Evaluation of Mineralogical Composition and Organic Matter Content of Oil Shales by IR Microscopy

N. G. Tanykova; Таныкова Н. Г.; Yu. Yu. Petrova; Петрова Ю. Ю.; M. Yu. Spasennykh; Спасенных М. Ю.; E. A. Vtorushina; Вторушина Э. А.; M. G. Kul’kov; Кульков М. Г.; M. N. Vtorushin; Вторушин М. Н.; V. M. Kuklina; Куклина В. М.; S. V. Nekhoroshev; Нехорошев С. В.; E. V. Kozlova; Козлова Е. В.; Yu. V. Kostina; Костина Ю. В.

doi:10.31857/S0016752523030111

Оценка минералогического состава и содержания органического вещества пород нефтяных сланцев методом ИК-микроскопии

Авторы: Таныкова Н.Г.¹, Петрова Ю.Ю.¹, Спасенных М.Ю.¹^,2, Вторушина Э.А.³, Кульков М.Г.³, Вторушин М.Н.³, Куклина В.М.³, Нехорошев С.В.⁴, Козлова Е.В.¹^,2, Костина Ю.В.⁵
Учреждения:
1. Сургутский государственный университет
2. Сколковский институт науки и технологий
3. Научно-аналитический центр рационального недропользования им. В.И. Шпильмана
4. Ханты-Мансийская государственная медицинская академия
5. Институт нефтехимического синтеза им. А.В. Топчиева Российской академии наук
Выпуск: Том 68, № 3 (2023)
Страницы: 315-324
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0016-7525/article/view/134798
DOI: https://doi.org/10.31857/S0016752523030111
EDN: https://elibrary.ru/METNBQ
ID: 134798

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В работе на примере образцов контрастных по содержанию органического вещества осадочных пород – нефтяных сланцев баженовской свиты и песчаника тюменской свиты Западно-Сибирской нефтегазоносной провинции, показана возможность одновременного изучения минералогического и структурно-группового состава, а также полуколичественной оценки содержания минералов и органического вещества пород методом ИК-Фурье-микроскопии, используя полосы, характеризующие валентные колебания связей: Si–O и Al–O–Si глинистых минералов (990–1090 см^–1), Si–O–Si кварца (798 см^–1), \({\text{CO}}_{3}^{{2 - }}\) карбонатных минералов (1460 см^–1), а также валентных колебаний С–Н алифатических (2800–3000 см^–1) и С=С ароматических (1600–1650 см^–1) фрагментов, характеризующих органическое вещество. Полученные результаты хорошо согласуются с традиционными методами валового анализа пород: программируемого пиролиза, рентгенофазового и рентгенофлуоресцентного анализа. Метод ИК-Фурье-микроскопии предоставляет также возможность распределительного анализа поверхности образца с использованием цветного картирования, демонстрируя неоднородность состава пород нетрадиционных коллекторов на примере баженовской свиты. Кроме того, метод позволяет оценить зрелость органического вещества и остаточный генерационный потенциал породы, исходя из соотношения интенсивностей полос валентных колебаний связей алифатических и ароматических фрагментов.

Ключевые слова

ИК-Фурье-микроскопия, органическое вещество, минералы, нефтяные сланцы, нетрадиционные коллекторы

