石油保存下限的化学动力学研究

石油勘探与开发2002年12月PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENTVol 29 No 6 1文章编号:1000-074X2002)6000103石油保存下限的化学动力学研究卢双舫薛海涛钟宁宁2(1.大庆石油学院;2.石油大学北京))基金项目国家重点基础研究发展规划项目G199043307厢黑龙江省杰出青年基金资助项目摘要利用国內外业已报道的有机质成油和油裂解成气的化学动力学模型计算了不同类型的有机质在地史条件下的净成油剖面有机质成油_油成气耗油)由此评价了液态油保存的深度下限結合镜质体成烃的化学动力学模型所计算的镜质体反射率与深度的关系,评价了不同地热梯度条件下液态油保存的理论上的成熟R值)限。图2表1参2x(卢双舫摘)关键词北学动力学石油保存下限镜质体反射率地热梯度中图分类号:TE22.3文献标识码:A0引言并已被广泛应用在国际上流行的盆地模拟软件中27。包括笔者在内的国内许多学者近几年也做过相当深入原油在地质条件下的保存下限是涉及到我国许多的工作有许多成果可供利用817。按照这些业已建碳酸盐岩地区原油勘探前景的基础问题之一。统计表立的模型有杋质初次裂解生油量(X。用有机质的成明世界上原油主要产自0.5~3.0km的深度范围1烃转化率表示射计算公式为除在塔里木这样地热梯度偏低的盆地內油藏可以在大于6km的深度处保存外全球范围内埋深超过4.(1)km的油藏并不多。在实验室高温、密闭条件下模拟有机质的成烃过程时液态产物也一般在500℃左右消其中若用镜质体反射率作标尺,一般认为R。值为1.3%大致对应着主成油期与凝析油和湿气的分界线,-∞[b而R。值为2.0%则被认为是湿气与千气的分界1油二次裂解生气量Xx,舶的计算公式为不过,上述界限值只是从勘探实践得到的统计值或来自地球化学分析的经验值还缺乏理论支持也缺X(2)少对过程的定量描述。Xo原油由有机质(干酪根)生成并可进一步裂解成其中气因此液态油在地质条件下的存在范围取决于其生成速率和裂解速率的相对大小。人们业已认识到控制X=X{1-ex1t-「be(k)r]干酪根向油转化、油向凝析油和湿气转化以及湿气向干气转化的主导因素是地史过程中不断升高的热应式中No有机质成油的平行一级反应的数目;力。这些热力作用下的化学反应的进程和程度应该可E0—有机质成油第i个反应所对应的活化能J由化学动力学理论来描述。这样,旦建立并标定了A—相应的指前因子Ma1;Xo0—有机质中对描述干酪根成油和油裂解成气的化学动力学模型则应第i个反应的原始潜量,%;N∞油成气平行反可从模型和理论的高度对液态油保存下限问题进行定应的数中国煤化工油成气第i个平行反量描述。应相应CNMH友应的原始潜量1评价方法12灬…,No;D—升温速率X/Ma:R—气体常数取值为8.31441}K·mol-l;1(t)随时间在有机质成油和油裂解成气的化学动力学模型的而变化的热史℃建立和标定方国外学者做了大量非常出色的工作这样剩余的净油量则为石油勘探与开发石油地质研究TXO=Xo- XO(3)则液态油在不到2km的埋深处就已全部裂解为气了。给定了地史和热史(D,(t)之后即可按上述方由 Sweeney和 Burnham5标定所得的镜质体成烃法计算出剩余油量的多少及其随深度的变化趋势由反应的化学动力学参数,可计算出相应地热条件下镜此可以评价液态油保存的深度下限。按 Sweeney和质体的成烃转化率及对应的镜质体反射率。由此得到力学参数可以计算出相应的地史和热史条件下的埋多3深度关系图与相应地质条件下的成油剖面亦Burnham「5所建立和标定的镜质体成烃反应的化学动的R。与氵深与镜质体反射率的关系由此则可以评价液态油保存的成熟度R。)下限0250515℃:l00m2c toRn25℃:l00m3℃门00m2结果与讨论利用目前业已报道的化学动力学参数213]按上述方法分别在塔里木盆地和松辽盆地的地史、热史条件下计算了成油剖面干酪根成油一油裂解成气耗油)见图1可以看出虽然不同学者所针对的有机质不02-492042203同、实验条件有别因而得到的化学动力学参数有明显差别但用这些化学动力学参数计算得到的油消亡的深度下限波动并不很大塔里木盆地(见图1a)大约位纵坐杯为于6-7km(主要6.0-6.6km)凇辽盆地见图1b)位于2.4~3.0km(主要2.4~2.6km)相对而言净酪5℃/00m61m油转化率油量的峰值岀现的范围波动较大在塔里木盆地可从3.4km到5.0km在松辽盆地则从1.2km到2.0km左右。