石油保存下限的化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究

石油勘探與開(kāi)發(fā)2002年12月PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENTVol 29 No 6 1文章編號:1000-074X2002)6000103石油保存下限的化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究盧雙舫薛海濤鐘寧寧2(1.大慶石油學(xué)院;2.石油大學(xué)北京))基金項目國家重點(diǎn)基礎研究發(fā)展規劃項目G199043307廂黑龍江省杰出青年基金資助項目摘要利用國內外業(yè)已報道的有機質(zhì)成油和油裂解成氣的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型計算了不同類(lèi)型的有機質(zhì)在地史條件下的凈成油剖面有機質(zhì)成油_油成氣耗油)由此評價(jià)了液態(tài)油保存的深度下限結合鏡質(zhì)體成烴的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型所計算的鏡質(zhì)體反射率與深度的關(guān)系,評價(jià)了不同地熱梯度條件下液態(tài)油保存的理論上的成熟R值)限。圖2表1參2x(盧雙舫摘)關(guān)鍵詞北學(xué)動(dòng)力學(xué)石油保存下限鏡質(zhì)體反射率地熱梯度中圖分類(lèi)號:TE22.3文獻標識碼:A0引言并已被廣泛應用在國際上流行的盆地模擬軟件中27。包括筆者在內的國內許多學(xué)者近幾年也做過(guò)相當深入原油在地質(zhì)條件下的保存下限是涉及到我國許多的工作有許多成果可供利用817。按照這些業(yè)已建碳酸鹽巖地區原油勘探前景的基礎問(wèn)題之一。統計表立的模型有杋質(zhì)初次裂解生油量(X。用有機質(zhì)的成明世界上原油主要產(chǎn)自0.5~3.0km的深度范圍1烴轉化率表示射計算公式為除在塔里木這樣地熱梯度偏低的盆地內油藏可以在大于6km的深度處保存外全球范圍內埋深超過(guò)4.(1)km的油藏并不多。在實(shí)驗室高溫、密閉條件下模擬有機質(zhì)的成烴過(guò)程時(shí)液態(tài)產(chǎn)物也一般在500℃左右消其中若用鏡質(zhì)體反射率作標尺,一般認為R。值為1.3%大致對應著(zhù)主成油期與凝析油和濕氣的分界線(xiàn),-∞[b而R。值為2.0%則被認為是濕氣與千氣的分界1油二次裂解生氣量Xx,舶的計算公式為不過(guò),上述界限值只是從勘探實(shí)踐得到的統計值或來(lái)自地球化學(xué)分析的經(jīng)驗值還缺乏理論支持也缺X(2)少對過(guò)程的定量描述。Xo原油由有機質(zhì)(干酪根)生成并可進(jìn)一步裂解成其中氣因此液態(tài)油在地質(zhì)條件下的存在范圍取決于其生成速率和裂解速率的相對大小。人們業(yè)已認識到控制X=X{1-ex1t-「be(k)r]干酪根向油轉化、油向凝析油和濕氣轉化以及濕氣向干氣轉化的主導因素是地史過(guò)程中不斷升高的熱應式中No有機質(zhì)成油的平行一級反應的數目;力。這些熱力作用下的化學(xué)反應的進(jìn)程和程度應該可E0—有機質(zhì)成油第i個(gè)反應所對應的活化能J由化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論來(lái)描述。這樣,旦建立并標定了A—相應的指前因子Ma1;Xo0—有機質(zhì)中對描述干酪根成油和油裂解成氣的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型則應第i個(gè)反應的原始潛量,%;N∞油成氣平行反可從模型和理論的高度對液態(tài)油保存下限問(wèn)題進(jìn)行定應的數中國煤化工油成氣第i個(gè)平行反量描述。應相應CNMH友應的原始潛量1評價(jià)方法12灬…,No;D—升溫速率X/Ma:R—氣體常數取值為8.31441}K·mol-l;1(t)隨時(shí)間在有機質(zhì)成油和油裂解成氣的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型的而變化的熱史℃建立和標定方國外學(xué)者做了大量非常出色的工作這樣剩余的凈油量則為石油勘探與開(kāi)發(fā)石油地質(zhì)研究TXO=Xo- XO(3)則液態(tài)油在不到2km的埋深處就已全部裂解為氣了。給定了地史和熱史(D,(t)之后即可按上述方由 Sweeney和 Burnham5標定所得的鏡質(zhì)體成烴法計算出剩余油量的多少及其隨深度的變化趨勢由反應的化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數,可計算出相應地熱條件下鏡此可以評價(jià)液態(tài)油保存的深度下限。按 Sweeney和質(zhì)體的成烴轉化率及對應的鏡質(zhì)體反射率。由此得到力學(xué)參數可以計算出相應的地史和熱史條件下的埋多3深度關(guān)系圖與相應地質(zhì)條件下的成油剖面亦Burnham「5所建立和標定的鏡質(zhì)體成烴反應的化學(xué)動(dòng)的R。與氵深與鏡質(zhì)體反射率的關(guān)系由此則可以評價(jià)液態(tài)油保存的成熟度R。)下限0250515℃:l00m2c toRn25℃:l00m3℃門(mén)00m2結果與討論利用目前業(yè)已報道的化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數213]按上述方法分別在塔里木盆地和松遼盆地的地史、熱史條件下計算了成油剖面干酪根成油一油裂解成氣耗油)見(jiàn)圖1可以看出雖然不同學(xué)者所針對的有機質(zhì)不02-492042203同、實(shí)驗條件有別因而得到的化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數有明顯差別但用這些化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數計算得到的油消亡的深度下限波動(dòng)并不很大塔里木盆地(見(jiàn)圖1a)大約位縱坐杯為于6-7km(主要6.0-6.6km)凇遼盆地見(jiàn)圖1b)位于2.4~3.0km(主要2.4~2.6km)相對而言?xún)衾?