压力对Ⅲ型有机质生成烃类气体及甲烷碳同位素的影响
发布时间：2021-10-16 06:52
以琼东南盆地崖城组海陆过渡相烃源岩为例,开展了50 MPa、100 MPa和150 MPa下的生烃模拟实验,初步探讨了压力对烃类气体生成与碳同位素分馏的影响。实验结果表明:压力的增加在热解温度较低时（等效镜质体反射率低于2.69%）可抑制烃类气体生成,并且压力对湿气组分的抑制作用比甲烷更明显;在较高热解温度下（等效镜质体反射率高于2.77%）压力的作用不明显或略微促进甲烷生成。烃类气体生成动力学参数拟合结果表明,压力增大在提高反应活化能的同时也增大了频率因子,这是因为在封闭黄金管热模拟实验体系中压力的增大使得气体膨胀克服压力做功增加的同时也使得反应物浓度增大。在5°C/Ma的升温速率下,从50 MPa增大到150 MPa,每增加50 MPa进入生气窗温度大约升高10°C,当温度高于260°C后压力作用不再明显。实验结果还表明,相同热解温度下压力增大使甲烷更富集12C1,从50 MPa增大到150 MPa,甲烷碳同位素组成最大变轻幅度可达3.2‰。同时,不同压力下甲烷的转化率与碳同位素关系并非完全一致,说明压力促使甲烷碳同位素组成变轻并非完全通...
【文章来源】：天然气地球科学. 2020,31(07)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同压力下YC13-1-2井崖城组海陆过渡相干酪根生成烃类气体演化
不同压力下YC13-1-2井崖城组海陆过渡相干酪根生成甲烷碳同位素值演化
实验结果表明，在热解温度低于520～560oC(EqVRO≈2.69%～2.77%）时压力增大会抑制烃类气体生成，超过这一温度后压力对烃类气体生成作用影响较小，对甲烷的生成略有促进作用[图1(a）]，但对湿气仍表现为抑制作用[图1(c）]。此外，压力增大在增大反应活化能的同时也提高了反应的频率因子（图3）。本研究中压力对活化能的影响与CARR等[2]的观点一致，但压力对频率因子的影响却完全相反。UGUNA等[11-12]认为，不同实验结果得到压力对有机质热演化作用不一致的主要原因可能与实验装置或方法的不同有关。CARR等[2]及UGANA等[11-12]采用的是定体积水热增压装置，在整个反应过程中实验体系体积保持不变，水压增大并不会影响反应物浓度，并且水的存在阻碍了反应物分子之间的相互接触，故而反应频率因子降低。而封闭金管实验中，由于气体的生成造成黄金管内生压力越来越大，整个反应体系体积也在不断膨胀。压力增大抑制了烃类气体膨胀，整个反应体系的体积减小，反应物浓度增大，分子碰撞频率增大，故反应频率因子增大。同时，压力增大使得气体膨胀做功增加，因而反应所需活化能增大，故低温下压力对烃类气体的生成有抑制作用。但是，当热解温度高于520oC时（EqVRO>2.77%），活化能之间的差异对反应速率的影响逐渐变小，此时频率因子增大的作用逐渐显现出来，进而压力增大开始略微促进甲烷的生成。从图1(b）可以看出，压力对甲烷生成的影响与C1-5烃类气体相似，但影响相对较小，而压力增大却强烈抑制了C2-5重烃气的生成[图1(c）]，这可能与不同烃类气体活化能的大小不同有关。有机质在热裂解过程中，长链自由基通过β-断裂形成更小的自由基及烯烃分子[30-31]。甲烷的形成源自甲基自由基，而甲基自由基相对于C2-5自由基而言并不稳定，因此β-断裂给了甲基自由基更高的活化能，故形成甲烷需要的活化能明显高于C2-5重烃气[32]。因此，压力增大甲烷活化能的增幅相对较小，进而对甲烷生成的影响也较小。然而C2-5由于活化能相对较低，因此压力增大C2-5的活化能增幅明显，故压力对C2-5重烃气生成的抑制作用也更强。至于不同压力下C2-5重烃气最大产量不同，则与湿气组分裂解有关[8]。当热解温度超过湿气组分裂解温度后，湿气组分开始裂解，C2-5重烃气产量不再增加，因此热解温度升高至湿气组分裂解温度时的C2-5产气量为最大产量，该最大产量可能不是实验观测到的最大产量。鉴于压力增大抑制了C2-5湿气组分的生成，故高压下C2-5重烃气最大生气量降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]琼东南盆地深水西区L25气田天然气成因、来源与成藏过程[J]. 张迎朝,李绪深,徐新德,甘军,杨希冰,梁刚,何小胡,李兴. 海相油气地质. 2019(03)
[2]琼东南盆地中央峡谷天然气成藏特征及其主控因素[J]. 许怀智,张迎朝,林春明,裴健翔,刘云芝. 地质学报. 2014(09)
