礦物質(zhì)對(duì)干酪根熱解生烴過(guò)程的影響分析

摘 要：干酪根是形成石油的重要基礎(chǔ)物質(zhì)，因此對(duì)于石油勘探和生產(chǎn)具有極強(qiáng)的指導(dǎo)作用。采用熱模擬實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)干酪根進(jìn)行熱解生烴，并對(duì)礦物質(zhì)對(duì)生烴構(gòu)成特點(diǎn)、生烴量以及動(dòng)力學(xué)等方面進(jìn)行重點(diǎn)探討。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)中可以看出，礦物質(zhì)可以改變干酪根熱解之后產(chǎn)物的種類，同時(shí)也可以提升熱解時(shí)的生烴量，并且其具有雙向調(diào)節(jié)作用，能夠有效催化反應(yīng)過(guò)程，提高干酪根的反應(yīng)速率。

關(guān)鍵詞：干酪根；熱解生烴實(shí)驗(yàn)；礦物質(zhì)；催化作用；影響

在沉積巖層的內(nèi)部，有機(jī)質(zhì)熱解演化生烴的是一種較為復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程，并且需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)伴有多種不同的反應(yīng)作用。其中熱解催化作用主要發(fā)生在石油的產(chǎn)生階段，由于巖層下環(huán)境復(fù)雜程度極高，因此其研究的難度也非常大，而這也使得國(guó)家沉積巖有機(jī)質(zhì)的研究處于停滯狀態(tài)。而熱解模擬實(shí)驗(yàn)則可以從一定程度上對(duì)干酪根的生烴過(guò)程進(jìn)行研究，其具體如下：

一、熱解實(shí)驗(yàn)材料

本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中所使用的主材料是烴源巖石樣本，樣本的深度為2000米以下，其中有機(jī)碳的含量為1.4%，氫元素和碳元素的比值為1.4，氧元素和碳元素的比值為0.1。采用鹽酸和氫氟酸對(duì)樣本進(jìn)行處理，得到干酪根，將其中的一部分用于熱解模擬實(shí)驗(yàn)，另外一部分采用氯仿進(jìn)行處理（72小時(shí)），制得瀝青進(jìn)行氣相色譜觀察。本次實(shí)驗(yàn)中干酪根其屬于Ⅰ型干酪根，其鏡質(zhì)組反射率低于0.5%，其中的有機(jī)質(zhì)還處于未完全發(fā)育成熟階段。

在對(duì)礦物質(zhì)的種類進(jìn)行選擇時(shí)，為了最大程度模擬自然環(huán)境下的反應(yīng)，應(yīng)根據(jù)樣本選出的巖層實(shí)際情況選擇礦物質(zhì)的種類，本次的樣本巖層當(dāng)中所含有的礦物質(zhì)包括高嶺石、方解石、蒙脫石、伊利石、伊利石-蒙脫石混合粉末等，其礦物混合物需要根據(jù)巖層當(dāng)中的實(shí)際比例進(jìn)行配制。在配制前所有礦物質(zhì)均需要在高溫（300℃）環(huán)境下進(jìn)行活化，活化時(shí)間為4小時(shí)，利用電摩對(duì)各礦物質(zhì)進(jìn)行充分研磨，按照比例與干酪根進(jìn)行混合，比例為礦物質(zhì)：干酪根=10：1。

二、實(shí)驗(yàn)方法

熱解模擬實(shí)驗(yàn)當(dāng)中所使用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備主要包括熱解儀和氣相色譜儀，其熱解的條件具體為：熱解溫度最高為550℃，溫度的上升速度為每分鐘500℃，熱解時(shí)間共分三個(gè)點(diǎn)，包括5s、10s以及20s。氣相色譜儀設(shè)定條件具體為：色譜柱長(zhǎng)度為50mm，分流比例為40：1，初始柱箱溫度溫設(shè)定為50℃，最高溫度設(shè)定為300℃，溫度上升速率為每分鐘6攝氏度，樣本放入時(shí)的溫度應(yīng)為280℃。利用熱解儀對(duì)干酪根樣本進(jìn)行恒速升溫?zé)峤饽M實(shí)驗(yàn)，初始溫度設(shè)定為250℃，最高溫度設(shè)定為550℃，并利用不同溫度下干酪根的生烴率進(jìn)行研究。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