℃/00m61m油轉化率油量的峰值岀現的范圍波動(dòng)較大在塔里木盆地可從3.4km到5.0km在松遼盆地則從1.2km到2.0km左右?？梢?jiàn)油的消亡主要是一個(gè)受熱裂解作用控制的2不同地熱梯度條件下有機質(zhì)的理論成油剖面和理論R與深度的關(guān)系化學(xué)反應過(guò)程并且這一過(guò)程可由化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論定量描述。在R與深度關(guān)系圖上可查得液態(tài)油保存深度下限相應的R。值由各圖所得結果列于表1?？梢钥锤筛窀蓽I轉化率干醉根成油轉化率91-02.-99495a900293040出雖然在不同的地熱梯度條件下液態(tài)油保存的深度(a)塔里木盆地下限可以變化很大但深度下限對應的鏡質(zhì)體反射率b)松遼盆地為1.8%-1.9%基本不變?？梢哉f(shuō)這從化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論的角度論證了液態(tài)油的存在下限對應的鏡質(zhì)體反Sx>22射率約為1.85%表1沉積速率為100m/Ma時(shí)不同地熱梯度下油的保存下限地熱梯度(℃/00m)一盧雙等(1996,1997b)Tissot ct al. (l988)Tuigkey ctak1987)T油保存深度下限m)8200620049504000296023001950盧雙航等(9Tb20008一盧雙航等(1996B,1997bjT對應的R值%)1.91.91.851.851.801.801.80圖1由化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型計算的地史、熱史條件下的成油剖面不過(guò)有機質(zhì)和液態(tài)油熱裂解的化學(xué)動(dòng)力學(xué)參數不僅與它們的組成和性質(zhì)有關(guān)而且與催化作用和壓為了更直觀(guān)地考察地質(zhì)條件的變化主要是地熱力的影響有關(guān)化學(xué)理論和擬實(shí)驗都證實(shí)壓力的升梯度對液態(tài)油保存下限的影響,利用代表性的Ⅰ、Ⅱ高將抑偉中國煤化工東部近年深層油氣勘型有機質(zhì)樣品的成烴動(dòng)力學(xué)參數24分別計算并作出探的實(shí)CNMHG目前所建立的化學(xué)動(dòng)了沉積速率為100m/Ma的7種地熱梯度條件下的理力學(xué)模型一般未考慮催化作用和壓力對有機質(zhì)初次裂論成油剖面〔見(jiàn)圖2可以看岀隨著(zhù)地熱梯度的升解成油和油二次裂解成氣過(guò)程的影響,因此不能絕對高液態(tài)油消亡的深度逐漸變淺地熱梯度為1.5℃/化地理解上述液態(tài)油保存下限而應將其視為一般意100m時(shí)可裾以上而地熱梯度為6℃/100m時(shí),義上的商業(yè)性液態(tài)油下限。在R達到2%甚至更高2002年12月盧雙舫等石油保存下限的化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的過(guò)成熟烴源巖中能夠抽提出液態(tài)烴類(lèi)這可能與細其標J]地質(zhì)學(xué)報,1997,74)365-373粒烴源巖較強的封閉性所導致的高壓抑制了液態(tài)油的[12盧雙肪付曉泰李啟明簿塔里木盆地熟化有機質(zhì)成烴動(dòng)力學(xué)裂解有關(guān)。模型原始參數的恢復及其意ⅪJ]地質(zhì)論評,200046(5):556[13]李術(shù)元,郭紹輝,沈潤梅.瀝青質(zhì)催化降解特征及動(dòng)力學(xué)研究參考文獻[J]沉積學(xué)報,201,19(1):136-139[l] Tissot B r, Welte dh. 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Geochen.,1990,6(1-3):4960[8]盧雙舫付曉泰王振平等,煤巖有機質(zhì)成油成氣熱模擬動(dòng)力學(xué)作者簡(jiǎn)介盧雙航1962-)男湖北天門(mén)人博士教授博士生模型的建立及標定J]地質(zhì)科學(xué),196,31(1):15-21.導師主要從事石油地質(zhì)學(xué)和石油地球化學(xué)方面的研究和教學(xué)工作。地[9]盧雙舫付曉泰劉曉艷等.油成氣的動(dòng)力學(xué)模型及其標烜J]址黑龍江省大慶市大慶石油學(xué)院地科院,郵政編碼:163318電話(huà)天然氣工業(yè),199616(6):6-8.(0459Y503332.E-mailIsf@dgpi.net[10]盧雙舫,陳昕,付曉泰.臺北凹陷有機質(zhì)成烴動(dòng)力學(xué)模型及其應收稿日期20020403瓶J]沉積學(xué)報,1997,152)126-129修回日期2002-10-13[II]盧雙舫付曉泰陳昕等.原油族組分成氣的化學(xué)動(dòng)力學(xué)模型及編輯、繪圖梁大新)The chemical kinetic study of the oil preservation thresholdU Shuang-fang, XUE Hai-tao, ZHONG Ning-ning2(1. Daqing Petroleum Institute, Heilongjiang 163318, P. R. China 2. University of Petrolum, Beijing 102200, P. R. Chinaoil profile is calculated in geological situations for different types of organic matters and the burial depth threshold is evaluated. Combinwith the vitrinite reflectance( Ro )depth relationship calculated by the chemical kinetic model of vitrinite evolution the theoretical maturitthresholds(Ro for oil preservation under different geothermal gradient conditions are estimatedKey words chemical kinetics oil preservation threshold vitrinite reflectance geot中國煤化工CNMHG