине вверх из-за положительного давления в пласте.
А на сланцевом месторождении для того, чтобы это произошло, необходимо соединить между собой изначально изолированные полости полости, содержащие газ (нефть).
Это было немного геологии и органической химии о сланцевой революции.
Главная | Регистрация | Вход
Я, Маковецкий Михаил Леонидович...
