Kerogen: from Types to Models of Chemical Structure

Abstract

Résumé -Les kérogènes : de la notion de types aux modèles de structure chimique -Le but de cet article est de présenter, à travers une revue des développements conceptuels et analytiques en géochimie dans la période , les principales étapes qui ont conduit, à travers la préparation et l'analyse des kérogènes d'une part, et l'étude de systèmes pétroliers de référence d'autre part, aux notions de types, chemins d'évolution et modèles statistiques de structure chimique des kérogènes. Le kérogène est défini comme la matière organique des sédiments qui produit le pétrole, opposant ainsi le pétrole, soluble dans les solvants organiques courants, à son complément insoluble. Ce kérogène étant une matière organique complexe intimement mélangée aux minéraux des sédiments, la première tâche a été de mettre au point un protocole fiable pour son isolement, permettant ensuite son étude par des méthodes physicochimiques variées. En parallèle, le développement des permis d'exploration pétrolière, donnant accès aux échantillons de forage, permettait la comparaison géochimique de divers systèmes pétroliers. Les comparaisons furent faites non seulement entre les compositions chimiques des huiles, roches mères et kérogènes, mais aussi sur l'époque de production du pétrole. La notion de cinétique de craquage du kérogène en pétrole résultant de ces études de systèmes pétroliers, associée à l'observation d'une compensation des facteurs temps et température, conduisit à utiliser la pyrolyse en laboratoire pour évaluer le potentiel pétrolier restant à produire par le kérogène, et donc, à la construction de l'appareil Rock-Eval. Au milieu des années 1970, les principaux paramètres géochimiques des kérogènes de certaines séries pétrolières de référence étaient disponibles pour la définition des notions de type et de chemin d'évolution des kérogènes au cours de l'enfouissement géologique des sédiments. Un pas important dans la connaissance de la composition chimique du kérogène fut franchi dans les années 1980 avec l'utilisation de nouvelles techniques de pyrolyse analytique et préparative, et leur couplage avec différents détecteurs. Les produits de pyrolyse, considérés comme briques élémentaires issues du craquage thermique du kérogène, pouvaient ainsi être analysés et quantifiés au niveau moléculaire, sans les problèmes de représentativité rencontrés avec l'analyse des extraits naturels et dus aux pertes de composés volatils et de produits ayant migré hors des roches mères. Le développement parallèle de la résonance magnétique nucléaire du 13 C en phase solide permit l'analyse et la quantification des diverses formes du carbone et de son environnement chimique dans le kérogène, ce qui n'était pas possible auparavant sous forme quantitative par la spectroscopie infrarouge ou ultraviolette. L'analyse quantitative des briques moléculaires et des groupes fonctionnels qui les assemblaient dans le kérogène permit ainsi d'élaborer des modèles moléculaires statistiques de kérogènes dans le but de visualiser l'ensemble de leur composition atomiq...

Novel molecular simulation process design of adsorption in realistic shale kerogen spherical pores

“…The reconstruction for a group of kerogen molecules should be based on the experimental results of their molecular weight, elemental composition and functional group spectrum. The kerogen molecule model used in the present work has been reported by Vandenbroucke [31] and Collell et al [7], which describes the coal-like kerogen sourced from liptinitic at the end of catagenesis. The element ratios are: H/C: $0.5, O/C: $0.02, S/C: $0.005, N/C: $0.005.…”

“…spectroscopy and 13 C NMR [31]. Combining organic matter molecular reconstruction and various molecular simulation techniques can improve findings on adsorption in shale organic matter.…”

Methanogenic microbial community of the Eastern Paris Basin: Potential for energy production from organic-rich shales

“…3). Indeed, some samples present very low HI values comparable to values obtained from coal (type III) samples, whereas the others correspond to type II organic-rich rocks, as expected for Lower Toarcian shales of the Paris Basin (Durand, 2003;Vandenbroucke, 2003). At the local scale, large differences in OM quality (i.e., TOC, HI and OI) can be observed along the core (Fig.…”

A general framework for the simulation of geochemical compaction

“…We deal with a simplified chemical kinetic in which a single type of kerogen generates one type of oil, yet this model can be extended to more complex kinetics. For a detailed description of the different types of kerogen and the kinetic cracking of kerogen into oil, see [26].…”