石油勘探與開發(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動力學研究盧雙舫薛海濤鐘寧寧2(1.大慶石油學院;2.石油大學北京))基金項目國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)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(nèi)外業(yè)已報道的有機質(zhì)成油和油裂解成氣的化學動力學模型計算了不同類型的有機質(zhì)在地史條件下的凈成油剖面有機質(zhì)成油_油成氣耗油)由此評價了液態(tài)油保存的深度下限結(jié)合鏡質(zhì)體成烴的化學動力學模型所計算的鏡質(zhì)體反射率與深度的關(guān)系,評價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)鍵詞北學動力學石油保存下限鏡質(zhì)體反射率地熱梯度中圖分類號:TE22.3文獻標識碼:A0引言并已被廣泛應(yīng)用在國際上流行的盆地模擬軟件中27。包括筆者在內(nèi)的國內(nèi)許多學者近幾年也做過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(qū)原油勘探前景的基礎(chǔ)問題之一。統(tǒng)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(zhuǎn)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(nèi)油藏可以在大于6km的深度處保存外全球范圍內(nèi)埋深超過4.(1)km的油藏并不多。在實驗室高溫、密閉條件下模擬有機質(zhì)的成烴過程時液態(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(yīng)著主成油期與凝析油和濕氣的分界線,-∞[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,上述界限值只是從勘探實踐得到的統(tǒng)計值或來自地球化學分析的經(jīng)驗值還缺乏理論支持也缺X(2)少對過程的定量描述。Xo原油由有機質(zhì)(干酪根)生成并可進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(zhuǎn)化、油向凝析油和濕氣轉(zhuǎn)化以及濕氣向干氣轉(zhuǎn)化的主導因素是地史過程中不斷升高的熱應(yīng)式中No有機質(zhì)成油的平行一級反應(yīng)的數(shù)目;力。這些熱力作用下的化學反應(yīng)的進程和程度應(yīng)該可E0—有機質(zhì)成油第i個反應(yīng)所對應(yīng)的活化能J由化學動力學理論來描述。這樣,旦建立并標定了A—相應(yīng)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動力學模型則應(yīng)第i個反應(yīng)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)油保存下限問題進行定應(yīng)的數(shù)中國煤化工油成氣第i個平行反量描述。應(yīng)相應(yīng)CNMH友應(yīng)的原始潛量1評價方法12灬…,No;D—升溫速率X/Ma:R—氣體常數(shù)取值為8.31441}K·mol-l;1(t)隨時間在有機質(zhì)成油和油裂解成氣的化學動力學模型的而變化的熱史℃建立和標定方國外學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(yīng)的化學動力學參數(shù),可計算出相應(yīng)地熱條件下鏡此可以評價液態(tài)油保存的深度下限。按 Sweeney和質(zhì)體的成烴轉(zhuǎn)化率及對應(yīng)的鏡質(zhì)體反射率。由此得到力學參數(shù)可以計算出相應(yīng)的地史和熱史條件下的埋多3深度關(guān)系圖與相應(yīng)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(yīng)的化學動的R。與氵深與鏡質(zhì)體反射率的關(guān)系由此則可以評價液態(tài)油保存的成熟度R。)下限0250515℃:l00m2c toRn25℃:l00m3℃門00m2結(jié)果與討論利用目前業(yè)已報道的化學動力學參數(shù)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)見圖1可以看出雖然不同學者所針對的有機質(zhì)不02-492042203同、實驗條件有別因而得到的化學動力學參數(shù)有明顯差別但用這些化學動力學參數(shù)計算得到的油消亡的深度下限波動并不很大塔里木盆地(見圖1a)大約位縱坐杯為于6-7km(主要6.0-6.6km)凇遼盆地見圖1b)位于2.4~3.0km(主要2.4~2.6km)相對而言凈酪5℃/00m61m油轉(zhuǎn)化率油量的峰值岀現(xiàn)的范圍波動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。可見油的消亡主要是一個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)系化學反應(yīng)過程并且這一過程可由化學動力學理論定量描述。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(yīng)的R。值由各圖所得結(jié)果列于表1。可以看干格根成淚轉(zhuǎn)化率干醉根成油轉(zhuǎn)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(yīng)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這從化學動力學理論的角度論證了液態(tài)油的存在下限對應(yīng)的鏡質(zhì)體反Sx>22射率約為1.85%表1沉積速率為100m/Ma時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(yīng)的R值%)1.91.91.851.851.801.801.80圖1由化學動力學模型計算的地史、熱史條件下的成油剖面不過有機質(zhì)和液態(tài)油熱裂解的化學動力學參數(shù)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)化學理論和擬實驗都證實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)樣品的成烴動力學參數(shù)24分別計算并作出探的實CNMHG目前所建立的化學動了沉積速率為100m/Ma的7種地熱梯度條件下的理力學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〔見圖2可以看岀隨著地熱梯度的升解成油和油二次裂解成氣過程的影響,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(yīng)將其視為一般意100m時可裾以上而地熱梯度為6℃/100m時,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動力學研究的過成熟烴源巖中能夠抽提出液態(tài)烴類這可能與細其標J]地質(zhì)學報,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)成烴動力學裂解有關(guān)。模型原始參數(shù)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)催化降解特征及動力學研究參考文獻[J]沉積學報,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)成油成氣熱模擬動力學作者簡介盧雙航1962-)男湖北天門人博士教授博士生模型的建立及標定J]地質(zhì)科學,196,31(1):15-21.導師主要從事石油地質(zhì)學和石油地球化學方面的研究和教學工作。地[9]盧雙舫付曉泰劉曉艷等.油成氣的動力學模型及其標烜J]址黑龍江省大慶市大慶石油學院地科院,郵政編碼:163318電話天然氣工業(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)成烴動力學模型及其應(yīng)收稿日期20020403瓶J]沉積學報,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動力學模型及編輯、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