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地质地球所研究提出石油流动中极性化合物的相对吸附系数新概念与计算方法

  

    石油是国民经济的命脉,要确保石油的长期供给,就要不断地发现新油藏。石油在地质历史上的流动情况是发现地下油藏所需的重要信息。几十年来,科学家们试图利用石油中具有较强吸附能力的极性化合物构建运移指标,来直接反映地下石油的流动情况,但未取得令人满意的结果,其原因是无法评价极性化合物在石油流动中的吸附能力,因而不能筛选合适的极性化合物构建有效指标。 

  中国科学院地质与地球物理研究所油气资源研究院重点实验室张刘平研究员等,在前期建立的运移-吸附层析作用方程的基础上取得突破,提出了石油流动中极性化合物的相对吸附系数新概念与计算方法。该系数可直接用于定量评价石油流动过程中极性化合物的吸附能力。它可由迟滞因子或运移-吸附控制因子直接计算,不需要通道的古孔隙度、古渗透率和古流速等难以测定的参数。新概念和新方法在我国鄂尔多斯盆地和加拿大西加盆地进行了应用,发现了与分子结构有关的推脱效应(stripping effect)和妨碍效应(impeding effect),它们与之前提出的屏蔽效应(shielding effect)一起共同控制了石油流动过程中极性化合物的吸附能力。基于这些科学发现,研究人员对极性化合物重新分类(图1),并构建了18种新的运移追踪比值指标。研究证明这些比值指标可有效揭示地下石油在几百万年前甚至上亿年前的流动方向,甚至可作为石油运移里程的计程器,对于研究石油的流动规律、油藏的形成、石油在地下的分布规律和石油勘探等具有重要的科学意义和实用价值(图2)。 

  各组二甲基咔唑吸附能力排序图(DMCA=二甲基咔唑; Kr = 相对吸附系数)  

  2  鄂尔多斯盆地西峰油田新的比值指标与运移里程间的关系图。[SMFIλ: 改进的二次运移分馏指数;DMCA: 二甲基咔唑;2,3/1,3-DMCA SMFIλ: 2,3-DMCA 1,3-DMCA SMFIλ比值(A); 其他单分子间的SMFIλ比值类同(B-H)GMλ(III-3), GMλ(II-3) and GMλ(II-2): 次组III-3, II-3, II-2 and II-1SMFIλs 几何平均值; 回归分析不包括参照点(x=0 km)] 

  该研究不仅解释了已有指标失败的原因,而且为筛选极性化合物、构建指标、追踪石油流动提供指导理论与方法,也可用于其他地质流体的迁移研究,为应用有机分子地球化学在世界含油气盆地追踪石油运移奠定了重要基础。 

  研究成果发表于Scientific Reports。(Zhang L P*, Wang Y, Li M W, Yin Q Z, Zhang W. Relative sorption coefficient: Key to tracing petroleum migration and other subsurface fluids[J]. Scientific Reports, 2019, 9:16845)(原文链接