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La présente invention se rapporte à une méthode de détermination de la teneur en carbone organique de roches brutes et similaires. Elle se rapporte plus particulièrement à une méthode rapide de détermination de la teneur en carbone organique sur base de faibles prélèvements de roches brutes
et similaires.
,fil Cette méthode a une large gamme d'applications pratiques. Elle convient notamment pour l'évaluation de sédiments géologiques, à partir de prélèvements qui peuvent être effectués en surface ou dans un puits de forage, sur des déblais ou sur des carottes de forage.
Parmi les paramètres géochimiques à évaluer lors d'un forage pétrolier, un des plus importants est certainement la quantité de matière organique disponible, tant soluble qu'insoluble. La teneur en carbone organique d'une roche à kérogène, qui représente la matière organique insoluble étroitement associée
à celle-ci, aurait avantage à être déterminée et visualisée à l'aide d'un diagraphe sur le site même d'un forage pétrolier.
Jusqu'à présent, la teneur en carbone organique a toujours été déterminée par une méthode très longue qui nécessite au préalable des traitements
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attaque à l'acide pour l'élimination des carbonates; l'échantillon est alors soumis à une pyrolyse en présence d'un catalyseur et l'on dose le gaz carbonique libéré par la matière organique. Il est évident qu'avec une telle méthode, il faut éliminer complètement les carbonates présents dans la roche, car ils libèrent également du gaz carbonique mais qui n'est pas représentatif du carbone organique de la roche. La durée de ces diverses opérations est d'au moins une journée et l'on comprend aisément l'intérêt qu'il y aurait de posséder un procède
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On a déjà proposé une méthode de dosage du gaz carbonique sur des sédiments géologiques qui n'ont subi aucun traitement physico-chimique, en effectuant la pyrolyse des sédiments entre des limites de température bien précises, c'est-à-dire entre 150 et 400[deg.]C. Cette méthode du dosage du gaz carbonique avec des échantillons non traités ne convient pas pour déterminer la teneur en carbone organique. Elle donne seulement des indications sur l'état de diagenèse de la matière, car le dosage du gaz carbonique libéré ne permet pas d'établir une corrélation avec la teneur en carbone organique total de la matière.
La présente invention fournit une méthode permettant d'obtenir en une dizaine de minutes, la teneur en carbone organique de roches, sédiments et similaires, à partir d'échantillons bruts, dont le poids ne dépasse pas quelques milligrammes; et qui ne doivent subir aucun traitement préalable physico-chimique, si ce n'est un broyage de la roche.
On a maintenant trouvé que la teneur en carbone organique de roches, sédiments et similaires, et la quantité de benzène résultant de la pyrolyse de ces mêmes matières, sont deux grandeurs corrélables linéairement.
La méthode de la présente invention pour la détermination de la teneur en carbone organique de roches, sédiments et similaires, bruts est caractérisée en ce qu'elle consiste à peser un échantillon de matière brute préalablement broyée, à effectuer un balayage d'un four de pyrolyse à l'aide d'un gaz inerte, à intro-
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phère inerte à une température comprise entre 400 et 1.000[deg.]C, à effectuer ensuite un balayage du four de pyrolyse par un gaz inerte pour entraîner les produits
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des produits de pyrolyse et à introduire la valeur trouvée dans une relation préalablement établie donnant la teneur en carbone organique exprimée en % en poids en fonction de cette teneur en benzène exprimée an ppm.
Un des avantages de la présente invention réside dans le fait que
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chimique à l'exception d'un simple broyage, ce qui peraet d'éviter les nombreuses pertes de temps dues aux traitements préalables, nécessaires avec les autres méthodes. De plus, la présence des carbonates n'est pas gênante pour la détermination de la teneur en benzène, alors qu'ils devaient être complètement éliminés dans les procédés antérieurs pour la détermination de la teneur en carbone organique. De plus, le dosage du benzène, par exemple par pyrochromatographie, peut se faire sur le site même d'un forage pétrolier; chaque mesure ne prend guère plus d'une dizaine de minutes et, dès lors, on peut obtenir uns représentation graphique montrant l'évolution du pourcentage an poids de carbone.
organique contenu par exemple dans différents sédiments rencontrés en fonction de la profondeur d'un forage.