Список литературы

Вторушина Э.А., Булатов Т.Д., Козлов И.В., Вторушин М.Н. (2018) Современный метод определения пиролитических параметров горных пород. Геология нефти и газа. 2, 71-77.
Заворин А.С., Буваков К.В., Гладков В.Е., Красильникова Л.Г. (2006) Идентификация минеральных макрокомпонентов неорганической части Канско-Ачинских углей. Известия Томского политехнического университета. 309 (4), 123-129.
Петрова Ю.Ю., Таныкова Н.Г., Спасенных М.Ю., Козлова Е.В. (2020) Возможности метода ИК-спектроскопии в оценке нефтегенерационного потенциала нефтяных сланцев. Вестник Московского Университета. Серия 2. Химия. 61(1), 34-42.
Преч Э., Бюльманн Ф., Аффольтер К. (2006) Определение строения органических соединений. Таблицы спектральных данных. М.: Мир, 439 с.
Тараканова А.В., Кардашева Ю.С., Исиченко И.В., Анисимов А.В., Максимов А.Л., Караханов Э.А. (2016) Физико-химический анализ керогенсодержащей породы (горючего сланца). Вестник Московского Университета. Серия 2. Химия. 57(5), 356-363.
Ballard B.D. (2007, November) Quantitative mineralogy of reservoir rocks using Fourier transform infrared spectroscopy. In SPE Annual Technical Conference and Exhibition. OnePetro. SPE-113023-STU.
Cesar J., Quintero K. (2020) Organic geochemistry of kerogen from La Luna Formation, Western Venezuelan Basin, using diffuse reflectance–Fourier transform infrared spectroscopy (DRFTIR). Fuel. 282, 118805.
Chen J., Ping L., Jinchao L. (1998) Using kerogen FTIR parameters for determination of organic facies. Chin. Sci. Bull. 43, 681-684.
Chen Y., Mastalerz M., Schimmelmann A. (2014) Heterogeneity of shale documented by micro-FTIR and image analysis. J. Microsc. 256, 177-189.
Chen Y., Zou C., Mastalerz M., Hu S., Gasaway C., Tao X. (2015) Applications of Micro-Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) in the Geological Sciences – A Review. Int. J. Mol. Sci. 16, 30223-30250.
Christy A.A., Hopland A.L., Barth T., Kvalheim O.M. (1989) Quantitative determination of thermal maturity in sedimentary or-ganic matter by diffuse reflectance infrared spectroscopy of asphaltenes. Org. Geochem. 14, 77-81.
Espitalie J., Deroo G., Marquis F. (1985) La pyrolyse rock-eval et ses applications. Revue d’IFP. 40, 563-579.
Ganz H., Kalkreuth W. (1987) Application of infrared spectroscopy to the classification of kerogen-types and the evolution of source rock and oil shale potentials. Fuel. 66, 708-711.
Kayukova G.P., Mikhailova A.M., Feoktistov D.A., Morozov V.P., Vakhin A.V. (2017) Conversion of the organic matter of domanic shale and permian bituminous rocks in hydrothermal catalytic processes. Energy & Fuels. 31(8), 7789-7799.
Kister J., Guiliano M., Largeau C., Derenne S., Casadevall E. (1990) Characterization of chemical structure, degree of maturation and oil potential of Torbanites (type I kerogens) by quantitative FT-i.r. spectroscopy. Fuel. 69, 1356-1361.
Labus M., Lempart M. (2018) Studies of Polish Paleozoic shale rocks using FTIR and TG/DSC methods. J. Pet. Sci. Eng. 161, 311-318.
Landais P. (1995) Statistical determination of geochemical parameters of coal and kerogen macerals from transmission micro-infrared spectroscopy data. Org. Geochem. 23, 711-720.
Lin R., Ritz G.P. (1993) Reflectance FT-IR microspectroscopy of fossil algae contained in organic-rich shales. Appl. Spectrosc. 47, 265-271.
Lis G.P., Mastalerz M., Schimmelmann A., Lewan M.D., Stankiewicz B.A. (2005) FTIR absorption indices for thermal maturity in comparison with vitrinite reflectance R0 in type-II kerogens from Devonian black shales. Org. Geochem. 36, 1533-1552.
Petsch S., Berner R., Eglinton T. (2000) A field study of the chemical weathering of ancient sedimentary organic matter. Org. Geochem. 31, 475-487.
Pejcic B., Heath C., Pagès A., Normore L. (2021) Analysis of carbonaceous materials in shales using mid-infrared spectroscopy. Vibrational Spectroscopy. 112, 103186.
Rouchon V., Badet H., Belhadj O., Bonnerot O., Lavédrine B., Michard J.-G., Miska S. (2012). Raman and FTIR spectroscopy applied to the conservation report of paleontological collections: identification of Raman and FTIR signatures of several iron sulfate species such as ferrinatrite and sideronatrite. J. Raman Spectroscopy. 43(9), 1265-1274.
Singh A.K., Hakimi M.H., Kumar A., Ahmed A., Abidin N.S.Z., Kinawy M., El Mahdy O., Lashin A. (2020) Geochemical and organic petrographic characteristics of high bituminous shales from Gurha mine in Rajasthan. NW India. Sci. Rep. 10, 1-19.
Tanykova N., Petrova Y., Kostina J., Kozlova E., Leushina E., Spasennykh M. (2021) Study of organic matter of unconventional reservoirs by IR spectroscopy and IR microscopy. Geosciences. 11(7), 277. https://doi.org/10.3390/geosciences11070277
Taylor J.C. (1991) Computer programs for standardless quantitative analysis of minerals using the full powder diffraction profile. Powder Diffr. 6, 2-9.
Ufer K., Stanjek H., Roth G., Dohrmann R., Kleeberg R., Kaufhold S. (2008) Quantitative phase analysis of bentonites by the Rietveld method Clays Clay Miner. 56, 272-282.
Vakhin A.V., Onishchenko Y.V., Nazimov N.A., Kadyrov R.U. (2017) Thermal transformation of the mobile-hydrocarbon composition of domanik deposits of volga-ural oil-and gas-bearing province. Chem. Technol. Fuels Oils. 53, 511-519.
Volkov D.S., Rogova O.B., Proskurnin M.A. (2021) Organic matter and mineral composition of silicate soils: FTIR comparison study by photoacoustic, diffuse reflectance, and attenuated total reflection modalities. Agronomy. 11, 1879. https://doi.org/10.3390/agronomy11091879
Washburn K.E., Birdwell J.E., Foster M., Gutierrez F. (2015) Detailed description of oil shale organic and mineralogical heterogeneity via Fourier transform infrared microscopy. Energy Fuels. 29(7), 4264-4271.
Yarbrough L.D., Carr R., Lentz N. (2019) X-ray fluorescence analysis of the Bakken and Three Forks Formations and logging applications. J. Petrol. Sci. Eng. 172, 764-775.
Zhang P., Misch D., Hu F., Kostoglou N., Sachsenhofer R.F., Liu Zh., Meng Q., Bechtel A. (2021) Porosity evolution in organic matter-rich shales (Qingshankou Fm.; Songliao Basin, NE China): Implications for shale oil retention. Marine and Petroleum Geology. 130, 105139. https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2021.105139