沥青质大分子结构中吸附包裹现象的研究

来源 :中国科学院研究生院 中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:goddesslee
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沥青质是干酪根演化过程的降解产物,同干酪根一样具有复杂的分子结构,是原油体系中的极性重质组分。沥青质的传统模型的基本构成一般以缩合芳环为核心,其上带有脂环、烷基侧链与分布在环和桥结构上的硫、氮、氧等杂原子。这些侧链在空间里可能发生卷曲、盘绕,形成复杂的三维空间结构,使得沥青质结构中形成一定的微孔结构单元,可以较好地吸附、包裹其他组分,其中包括一些烃类组分。但对沥青质吸附包裹性质的认识远未达到共识,因此本工作将在前人研究的基础上对沥青质的吸附包裹性质进行进一步研究,主要的框架包括:(a)利用高温高压封闭体系对低熟原油沥青质的吸附包裹现象进行实验模拟;(b)对塔里木盆地ZG31原油沥青质进行分级氧化降解处理释放包裹组分;(c)对塔里木盆地三个不同次级区块的原油沥青质吸附包裹组分进行对比分析。  首先利用黄金管封闭体系在压力为20MPa的条件下以n-C20D42为目标化合物对低熟原油沥青质大分子吸附包裹现象进行实验模拟,共设置三个温度点,分别为240℃(恒温72h)、270℃(恒温48h)和290℃(恒温24h),其中每个温度条件下分别加入水和三种不同价态的无机氯盐(NaCl,CaCl2和AlCl3)设置六组平行实验进行对比分析。另外在常温常压条件下设置一组对照实验,不加入任何添加剂,最终将所有条件下沥青质的吸附组分和包裹组分进行对比。模拟实验各组沥青质的吸附组分的量占起始沥青质的1.5-8.3%,沥青质包裹的组分的含量相对于吸附组分更低,表明沥青质的吸附包裹虽难以发生但的确存在,且包裹的发生更难,可能吸附发生在沥青质结构的外围,包裹则发生在沥青质结构的内部。对于目标化合物n-C20D42的检测发现绝大多数n-C20D42处于游离状态,仅有一小部分(<1%)在沥青质的吸附和包裹组分中被检出,这进一步表明在油藏环境下沥青质的吸附包裹现象的存在。加入CaCl2和AlCl3的各组沥青质的吸附组分含量明显高于其他条件下的各组,表明模拟实验条件下CaCl2和AlCl3的加入都促进了沥青质的吸附,这可能与多价金属离子的桥联作用有关,促进了沥青质分子的聚集,使得吸附易于发生。在对照实验及模拟实验各组的沥青质包裹组分中均检测到n-C20D42的存在,表明沥青质包裹其他组分的途径可能有两种:一种是通过物理的过程发生,即在沥青质大分子聚集的过程中其周围组分进入沥青质的微孔结构单元中:另一种由沥青质分子通过“化学缩合”发生,如沥青质中的电负性基团与周围物质发生结合形成包裹,两种包裹方式同时存在。  其次对塔里木盆地ZG31原油沥青质进行了分级氧化降解,采用四种不同配比的H2O2/CH3COOH氧化降解体系释放沥青质结构中包裹的烃类物质。结果表明沥青质降解产物有着明显不同于原油沥青的特征,表明沥青质的包裹组分并没有受到油藏后期改造的影响。依据单体烃碳同位素和生物标志化合物分布特征判断沥青质主要显示寒武系.下奥陶统烃源岩成因特征,具有较重正构烷烃单体烃碳同位素(-29‰左右),高伽马蜡烷/C30藿烷比值,C28/(C27+C28+C29)>20%等特征;原油沥青的正构烷烃单体烃碳同位素较轻(-34‰左右),无伽马蜡烷,较低的C28/(C27+C28+C29)比值,主要体现中上奥陶统烃源岩成因特征。  最后,在前面两部分工作的基础上,对塔里木盆地不同次级区块上的三个稠油样品的沥青质进行氧化降解处理,样品分别来自于哈拉哈塘凹陷和轮古西低凸起。对原油的饱和烃和芳烃、沥青质丙酮抽提物及沥青质氧化降解产物进行对比分析,三个样品的原油饱和烃特征显示三个油藏均经历了至少两期充注,在第一期充注后遭受生物降解破坏,又接受后期充注。三个样品的生物标志化合物分布特征相似,伽马蜡烷含量低,C27、C28、C29规则甾烷呈“V”型分布等特征,体现了中上奥陶统烃源岩的贡献。三个原油沥青质的氧化降解产物的正己烷洗出物体现出明显不同于原油沥青的特征,检测到一系列偶数碳1-链烯和具有偶数碳优势的正构烷烃,生物标志化合物中伽马蜡烷含量高,C27、C28、C29规则甾烷呈反“L”型分布等特征,表明沥青质包裹组分来自于寒武系-下奥陶统烃源岩的贡献。  本工作通过模拟实验证实油藏环境下沥青质可以吸附包裹其周围的组分,并保护包裹的组分免受油藏后期改造的影响。对于沥青质结构中包裹的组分可以通过轻度氧化降解的方法进行释放。对比塔里木盆地不同次级区块的稠油特征及其沥青质包裹组分的特征,反映出塔里木盆地海相油气藏普遍具有混源特征、主要来自于两套海相主力烃源岩的贡献。
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