D'autre part, cette méthode peut être appliquée à une large gamme de matières brutes et elle a par conséquent un domaine étendu d'applications.
On peut ainsi caractériser les matériaux les plus divers, à l'état brut, comme des échantillons de sols, des sédiments récents, des roches non sédimentaires, des agglomérés et similaires. Il en résulte que la méthode de la présente invention peut être appliquée à la prospection de surfaces à des fins pétrolières et minières, et également à d'autres fins, comme par exemple la détection de pollution.
L'appareil utilisé consiste, dans ses parties essentielles, en un four de pyrolyse relié à un� colonne de chromatographie en phase gazeuse. La température du four de pyrolyse est comprise généralement entre 400 et 1.000[deg.]C. Cette pyrolyse est effectuée sous courant de gaz inerte tel que argon, hélium, azote ... Elle peut être effectuée sur n'importe quel échantillon de matières brutes.
La méthode de la présente invention permet notamment de déterminer la teneur en carbone organique de sédiments géologiques bruts dans des limites relativement larges. Elle est de préférence appliquée quand cette teneur est
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d'intérêt du point de vue pétrolier.
La relation linéaire établie entre la teneur en benzène des produits de pyrolyse et la teneur en carbone organique de la matière étudiée résulte de l'analyse de plusieurs centaines d'échantillons pour lesquels on a déterminé la teneur en benzène après pyrolyse et la teneur en carbone par une méthode classique. Cette relation est du type y = ax + b. Les coefficients a et b dépendent non seulement du nombre d'échantillons traités mais également de l'appareillage et de la température de pyrolyse.
<EMI ID=8.1> à titre d'illustration et ne comportant aucun caractère limitatif. Pour cette description, on se réfère aux dessins ci-annexés, où :
Fig. 1 donne une représentation schématique de l'appareillage utilisé, Fig. 2 représente le chromatogramme des produits de pyrolyse d'une roche brute, Fig. 3 donne une courbe d'étalonnage du chromatographe, qui permet de déterminer la teneur en benzène de la roche analysée en fonction de l'aire du pic correspondant au benzène du chromatogramme.
Exemple 1.
L'échantillon brut préalablement broyé, est pesé dans un porteéchantillon (1) qui peut être une nacelle ou un tube en matériau tel que
quartz ou acier inoxydable. L'échantillon est ensuite placé dans une chambre
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vecteur inerte, on peut notamment citer l'argon, l'hélium, l'azote ...
La chambre d'attente (2) est prolongée par un tube (3) que l'on peut chauffer à une température comprise entre 4CO et l.CCO[deg.]C à l'aide d'un dispositif de chauffage classique (4). Ce tube (3) constitue le four de pyrolyse (3).
Dans le circuit du gaz vecteur, on a intercalé avant la chambre d'attente (2) et juste à l'entrée du chromatographe (5), deux vannes électromagnétiques à trois voies (6) et (7). Ces vannes (6) et (7) permettent de
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de pyrolyse (3), la colonne de chromatographie (5) et le détecteur (3), soit directement par la colonne de chromatographie (5) et le détecteur (8).
Comme colonne de chromatographie (5), on emploie une colonne de
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le benzène, et d'autres hydrocarbures aromatiques tels que le toluène et le xylène.
Le dispositif de détection (8) placé après la colonne de chromato-
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soit à un enregistreur (9) ou à un intégrateur (10), soit aux deux. Ceux-ci
<EMI ID=13.1> pyrolyse comme le montre la Figure 2 dans laquelle le pic n[deg.] 1 représente l'air
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le pic n[deg.] 3 représente le benzène et le pic n[deg.] 4 représente le toluène. On peut également utiliser tout autre dispositif de détection du benzène, comme par exemple un détecteur à infra-rouge.
A) A l'aide de cet appareillage, on a d'abord déterminé la relation linéaire entre la teneur en carbone organique de sédiments de roches brutes et la teneur en benzène des produits de pyrolyse de ces roches en traitant 195 échantillons. On a pyrolysé ces 195 échantillons à une température de 600[deg.]C
(en suivant le mode opératoire décrit ci-après) et on a déterminé la teneur en benzène des produits de chaque pyrolyse. Par un procédé connu, on a déterminé la teneur en carbone organique de ces échantillons. L'analyse des résultais a permis de trouver la relation suivante :
y = 18,8 x - 0,32
dans laquelle y représente la teneur en benzène exprimée en ppm et x la teneur en carbone organique exprimée en % en poids.