[3]琼东南盆地超压研究进展及形成机制[J]. 苏龙,郑建京,王琪,沈怀磊,陈国俊. 天然气地球科学. 2012(04)
[4]超压环境有机质热演化和生烃作用机理[J]. 郝芳,邹华耀,方勇,胡建武. 石油学报. 2006(05)
[5]超压对有机质热演化的差异抑制作用及层次[J]. 郝芳,姜建群,邹华耀,方勇,曾治平. 中国科学（D辑:地球科学）. 2004(05)
[6]琼东南盆地温压场特征及其与油气运聚的关系[J]. 朱光辉,陈刚,刁应护. 中国海上油气.地质. 2000(01)
本文编号：3439363
【文章来源】：天然气地球科学. 2020,31(07)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
不同压力下YC13-1-2井崖城组海陆过渡相干酪根生成烃类气体演化
不同压力下YC13-1-2井崖城组海陆过渡相干酪根生成甲烷碳同位素值演化
实验结果表明，在热解温度低于520～560oC(EqVRO≈2.69%～2.77%）时压力增大会抑制烃类气体生成，超过这一温度后压力对烃类气体生成作用影响较小，对甲烷的生成略有促进作用[图1(a）]，但对湿气仍表现为抑制作用[图1(c）]。此外，压力增大在增大反应活化能的同时也提高了反应的频率因子（图3）。本研究中压力对活化能的影响与CARR等[2]的观点一致，但压力对频率因子的影响却完全相反。UGUNA等[11-12]认为，不同实验结果得到压力对有机质热演化作用不一致的主要原因可能与实验装置或方法的不同有关。CARR等[2]及UGANA等[11-12]采用的是定体积水热增压装置，在整个反应过程中实验体系体积保持不变，水压增大并不会影响反应物浓度，并且水的存在阻碍了反应物分子之间的相互接触，故而反应频率因子降低。而封闭金管实验中，由于气体的生成造成黄金管内生压力越来越大，整个反应体系体积也在不断膨胀。压力增大抑制了烃类气体膨胀，整个反应体系的体积减小，反应物浓度增大，分子碰撞频率增大，故反应频率因子增大。同时，压力增大使得气体膨胀做功增加，因而反应所需活化能增大，故低温下压力对烃类气体的生成有抑制作用。但是，当热解温度高于520oC时（EqVRO>2.77%），活化能之间的差异对反应速率的影响逐渐变小，此时频率因子增大的作用逐渐显现出来，进而压力增大开始略微促进甲烷的生成。从图1(b）可以看出，压力对甲烷生成的影响与C1-5烃类气体相似，但影响相对较小，而压力增大却强烈抑制了C2-5重烃气的生成[图1(c）]，这可能与不同烃类气体活化能的大小不同有关。有机质在热裂解过程中，长链自由基通过β-断裂形成更小的自由基及烯烃分子[30-31]。甲烷的形成源自甲基自由基，而甲基自由基相对于C2-5自由基而言并不稳定，因此β-断裂给了甲基自由基更高的活化能，故形成甲烷需要的活化能明显高于C2-5重烃气[32]。因此，压力增大甲烷活化能的增幅相对较小，进而对甲烷生成的影响也较小。然而C2-5由于活化能相对较低，因此压力增大C2-5的活化能增幅明显，故压力对C2-5重烃气生成的抑制作用也更强。至于不同压力下C2-5重烃气最大产量不同，则与湿气组分裂解有关[8]。当热解温度超过湿气组分裂解温度后，湿气组分开始裂解，C2-5重烃气产量不再增加，因此热解温度升高至湿气组分裂解温度时的C2-5产气量为最大产量，该最大产量可能不是实验观测到的最大产量。鉴于压力增大抑制了C2-5湿气组分的生成，故高压下C2-5重烃气最大生气量降低。
【参考文献】：
期刊论文
[1]琼东南盆地深水西区L25气田天然气成因、来源与成藏过程[J]. 张迎朝,李绪深,徐新德,甘军,杨希冰,梁刚,何小胡,李兴. 海相油气地质. 2019(03)
[2]琼东南盆地中央峡谷天然气成藏特征及其主控因素[J]. 许怀智,张迎朝,林春明,裴健翔,刘云芝. 地质学报. 2014(09)
[3]琼东南盆地超压研究进展及形成机制[J]. 苏龙,郑建京,王琪,沈怀磊,陈国俊. 天然气地球科学. 2012(04)
[4]超压环境有机质热演化和生烃作用机理[J]. 郝芳,邹华耀,方勇,胡建武. 石油学报. 2006(05)
[5]超压对有机质热演化的差异抑制作用及层次[J]. 郝芳,姜建群,邹华耀,方勇,曾治平. 中国科学（D辑:地球科学）. 2004(05)
[6]琼东南盆地温压场特征及其与油气运聚的关系[J]. 朱光辉,陈刚,刁应护. 中国海上油气.地质. 2000(01)
本文编号：3439363
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