天然气碳同位素分馏作用及其在徐家围子地区的应用

【摘要】：由于天然气是一种以轻烃为主的混合物,它不像组成比较复杂的石油,本身富含丰富的人分子指纹化石,能够指示源岩的特征及成熟度情况,其组成简单,故许多重要的成因信息,如天然气及其潜在源岩的性质和热成熟度、运移路径、混源气以及气藏的运聚和散失史等,难以单纯依靠组分获得。因此,根据稳定同位素来判识天然气的特征就成了一项重要的研究内容。 生气母质中不同成气官能团具有不同的碳同位素组成和~(12)C-~(12)C与~(13)C-~(12)C的活化能差。在描述天然气碳同位素分馏的众多模型中,从早期的静态模型到后来的以Rayleigh方程为基础的分馏模型,再到现在的动力学模型是一个不断完善过程:静态模型无法动态地再现天然气的演化历程,无法预测天然气形成过程中的各种复杂变化;以Rayleigh方程为基础的分馏模型把碳同位素的分馏体现在一个恒定的分馏因子上;动力学模型均认识到同位素动力学效应是温度和时间的函数。同位素动力学模型是在实验的基础上模拟天然气形成过程中稳定同位素的演化规律。它可以解决静态模型所无法解决的一些问题,能够把同位素演化与盆地的热史、埋藏史有效地联为一体,为成藏过程的恢复提供手段与方法。 但是,Cramer1、Cramer2模型却都有缺陷,均认为所有平行反应对应的母质即不同成气官能团具有相同的碳同位素组成,这一假设看来并不合理,而且Cramer1模型更大胆地假设不同成气官能团的~(12)C-~(12)C与~(13)C-~(12)C的键能差相同,这与量子化学理论相背。Cramer3模型基本摆脱了这些不足,它从实际生成含~(12)C及~(13)C的甲烷量出发,来计算碳同位素动力学效应。Cramer3模型能完全模拟出碳同位素值的演化趋势,是最为完善的模型。 本文主要是利用Cramer3甲烷碳同位素分馏模型,以徐家围子地区徐深一井营城组气藏为例,结合该地区的埋藏史、热史对天然气藏成藏方式及期次进行研究。得出它是累积成藏,成藏期次为100~73百万年前。 【关键词】：天然气 稳定碳同位素 分馏模型 动力学模型 徐家围子
【学位授予单位】：大庆石油学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：P618.13
【目录】：

• 前言6-8
• 第一章 概述8-13
• 1.1 同位素8
• 1.1.1 概念8
• 1.1.2 同位素分类8
• 1.1.3 同位素丰度(isotope abundance)8
• 1.2 同位素效应8-9
• 1.2.1 概念8-9
• 1.2.2 原理9
• 1.3 同位素值的表达和标准9-10
• 1.3.1 同位素值的表达9-10
• 1.3.2 同位素标准10
• 1.4 同位素分馏的种类10-13
• 1.4.1 热力学平衡分馏11
• 1.4.2 动力学非平衡分馏11-12
• 1.4.3 非质量相关分馏12-13
• 第二章 天然气碳同位素分馏的形式及影响因素13-19
• 2.1 天然气生成过程中的碳同位素分馏13-16
• 2.2 天然气运移过程中及成藏后的碳同位素分馏16-19
• 2.2.1 扩散分馏16-17
• 2.2.2 渗滤运移17
• 2.2.3 溶解分馏17
• 2.2.4 微生物降解分馏17-18
• 2.2.5 高温裂解分馏18-19
• 第三章 CRAMER 碳同位素分馏模型研究19-21
• 第四章 有机质成甲烷的碳同位素动力学研究21-32
• 4.1 样品与实验21
• 4.2 模型21-22
• 4.3 模型的标定22-26
• 4.3.1 构造目标函数22-23
• 4.3.2 构造惩罚函数23-24
• 4.3.3 求一阶偏导函数24-26
• 4.3.4 近似极小点的求取26
• 4.4 标定的结果26-29
• 4.5 地质应用结果29-32
• 第五章 油成气的碳同位素动力学研究32-38
• 5.1 样品与实验32-33
• 5.2 油成气的化学动力学模型33-34
• 5.3 油成气化学及碳同位素动力学模型的标定结果34-38
• 结论38-39
• 致谢39-40
• 参考文献40-43
• 中文详细摘要43-50

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