<EMI ID=15.1> teneur en carbone de tout échantillon de matière brute, par exemple de rocha brute.
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ensuite pesé 20 mg de chaque échantillon dans un tube (1) en acier inoxydable.
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pyrolyse. On a purgé la chambre d'attente pendant une durée de 30 secondes avec de l'azote comme gaz vecteur. Les gaz sortants, en l'occurence l'air, sont chromatographiés, et sont représentés par le pic n[deg.] 1 de la Figure 2. Le four de pyrolyse est maintenu sous atmosphère d'azote et en marna temps isolé du circuit du gaz vecteur grâce aux vannes électromagnétiques (6 et 7) qui sont
<EMI ID=18.1> dans le four de pyrolyse (3) chauffé à 600[deg.]C. Le temps de pyrolyse a été de
5 minutes. On a ensuite modifié la position des vannes électromagnétiques
(6 et 7) de façon à remettre le four de pyrolyse dans le circuit du gaz vecteur inerte. L'azote a entraîné les produits de pyrolyse vers la colonne de chromatographie (5) et le détecteur (8) à ionisation de flamme.
Les signaux correspondants aux divers composés ont été enregistrés et parmi ceux-ci, on a identifié le pic n[deg.] 3 de la Figure 2 comme représentant le benzène. On a ensuite mesuré l'aire de ce pic.
A l'aide de la courbe d'étalonnage représentée à la Figure 3, on
a déterminé la teneur en benzène à partir de l'aire du pic. La courbe d'étalonnage représentée à la Figure 3 a été établie à partir de solutions standard de benzène, que l'on a pyrolysées à 600[deg.]C.
A titre de contrôle, on a alors déterminé par un procédé connu,
la teneur en carbone organique de l'échantillon.
Les résultats obtenus avec des échantillons de différentes roches brutes sont indiqués dans le Tableau Ici-après.
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(*) x représente la teneur en carbone en % en poids
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Exemple 2
A l'aide de l'appareillage décrit à l'exemple 1, on a déterminé la relation linéaire entre la teneur en carbone organique de sédiments de roches brutes et la teneur en benzène des produits de pyrolyse de ces roches en traitant les 195 échantillons, mais à une autre température de pyrolyse que celle de l'exemple 1. On a pyrolysé ces 195 échantillons à une température de 900[deg.]C, en suivant le mode opératoire décrit à l'exemple 1, et on a déterminé la teneur en benzène des produits de chaque pyrolyse. Par un procédé connu, on a déterminé la teneur en carbone organique de ces échantillons. L'analyse des résultats a permis de trouver la relation suivante :
y = 45,58 x + 1,35
dans laquelle y représente la teneur en benzène exprimée en ppm et x la teneur en carbone organique exprimée en % en poids.
Sur base de cette relation, on a pu déterminer très rapidement la teneur en carbone de tout échantillon de matière brute, par exemple de roche brute.
On a répété le mode opératoire décrit à la partie B de l'exemple 1 pour déterminer la teneur en benzène de six échantillons de roches brutes que l'on a pyrolyses à 900[deg.]C.
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Tableau II
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REVENDICATIONS
1) Méthode de détermination de la teneur en carbone organique de roches, sédiments
et similaires, bruts caractérisée en ce qu'elle consiste à peser un échantillon de matière brute préalablement broyée, à effectuer un balayage d'un four de pyrolyse à l'aide d'un gaz inerte, à introduire l'échantillon dans ce four de pyrolyse, à pyrolyser l'échantillon sous atmosphère inerte à une température comprise entre 400 et 1.000[deg.]C, à effectuer ensuite un balayage du four de
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colonne de chromatographie, à déterminer la teneur en benzène des produits de pyrolyse et à introduire la valeur trouvée dans une relation préalablement établie donnant la teneur en carbone organique exprimée en % en poids en fonction de cette teneur en benzène exprimée en ppm.