矿物质对干酪根热解生烃过程的影响分析

摘 要：干酪根是形成石油的重要基础物质，因此对于石油勘探和生产具有极强的指导作用。采用热模拟实验方法，对干酪根进行热解生烃，并对矿物质对生烃构成特点、生烃量以及动力学等方面进行重点探讨。从实验结果当中可以看出，矿物质可以改变干酪根热解之后产物的种类，同时也可以提升热解时的生烃量，并且其具有双向调节作用，能够有效催化反应过程，提高干酪根的反应速率。

关键词：干酪根；热解生烃实验；矿物质；催化作用；影响

在沉积岩层的内部，有机质热解演化生烃的是一种较为复杂的反应过程，并且需要较长的反应时间，同时伴有多种不同的反应作用。其中热解催化作用主要发生在石油的产生阶段，由于岩层下环境复杂程度极高，因此其研究的难度也非常大，而这也使得国家沉积岩有机质的研究处于停滞状态。而热解模拟实验则可以从一定程度上对干酪根的生烃过程进行研究，其具体如下：

一、热解实验材料

本次实验当中所使用的主材料是烃源岩石样本，样本的深度为2000米以下，其中有机碳的含量为1.4%，氢元素和碳元素的比值为1.4，氧元素和碳元素的比值为0.1。采用盐酸和氢氟酸对样本进行处理，得到干酪根，将其中的一部分用于热解模拟实验，另外一部分采用氯仿进行处理（72小时），制得沥青进行气相色谱观察。本次实验中干酪根其属于Ⅰ型干酪根，其镜质组反射率低于0.5%，其中的有机质还处于未完全发育成熟阶段。

在对矿物质的种类进行选择时，为了最大程度模拟自然环境下的反应，应根据样本选出的岩层实际情况选择矿物质的种类，本次的样本岩层当中所含有的矿物质包括高岭石、方解石、蒙脱石、伊利石、伊利石-蒙脱石混合粉末等，其矿物混合物需要根据岩层当中的实际比例进行配制。在配制前所有矿物质均需要在高温（300℃）环境下进行活化，活化时间为4小时，利用电摩对各矿物质进行充分研磨，按照比例与干酪根进行混合，比例为矿物质：干酪根=10：1。

二、实验方法

热解模拟实验当中所使用的实验设备主要包括热解仪和气相色谱仪，其热解的条件具体为：热解温度最高为550℃，温度的上升速度为每分钟500℃，热解时间共分三个点，包括5s、10s以及20s。气相色谱仪设定条件具体为：色谱柱长度为50mm，分流比例为40：1，初始柱箱温度温设定为50℃，最高温度设定为300℃，温度上升速率为每分钟6摄氏度，样本放入时的温度应为280℃。利用热解仪对干酪根样本进行恒速升温热解模拟实验，初始温度设定为250℃，最高温度设定为550℃，并利用不同温度下干酪根的生烃率进行研究。

三、实验结果

（一）对烃物质种类的影响。在本次实验结果当中，方解石、高岭石以及伊利石对于干酪根热解产物种类基本没有影响，其热解之后的图谱特点与单纯热解干酪根时产生的图谱基本一致。而蒙脱石、蒙脱石-伊利石混合粉和矿物质混合粉对于干酪根热解产物种类有着明显的影响，其中蒙脱石的影响最为明显，其添加比例越高，对于产物种类影响的程度就越明显。将其与单纯热解干酪根的图谱相比，加入蒙脱石后其异构烃和烷基苯的含量明显增加，同时随着碳元素浓度的增加，产物当中的烷、烯烃类产物的浓度会逐渐降低，波峰呈遞减的趋势。另外，将蒙脱石添加比例增高，则产物当中的非正构烃的浓度也会增加，导致主波峰上的碳数发生前移，而低碳数烃类物质的含量则明显增加，这也就说明在热解干酪根时，蒙脱石具有促进大分子化合物裂解合成小分子化合物的影响作用。

（二）对干酪根生烃量的影响。根据实验结果显示，矿物质对于干酪根的生烃量具有一定的影响。其中单纯热解干酪根所获得的生烃量为310mg/g，而利用方解石催化则得到319mg/g；用蒙脱石-伊利石混合粉催化得到320mg/g；利用单纯蒙脱石催化得到332mg/g；利用高岭石催化得到361mg/g；利用单纯伊利石催化得到364mg/g，由此可见，利用伊利石催化能够得到最高的生烃量。

（三）对生烃动力学的影响。目前，国际上对于干酪根的具体化学构成还没有确切的研究数据，但相关研究显示其本身具有多个官能团，同时还具有多种化学键，属于大分子化合物。其组成成分在热解过程中不断发生断裂、重组等反应，导致热解后产物的种类不断变化。另外，在热解反应过程中，其产物种类会随着生烃量的增加而发生转变，干酪根的热解反应本质是串联反应，每个不同的反应都对应不同的生烃量，并且具有不同的活化能力，而这也说明了干酪根本身所具有的结构不均一特点。

四、结语

矿物质主要是由含有硅铝酸盐的化学成分所组成的，并且其中还含有各种微粒，因此其本身具有很多特殊性质，变化较为复杂，在吸收离子、交换离子的过程中所表现出的特性也不尽相同，而这也就直接影响了矿物质催化反应的机理。干酪根的热解过程涉及到了脱羧反应、碳碳键断裂反应等多种反应类型，因此在热解时其变化较为复杂，在催化剂不同的条件下，其热解的产物、产物量以及动力学特点就会发生不同的变化，能够为进一步研究干酪根热解反应提供相应的参考数据。

参考文献

[1] 李术元，林世静，郭绍辉，刘洛夫.无机盐类对干酪根生烃过程的影响[J].地球化学，2012（01）.

[2] 林世静.干酪根碎花讲解生烃特征及其动力学研究[D].北京：石油大学，2012.

作者简介：侯璐（1987.11- ），女，汉族，山东泰安人，本科，助理工程师，研究方向：烃源岩评价。