储层矿物对TSR影响的轻烃地球化学表征

Thermochemical sulfate reduction (TSR) has been a big challenge for petroleum exploration and exploitation in the deep hot hydrocarbon reservoirs within sedimentary basins around the world. The impacts of environmental elements, especially inorganic minerals in the petroleum reservoirs require deep investigations, even though great advances have been obtained in the mechanisms of inducing TSR recently. This study focuses on the evolution of light hydrocarbons during TSR with the presence and absence of various reservoir minerals in the laboratory to decipher the impacts of reservoir minerals on the reaction rates and intermediate compounds formation of TSR. It is well known that labile sulfur organic compounds play a critical role in inducing TSR. Due to improve or reduce the catalytic functions of labile sulfur organic compounds, reservoir minerals are supposed to have an important impact on the reaction rates of TSR; Due to the possibility of changing the reaction pathways of intermediate compounds, Reservoir minerals are also considered to act as a crucial role in regulating the occurrence of intermediate products including gaseous hydrocarbons and liquid low molecular weight hydrocarbons. This investigation could add new values in understanding the impacts of inorganic minerals within the oil and gas reservoirs on TSR, and should be hence helpful in resource evaluation of deep hot reservoirs in sedimentary basins and kinetic models construction of H2S formation during TSR.

热化学硫酸盐还原反应(TSR)是世界沉积盆地深埋高温油藏油气勘探开发需要共同直面的一个难题。目前，尽管在TSR成因机理方面取得了一系列研究进展，然而TSR的环境制约因素和可能作用机制还有待完善，尤其储层矿物对TSR的影响。本项目基于不同储层矿物介质环境作用下TSR模拟实验结果，紧扣中间产物轻烃化学演化，探讨储层矿物介质对TSR反应速率和反应产物形成的影响。以不稳定有机硫系物在诱发TSR中所扮演的关键角色为切入点，从储层矿物对不稳定有机硫系物催化效应的控制角度，探讨她对TSR反应速率的影响；从储层矿物对TSR中间产物化学演化控制角度，探讨她对TSR中间产物形成的影响。通过该项目研究希望补充和完善TSR的环境制约因素和可能作用机制，为沉积盆地深部油藏资源评价和TSR成因硫化氢化学动力学模型准确建立提供科学依据。

热化学硫酸盐还原反应（TSR）是沉积盆地深埋高温油藏油气勘探开发需要共同直面的一个难题。虽然目前TSR成因机理方面取得了系列成果，但是其环境制约因素仍待进一步完善，尤其储层矿物介质对TSR的影响往往被忽视。项目利用室内热-压模拟实验技术（实验温度：360 oC，加热12、48和312小时），模拟了碎屑岩（蒙脱石、伊利石和石英）和碳酸盐岩（方解石和白云岩）两大储层矿物介质环境下TSR作用过程，详细刻画了不同储层矿物介质环境作用下各系统内中间产物天然气、C6 –C10轻烃、n-C10+正构烷烃和含硫化合物及其单体含硫化合物同位素系统演变特征，厘定了不同储层矿物对TSR反应速率和中间产物形成的影响程度，初步解析了储层矿物介质对TSR反应速率和中间产物形成的影响程度和可能作用机制。实验结果显示：随加热时间延续或TSR作用程度加深，TSR主要反应物n-C10+正构烷烃含量逐步降低，TSR产物硫化氢、轻质芳烃、苯并噻吩和二苯并噻吩类化合物含量逐步上升，其δ34S值逐步逼近实验所加入的MgSO4同位素值，其平均值的差值Δ34SBT-DBT也逐步减小。与无矿物系统相比，含碎屑岩矿物，尤其蒙脱石系统n-C10+正构烷烃含量相对较低，硫化氢、轻质芳烃、硫化物含量相对较高，Δ34SBT-DBT相对较小；含碳酸盐岩矿物系统内的目标化合物则呈现相反的分布趋势。这表明铝硅酸盐，尤其蒙脱石加快了TSR反应进程，而碳酸盐岩则抑制了该反应进行。实验条件下，粘土矿物表面的离子交换和滑石析出均可释放出H+，进而提升了实验系统内HSO4-浓度，同时有利于TSR中易遭氧化的异构烷烃生成。HSO4-浓度的提升和异构烷烃的大量生成降低了TSR发生所需的活化能和门限温度。因此，在自然界，TSR可以发生在温度相对较低的碎屑岩地层内。碳酸盐岩溶蚀消耗了系统内的H+，进而降低了实验系统内HSO4-浓度。该研究证实了储层矿物对TSR发生具有重要控制作用，同时也表明TSR不仅可以在碳酸盐岩地层内出现，也可以在碎屑岩地层内发生。因此，在对沉积盆地TSR发生深度和由TSR形成的酸性气藏进行风险评估时，需要考虑储层矿物的影响。