可见油的消亡主要是一个受热裂解作用控制的2不同地热梯度条件下有机质的理论成油剖面和理论R与深度的关系化学反应过程并且这一过程可由化学动力学理论定量描述。在R与深度关系图上可查得液态油保存深度下限相应的R。值由各图所得结果列于表1。可以看干格根成泪转化率干醉根成油转化率91-02.-99495a900293040出虽然在不同的地热梯度条件下液态油保存的深度(a)塔里木盆地下限可以变化很大但深度下限对应的镜质体反射率b)松辽盆地为1.8%-1.9%基本不变。可以说这从化学动力学理论的角度论证了液态油的存在下限对应的镜质体反Sx>22射率约为1.85%表1沉积速率为100m/Ma时不同地热梯度下油的保存下限地热梯度(℃/00m)一卢双等(1996,1997b)Tissot ct al. (l988)Tuigkey ctak1987)T油保存深度下限m)8200620049504000296023001950卢双航等(9Tb20008一卢双航等(1996B,1997bjT对应的R值%)1.91.91.851.851.801.801.80图1由化学动力学模型计算的地史、热史条件下的成油剖面不过有机质和液态油热裂解的化学动力学参数不仅与它们的组成和性质有关而且与催化作用和压为了更直观地考察地质条件的变化主要是地热力的影响有关化学理论和拟实验都证实压力的升梯度对液态油保存下限的影响,利用代表性的Ⅰ、Ⅱ高将抑伟中国煤化工东部近年深层油气勘型有机质样品的成烃动力学参数24分别计算并作出探的实CNMHG目前所建立的化学动了沉积速率为100m/Ma的7种地热梯度条件下的理力学模型一般未考虑催化作用和压力对有机质初次裂论成油剖面〔见图2可以看岀随着地热梯度的升解成油和油二次裂解成气过程的影响,因此不能绝对高液态油消亡的深度逐渐变浅地热梯度为1.5℃/化地理解上述液态油保存下限而应将其视为一般意100m时可裾以上而地热梯度为6℃/100m时,义上的商业性液态油下限。在R达到2%甚至更高2002年12月卢双舫等石油保存下限的化学动力学研究的过成熟烃源岩中能够抽提出液态烃类这可能与细其标J]地质学报,1997,74)365-373粒烃源岩较强的封闭性所导致的高压抑制了液态油的[12卢双肪付晓泰李启明簿塔里木盆地熟化有机质成烃动力学裂解有关。模型原始参数的恢复及其意ⅪJ]地质论评,200046(5):556[13]李术元,郭绍辉,沈润梅.沥青质催化降解特征及动力学研究参考文献[J]沉积学报,201,19(1):136-139[l] Tissot B r, Welte dh. Petroleum formation and occurrence M][14]卢双舫,赵锡嘏,黄第藩等.煤成烃的生成和运移的模拟实验Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, New York., 1978研究Ⅰ.气态和液态产物特征及其演化[J1石油实验地质[2] Tissot B, Espitalie J. 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Geochen.,1990,6(1-3):4960[8]卢双舫付晓泰王振平等,煤岩有机质成油成气热模拟动力学作者简介卢双航1962-)男湖北天门人博士教授博士生模型的建立及标定J]地质科学,196,31(1):15-21.导师主要从事石油地质学和石油地球化学方面的研究和教学工作。地[9]卢双舫付曉泰刘晓艳等.油成气的动力学模型及其标烜J]址黑龙江省大庆市大庆石油学院地科院,邮政编码:163318电话天然气工业,199616(6):6-8.(0459Y503332.E-mailIsf@dgpi.net[10]卢双舫,陈昕,付晓泰.台北凹陷有机质成烃动力学模型及其应收稿日期20020403瓶J]沉积学报,1997,152)126-129修回日期2002-10-13[II]卢双舫付晓泰陈昕等.原油族组分成气的化学动力学模型及编辑、绘图梁大新)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中国煤化工CNMHG