新聞動態(tài)孫震宇等-CG:熱化學硫酸鹽還原反應中烴類定量演化模型的建立及其對反應機理和烴類演化過程的啟示
熱化學硫酸鹽還原反應（TSR）是含油氣盆地深部烴類和溶解硫酸鹽之間發(fā)生的強烈氧化還原反應。在充足硫酸鹽供給和熱力的共同作用下，TSR可以生成多種不同相態(tài)的有機-無機產(chǎn)物（包括CO2/碳酸鹽巖、H2S/黃鐵礦、氣態(tài)烴、殘留油和固體瀝青等）。該反應通常發(fā)生在>120 攝氏度且靠近膏巖的儲層內(nèi)，在我國塔里木盆地和四川盆地均有相關報告。因此，長期以來TSR都是石油地質(zhì)學和油氣地球化學領域的研究熱點之一。前人對TSR的反應機理、過程和典型地球化學特征做了大量的模擬實驗和實例研究，取得了大量的成果。然而，仍有兩個關鍵問題尚沒解決：1）TSR作為一個氧化烴類的反應，一類重要的產(chǎn)物—含氧化合物由于相態(tài)多樣、熱穩(wěn)定性差，其生成演化過程缺乏系統(tǒng)研究，這限制了對TSR反應機理的理解；2）TSR中烴類的改造過程還沒有定量描述過，這限制了對TSR改造油氣藏的資源潛力評價。
針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所彭平安院士的博士生孫震宇在陳鍵副研究員指導下，開展了正十八烷和正十二烷基苯的TSR模擬實驗（n-C18 TSR和C12-B TSR），研究全面收集和分析了氣-液-固態(tài)的有機-無機產(chǎn)物。其中，各類含氧化合物（氣體中的CO2、重烴中的高分子量含氧化合物和水中低分子量有機酸）的組成和產(chǎn)量是分析重點。
研究結(jié)果表明：1）TSR是深部儲層中一種直接且高效的氧化烴類反應。烴類氧化過程中，可以生成了酮、羧酸、醇三類高分子量的含氧化合物（圖1 a,b），其中羧酸的產(chǎn)量與生物降解原油生成的羧酸產(chǎn)量相當。這些含氧化合物可以增強烴類的極性，使烴類更容易與HSO4?或MgSO4離子對（[MgSO4] CIP）接觸，進而促進TSR的發(fā)生。TSR也生成了相當可觀的低分子量有機酸（圖1 c,d），其產(chǎn)量與干酪根熱演化生成的低分子量有機酸產(chǎn)量相當。這些低分子量有機酸可能通過酸化水體促進HSO4?和[MgSO4] CIP形成的方式促進TSR。整體上，烴類在TSR中先被氧化成高分子量含氧化合物，之后再轉(zhuǎn)化為低分子量有機酸和CO2。CO2是TSR最終和最穩(wěn)定的含氧產(chǎn)物類型。
圖1. n-C18 TSR (a,c)和C12-B TSR (b,d)模擬實驗中，高分子量含氧化合物和低分子量有機酸的產(chǎn)量和組成
2）本研究建立了TSR中烴類定量演化模型。與原油熱裂解作用相比，TSR更快速強烈地改造了初始烴類，并且改變了烴類產(chǎn)物的演化順序。TSR中烴類產(chǎn)物的演化順序為：重烴、氣態(tài)烴/輕烴/固體瀝青、氣態(tài)烴/固體瀝青（圖2）。因此， TSR促進了油藏快速地向高演化階段發(fā)展。此外，兩種TSR模型的對比表明，烴類的演化受到TSR進程和初始烴類組成的共同控制。本研究也表明，輕烴是TSR的重要產(chǎn)物（最高占比32.2%），TSR成因的輕質(zhì)油藏可能是深部輕質(zhì)油藏的一種新類型。
圖2. n-C18 TSR (a)和C12-B TSR (b)中烴類的定量演化模型
該成果發(fā)表在國際重要地學期刊《Chemical Geology》。研究得到國家自然科學面上基金（42173057）和國家自然科學杰出青年基金（42125304）的資助。
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論文信息：Zhenyu Sun (孫震宇),Jian Chen (陳鍵)*,Qiang Wang (王強),Wanglu Jia (賈望魯),Ping'an Peng (彭平安),2024. A quantitative analysis on thermochemical sulfate reduction products of two model compounds: Implications for reaction mechanism and alteration process of hydrocarbons. Chemical Geology 661: 122187.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122187
