金刚烷及衍生物形成机理及在油藏蚀变中的应用

Due to the peculiar cage structure, diamondoids, thiadiamondoids and diamondoidthiols have the relatively strong stability，but their formation mechanisms are still unclear. Great difference in maturity range corresponding to the enrichment of the diamondoids results in the great difference in the degree of the oil-cracking. The thiadiamondoids and diamondoidthiols from high-sulfur kerogen have not been reported fully. In this project, the coals of Carboniferous and Permian from North China, high-sulfur source rocks from Jianghan Basin, oils with different degree of biodegradation, maturity and TSR from Tahe and Tazhong Oilfields, Tarim Basin will be selected. Based on the evolution of diamondoids from coals, the maturity and oil-cracking index will be studied. Based on the golden-tube pyrolysis of high-sulfur source rocks from Jianghan Basin, the formation mechanism of diamondoids, thiadiamondoids and diamondoidthiols will be carried out. Combined with the TSR stimulation experiment on the model compound of the diamondoids and the abundance of the diamondoids and thiadiamondoids of oils with different biodegradation, maturity and TSR, the formation mechanisms and the main controlling factors on these cage compounds will be ascertained. These results will provide the molecular indicator for reservoir secondary alteration, guide the exploration and development of the oil reservoir and reduce the exploration risk.

由于独特笼形分子结构，金刚烷、硫代金刚烷及金刚烷硫醇具有较强的稳定性，但它们的形成机理并不十分明确。金刚烷生成富集的成熟度范围认识差异较大，影响金刚烷原油裂解指标的应用；富硫烃源岩形成硫代金刚烷尚未开展。本文选择华北石炭二叠纪煤岩、江汉盆地盐湖相高硫未熟烃源岩、塔里木盆地塔河油田不同生物降解程度原油、不同热成熟原油以及塔中不同TSR蚀变原油为研究对象。开展煤岩中金刚烷演化规律研究，为成熟度和原油裂解指标适用范围提供依据。开展未熟高硫烃源岩热演化过程中生成金刚烷及硫代金刚烷研究，结合模型化合物TSR热模拟实验，研究金刚烷及硫代金刚烷形成机理。开展不同类型原油中金刚烷、硫代金刚烷和金刚烷丰度研究，建立适用于评价热裂解、TSR作用及生物降解作用的金刚烷及衍生物的评价图版。从而有效指导勘探开发，降低勘探风险。

针对金刚烷及衍生物形成机理不明，研究选择江汉盆地高硫低熟烃源岩、华北地区二叠系成熟度为0.55%~5.32%的煤样、辽河油田不同生物降解级别的原油、塔里木盆地塔河-顺托果勒-塔中地区不同类型原油以及金刚烷模型化合物TSR模拟实验，对金刚烷及其衍生物（主要是硫代金刚烷）的形成机理及在油藏次生改造中应用进行了研究。取得了以下重要成果：.1.不同分析方法定量的原油金刚烷浓度和比值存在差异，在地质应用时，需注意分析方法的一致性；.2.烃源岩中不同笼数金刚烷生成具有阶段性，笼数越高，对应的烃源岩成熟度越高。“金刚烷-生标”浓度方法判识原油裂解程度的适用范围在Ro为0.80-3.0%的成熟度范围内；.3.完善了原油含硫非烃分离方法，建立了原油含硫非烃硫代金刚烷色谱-质谱鉴定方法，系统鉴定出低聚硫代金刚烷、高聚硫代金刚烷、高聚金刚烷硫醇系列化合物；.4.在强烈改造原油中，识别出4-6笼的高聚金刚烷；.5.模型化合物TSR模拟实验表明：TSR过程中，金刚烷可以生成四类与金刚烷结构有关的化合物，按其浓度分别为金刚烷酮、金刚烷醇、金刚烷硫醇、硫代金刚烷；金刚烷醇和金刚烷硫醇性质不稳定，在TSR过程中浓度呈现先增加后降低的趋势，金刚烷硫醇的快速降低并不对应于硫代金刚烷的大量生成，金刚烷硫醇可能不是硫代金刚烷的直接前身物，结合实验室硫代金刚烷合成机制，提出硫代金刚烷的前身物可能为金刚烷酮。.6.高硫低熟烃源岩在热裂解过程中，液相产物产物中，硫代金刚烷无法检出。.7.提出塔里木盆地顺托果勒地区奥陶系长期处于低地温背景，油气藏次生改造作用强度低，是顺北地区保持轻质油藏-挥发油藏的关键。.8.生物降解作用消耗原油中的金刚烷。原油裂解作用和TSR作用，均会导致原油中的金刚烷化合物增加， TSR作用还会使得硫代金刚烷含量的增加。强烈改造的原油，轻、重单体碳同位素分馏比值大于6‰..项目建立了“金刚烷-硫代金刚烷”浓度评价深层油气藏热裂解、TSR改造作用强度的方法，对于我国深层油气藏地球化学及成藏机理具有一定的指导意义。.