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《大庆石油学院》 2004年
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库克油页岩和木质煤成气过程中碳同位素分馏的动力学研究

黄光玉  
【摘要】: 由于天然气以少数低分子量的烃类为主,故其重要的成因信息通常是从同位素值获得的。C_1~C_5烃类的稳定同位素测量提供了重要的“指纹”信息。这种“指纹”信息可以用来评价潜在烃源岩的性质和热成熟度,可判断天然气运移途径,可研究天然气是否具多源复合特征以及气藏的聚集和散失历史等。 我们通过实验研究发现,油裂解成气过程中,烷烃气碳同位素的演化规律和干酪根成气过程中是一致的,即(1)烷烃气的碳同位素值随成熟度的升高而增加;(2)烷烃气的δ~(13)C值随烷烃分子中碳数的增加而增大。另外,由烷烃气体积百分含量和温度的关系图,可看出甲烷在整个演化过程是先减后增,而乙烷、丙烷和丁烷都是先增后减,说明随着温度(演化程度)的升高,乙烷、丙烷和丁烷都要发生次生裂解。 天然气中单个组分,特别是甲烷的碳同位素演化与所对应的母源成熟度呈规律性的变化趋势。对这一现象,地球化学家早已注意到,并基于油气田实测数据建立了甲烷碳同位素与干酪根镜质组反射率之间的静态关系模型,曾对天然气研究起着非常重要的作用。近10年来,随着熟模拟实验的开展,特别是生烃动力学研究的不断发展和完善,已经建立了碳同位素演化的动力学模型(包括Berner模型、Rooney模型、Lorant模型、Cramer模型和Tang模型),但这些模型各有其优缺点。本文以生烃动力学和热解实验为基础,通过对库克油页岩和木质煤两个样品的热解数据拟合获得了各自烷烃气生成的动力学参数,并在有关同位素分馏理论的基础上,建立了同位素分馏的动力学模型,获得了烷烃气碳同位素演化的动力学参数。与Berner模型相比,本模型由如下的优势:(1)从模拟结果看,本模型不仅模拟了烷烃气碳同位素值随着热解温度的升高越来越重的部分,而且对低温段和高温段存在的复杂变化都模拟出来了;(2)考虑了温度对同位素分馏效应的影响;(3)从同位素分馏的本质出发,把生成的烷烃气分为含~(13)C和含~(12)C的烷烃气,各自求其动力学参数。
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