（一）對(duì)烴物質(zhì)種類的影響。在本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)中，方解石、高嶺石以及伊利石對(duì)于干酪根熱解產(chǎn)物種類基本沒(méi)有影響，其熱解之后的圖譜特點(diǎn)與單純熱解干酪根時(shí)產(chǎn)生的圖譜基本一致。而蒙脫石、蒙脫石-伊利石混合粉和礦物質(zhì)混合粉對(duì)于干酪根熱解產(chǎn)物種類有著明顯的影響，其中蒙脫石的影響最為明顯，其添加比例越高，對(duì)于產(chǎn)物種類影響的程度就越明顯。將其與單純熱解干酪根的圖譜相比，加入蒙脫石后其異構(gòu)烴和烷基苯的含量明顯增加，同時(shí)隨著碳元素濃度的增加，產(chǎn)物當(dāng)中的烷、烯烴類產(chǎn)物的濃度會(huì)逐漸降低，波峰呈遞減的趨勢(shì)。另外，將蒙脫石添加比例增高，則產(chǎn)物當(dāng)中的非正構(gòu)烴的濃度也會(huì)增加，導(dǎo)致主波峰上的碳數(shù)發(fā)生前移，而低碳數(shù)烴類物質(zhì)的含量則明顯增加，這也就說(shuō)明在熱解干酪根時(shí)，蒙脫石具有促進(jìn)大分子化合物裂解合成小分子化合物的影響作用。

（二）對(duì)干酪根生烴量的影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，礦物質(zhì)對(duì)于干酪根的生烴量具有一定的影響。其中單純熱解干酪根所獲得的生烴量為310mg/g，而利用方解石催化則得到319mg/g；用蒙脫石-伊利石混合粉催化得到320mg/g；利用單純蒙脫石催化得到332mg/g；利用高嶺石催化得到361mg/g；利用單純伊利石催化得到364mg/g，由此可見(jiàn)，利用伊利石催化能夠得到最高的生烴量。

（三）對(duì)生烴動(dòng)力學(xué)的影響。目前，國(guó)際上對(duì)于干酪根的具體化學(xué)構(gòu)成還沒(méi)有確切的研究數(shù)據(jù)，但相關(guān)研究顯示其本身具有多個(gè)官能團(tuán)，同時(shí)還具有多種化學(xué)鍵，屬于大分子化合物。其組成成分在熱解過(guò)程中不斷發(fā)生斷裂、重組等反應(yīng)，導(dǎo)致熱解后產(chǎn)物的種類不斷變化。另外，在熱解反應(yīng)過(guò)程中，其產(chǎn)物種類會(huì)隨著生烴量的增加而發(fā)生轉(zhuǎn)變，干酪根的熱解反應(yīng)本質(zhì)是串聯(lián)反應(yīng)，每個(gè)不同的反應(yīng)都對(duì)應(yīng)不同的生烴量，并且具有不同的活化能力，而這也說(shuō)明了干酪根本身所具有的結(jié)構(gòu)不均一特點(diǎn)。

四、結(jié)語(yǔ)

礦物質(zhì)主要是由含有硅鋁酸鹽的化學(xué)成分所組成的，并且其中還含有各種微粒，因此其本身具有很多特殊性質(zhì)，變化較為復(fù)雜，在吸收離子、交換離子的過(guò)程中所表現(xiàn)出的特性也不盡相同，而這也就直接影響了礦物質(zhì)催化反應(yīng)的機(jī)理。干酪根的熱解過(guò)程涉及到了脫羧反應(yīng)、碳碳鍵斷裂反應(yīng)等多種反應(yīng)類型，因此在熱解時(shí)其變化較為復(fù)雜，在催化劑不同的條件下，其熱解的產(chǎn)物、產(chǎn)物量以及動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)就會(huì)發(fā)生不同的變化，能夠?yàn)檫M(jìn)一步研究干酪根熱解反應(yīng)提供相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 李術(shù)元，林世靜，郭紹輝，劉洛夫.無(wú)機(jī)鹽類對(duì)干酪根生烴過(guò)程的影響[J].地球化學(xué)，2012（01）.

[2] 林世靜.干酪根碎花講解生烴特征及其動(dòng)力學(xué)研究[D].北京：石油大學(xué)，2012.

作者簡(jiǎn)介：侯璐（1987.11- ），女，漢族，山東泰安人，本科，助理工程師，研究方向：烴源巖評(píng)價(jià)。