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Mar 10, 2024

Generazione precoce della porosità in organico

Scientific Reports volume 13, numero articolo: 9904 (2023) Cita questo articolo 652 Accessi Dettagli metriche L'elevato contenuto di zolfo organico totale (TOS) (ad esempio, cherogeno di tipo IIS) è ben noto a

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 9904 (2023) Citare questo articolo

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È noto che un elevato contenuto di zolfo organico totale (TOS) (cioè kerogene di tipo IIS) influenza in modo significativo la trasformazione del kerogene, ma l'effetto del contenuto di TOS sull'evoluzione della porosità organica è stato studiato solo raramente e indirettamente. Questo studio dimostra che la porosità organica viene generata a una maturità termica inferiore nei mudstones contenenti kerogene di Tipo IIS rispetto a quelli con kerogene di Tipo II. A nostra conoscenza questo fenomeno non è stato dimostrato in precedenza. Le implicazioni sono rilevanti per la caratterizzazione delle rocce argillose ricche di sostanza organica come rocce di copertura, serbatoi di idrocarburi e serbatoi di smaltimento di CO2 o scorie nucleari poiché i sistemi di pori controllano i volumi di stoccaggio e il flusso del fluido della matrice. Cinque campioni di carota termicamente immaturi sono stati selezionati da tre unità di pietra argillosa ricche di sostanza organica con un contenuto di TOS da basso ad alto: la formazione Duvernay del tardo devoniano (Canada), la formazione Onnagawa del medio tardo miocene (Giappone) e il membro Gordondale del primo giurassico della formazione Fernie (Canada ). La pirolisi idrata è stata utilizzata per maturare artificialmente le divisioni dei campioni immaturi in quattro stadi di maturità, su cui sono state misurate le proprietà petrofisiche e geochimiche organiche e confrontate con i campioni immaturi di base. La maggior parte della crescita della porosità nei campioni di Tipo IIS si è verificata al di sotto dello 0,70% VRoeqv, ma nei campioni di Tipo II è stata più ampia e robusta fino all’1,1% VRoeqv.

La porosità ospitata dalla materia organica (OM) ("porosità organica") nei giacimenti di petrolio e gas di scisto autoprovenienti e non convenzionali prevale tipicamente sulla porosità inorganica e come tale può influenzare in modo critico il volume di stoccaggio degli idrocarburi, la capacità di adsorbimento, la permeabilità e la bagnabilità1,2 . La porosità organica diventa dominante poiché la diagenesi dell'interramento elimina gran parte della porosità inorganica primaria attraverso la compattazione, il riorientamento dei grani, la deformazione duttile3,4,5 e la cementazione6,7,8,9,10, mentre la porosità organica secondaria viene creata attraverso la trasformazione dei materiali convertibili cherogeno e bitume in idrocarburi liquidi e gassosi11,12,13,14,15,16,17,18. Inoltre, i pori inorganici possono essere ampiamente occlusi quando bitume e olio viscosi migrano in tali pori e poi subiscono un cracking termico secondario in idrocarburi fluidi più leggeri e bitume solido residuo e pirobitume14,16,19,20,21,22,23,24. Tuttavia, variazioni significative nel volume dei pori organici, nella distribuzione delle dimensioni dei pori e nella morfologia sono state documentate ad ogni scala osservabile.

Il controllo di primo ordine sulla porosità organica è la maturità termica. La porosità primaria del kerogene tende a compattarsi e/o occludersi, ma la trasformazione del kerogene e del bitume in idrocarburi liquidi e gassosi genera un'estesa porosità secondaria nel solido residuo OM11,12,13,14,15,16,25,26. Il controllo secondario sulla porosità organica è lo stress efficace. In assenza di una matrice minerale sufficientemente rigida, il sovraccarico o lo stress tettonico comprimeranno l’OM, espelleranno gli idrocarburi liquidi e ridurranno la porosità ospitata dall’OM7,25,26,27,28,29. Infine, lo sviluppo della porosità organica è influenzato anche dal tipo e dalla composizione dell'OM, ​​più facilmente osservabile come assenza di porosità secondaria in alcuni zooclasti come chitinozoo e graptolite30,31 e OM terrestre (cioè vitrinite e inertinite)32. Esiste una vasta letteratura che dimostra che un elevato contenuto di zolfo organico totale (TOS) (ovvero, kerogene di tipo IIS) influenza in modo significativo la cinetica di trasformazione del kerogene33,34,35,36,37,38,39, tuttavia l'effetto del contenuto di TOS sulla porosità organica l’evoluzione è stata studiata solo raramente e indirettamente40.

Questo studio ha studiato l'influenza del contenuto di TOS sull'evoluzione della porosità organica e del bitume solido che occlude i pori utilizzando la pirolisi idrata (HP) per maturare artificialmente una serie di argille immature ricche di elementi organici con una gamma di contenuti di TOS e successivamente accertare i cambiamenti nelle rispettive proprietà geochimiche e petrofisiche. La motivazione di questa ricerca era quella di delineare ulteriormente i controlli compositivi dell’OM sull’evoluzione del sistema dei pori e fornire informazioni per la valutazione degli scisti con kerogene di tipo IIS come rocce di copertura, serbatoi di idrocarburi non convenzionali e serbatoi di stoccaggio di CO2 o scorie nucleari. Cinque campioni di carota termicamente immaturi sono stati selezionati da tre unità di pietra argillosa ricche di sostanza organica, che in ordine crescente del contenuto di TOS erano la formazione Duvernay del tardo devoniano (Canada), la formazione di Onnagawa del miocene medio-tardivo (Giappone) e il Gordondale del giurassico inferiore (ex Nordegg) membro della Formazione Fernie (Canada).