济阳坳陷孔店组烃源岩成烃动力学特征研究-以东营凹陷王46井为例1.docx

济阳坳陷孔店组烃源岩成烃动力学特征研究—以东营凹陷王46井为例摘要：随着浅部油气勘探程度的提高，深层烃源岩引起逐渐多的关注。运用成烃动力学原理对济阳坳陷东营凹陷王46井孔店组烃源岩进行了再次系统评价。结果表明：王46井孔店组烃源岩具有较高的成熟度，处于成熟阶段后期；较低的氢指数预示着可能在成熟过程中已发生了较多的去氢作用，不排除成熟过程中已经有过生排烃的过程。通过孔店组烃源岩成烃动力学特征的研究即与沙河街组烃源岩的对比，认为王46井孔店组烃源岩成烃活化能的分布范围较宽，活化能值整体较高，生烃主峰不明显，同样表明岩石样品已达到生油的高峰，是济阳坳陷进一步探索的有效烃源岩之一。主题词：东营凹陷孔店组烃源岩热解特征活化能分布特征烃源岩的化学动力学研究，是在吸收了油页岩和煤的研究成果基础上，从阿雷尼厄斯(Arrhenius)方程出发利用温度和时间可互为补偿的关系，将实验室中高温下(200～500℃)求得模型的化学反应动力学参数E(活化能)和A(指前因子或频率因子)用于实际埋藏条件下具有较低温度(50～150℃)的烃源岩的生烃过程研究。Tissot首次应用平行和连续反应模型，在假定干酪根主要由六种具有不同活化能值和频率因子的反应物组成并且反应是平行反应的条件下，通过实验给出了三类干酪根的动力学参数的频率分布。近年来，一些新的模型及其应用研究仍在继续中。国内开展烃源岩的热解动力学研究始于80年代初，许多学者在这方面都进行了有意义的研究工作，这些都为我国烃源岩热解动力学研究起到了积极的作用。本文运用旨在为评价济阳坳陷孔店组烃源岩的生烃潜力提供参考。1测定烃源岩反应动力学参数的原理和方法1.1Arrhenius方程和动力学参数阿雷尼厄斯定理(ArrheniusLaw)系化学动力学中讨论恒浓度下，基元反应速率对反应体系所处温度的依赖关系。Wilhelmy与Berthelot曾指出大多数反应随反应温度升高而加速。Vaｎ′tHoff首先定性地讨论了反应速率对温度的一般性依赖关系，指出温度每升高10℃，反应通常提高2～4倍，并定义某一反应温度T下的温度系数VＴ为每上升10℃后反应速率与未上升温度前之值的比。人们熟知的阿雷尼厄斯定理的数学表达式，最早是由Hood首先提出，后来Van′tHoff从热力学考虑，提出（1）（6-4）但当时未得到人们的足够重视。后来阿雷尼厄斯通过大量实验与理论的论证，揭示了反应速率常数对温度的依赖关系，进而逐步建立了著名的Arrhenius定理。此定理通常可以用三种不同的数学式来表达：（2）（6-5）（3）（6-6）（4）（6-7）这3个式子依次称为Arrhenius定理的指数式、对数式与微分式。其中K为当反应温度为T°Ｋ时的反应速率常数；R为理想气体常数；A与E为由反应本性决定的与反应温度及浓度无关的常数，分别称为频率因子(或指前因子)A和活化能E。1.2烃源岩化学反应动力学参数的计算烃源岩的反应动力学参数的获得主要依据热解实验来计算求得，实验的方法有二：一是烃源岩热解评价(Rock-eval)；二是高温高压实验。前者多用于初次裂解动力学参数的反演，而后者却可用于二次裂解动力学参数的反演。通常在烃源岩动力学参数研究中，更多地是根据热解评价仪的实验结果来进行动力学参数计算，计算处理的方法以Friedman(1965)方法为例，简述其计算处理和动力学参数的求解过程。根据岩石评价仪的积分仪打印出热解S2峰瞬时面积和S2峰的总面积，计算出各时刻的生烃率：用积分示之为:（5）(6-8)ta，ｔｂ为S２(t)定义的区间，t∈［ｔa，ｔｂ］；对于不同升温率条件下的热解S2(t)峰可有不同的生烃率对温度的曲线存在。将各次升温率对同一样品的实验结果按Friedman(1965)阐述的方法处理，可以得到各样品生烃率与活化能分布关系。根据化学反应动力学方程:（6）(6-9)上式中（7）（6-10）从而有:（8）(6-11)式中：x为生烃率，K为反应速率常数(ｓ－１)；E为表现活化能(J/mol)，A为频率因子(s-1)；R为气体常数(8.3143J/T·mol)；T为绝对温度(K)；t为时间(s)。同一样品在不同升温速率(dT/dt)下达到不同温度时，可得到相同的生烃率，此时它们的反应速率dx/dt却不同。故可用同一生烃率时各次实验(不同dT/dt)的温度T与反应速率dx/dt数据按(6－11)式依最小二乘原理求得A及E。2样品和实验样品分别采自济阳坳陷东营凹陷的王46井孔店组（Ek）和沙河街组四段和三段(Es4、Es3)，共8块岩石样品,其地球化学特征见表1。井号深度（m）层位位置镜鉴类型镜质体反射率（%）有机碳（%）热解S1（mg/g）热解S2（mg/g）Tmax（℃）氢指数mg/g王464203.0EK东营南斜坡II1.11