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石油天然气学报(江汉石油学院学报)2011年5月第33卷第5期
Journal of Oil and Gas Technology(J JPI)May 2011 Vol 33 No 5
原油中烷基酚类化合物研究述评
崔景伟,王铁冠(中国石油大学(北京)油气资源与探測国家重点实验室,北京102249
徐耀辉(长江大学地球化学系,湖北荆434023)
摘要]烷基玢类是原油中常见的一类非烃化合物。通过对国内外文献的调研,综述了原油中烷基酚类可
能的来源和分布控制因素;提出了烷基酚类有效分子运移参数的筛选方法;探讨了烷基酚类在油菠开发
中的可能应用,如利用烷盼类的会量和变化特征对注水开发效果进行评价、对剩余油分布进行预测以
及对运移体积进行估算。系统总结了烷基酚类在油气勘探开发中的研究现状与存在问题的同时,还对其
应用前景进行了展望。
[关键词]烷基酚类;来源与分布;分子运移参数;应用前景
[中图分类号]TE122.1
[文献标识码]A[文章编号]1000~9752(2011)05-0051-04
油藏地球化学是20世纪90年代在欧洲北海油田的勘探开发中诞生与成型的一门新兴学科。伴随
着该学科的兴起,非烃研究的重视程度得到提高,如含氮元素的烷基咔唑类和含硫元素的烷基二苯并噻
吩类被广泛应用在油气运移方向示踪领域2~。烷基酚类作为原油和油田水中普遍存在的一类非烃化合
物,近年来也已经显示出一定的地质意义。笔者通过调研国内外研究成果,对烷基酚类的来源与分布控
制因素、运移过程中分配关系与有效分子运移指标的筛选、开发过程中的应用等问题进行系统的报导
对如何利用烷基酚类化合物服务于油藏的勘探与开发提出了思路和建议。
1原油中烷基酚类的来源和分布控制因素
原油中的烷基酚类化合物主要集中在低分子量的Co-C化合物中。尽管已经有C1s固定相萃取法等
多种方法和谱图资料可以确保将烷基酚类化合物从原油中进行分离并鉴定~,但是对于原油中烷基
酚类的来源以及分布控制因素仍不清楚。
通过国内外文献调研对烷基酚类的来源进行了总结,主要为以下5种:①原油中的烷基酚类来源于
干酪根热催化作用断裂1;②原油中的烷基酚类来源于酚的甲基化,其他全部的甲基酚异构体系列是
来源于酚和特定的甲基酚转甲基作用生成,但是并没有说明酚和特定烷基酚类的来源以及二甲基和三甲
基酚的来源];③原油中的烷基酚类源自于烷基苯的羟基化反应;④某些烷基酚类异构体具有“地
质合成”成因;⑤烷酚类存在于陆源有机质、藻、细菌和真菌中,而且在生物体中存在季节性变化
和个体差异15。
目前,原油中的烷基酚类在烃源岩的生、排烃过程都可能提供贡献,但是目前还没有明确的研究说
明何种贡献占主导。因此,应该针对不同的地质条件,具体研究可能的来源,这也是制约烷基酚类化合
物应用的主要原因之一。
烷基酚类化合物在每克原油中有零到几十微克,其分布控制影响因素复杂,造成原油中烷基酚类总
量、同系物之间相对含量变化。已有研究表明,源岩有机质类型不是控制烷基酚类分布的重要因
素,但是海相原油相对于陆相原油具有更多的烷基酚类,显示出沉积环境和沉积相对烷基酚类的分布存
在影响。热演化作用对烷基酚类的相对分布有一定的控制作用,但其影响机理还不太清楚。此
收稿日期】2011-03-11
基金项目]国家自然科学基金吹目(40972089)。
作者简介]崔景伟(1980-),男,2005年中国地质大学(武汉)毕业,博士生,现主変从事油气地球化学和油气成藏方面的研究
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石油天然气学报(江汉石油学院学报)
2011年5月
外,烷基酚的异构体在保存和处理过程中很容易被氧化,例如,2,4-二甲基翠酚、2,6-二甲基苯酚、2,4,
甲基苯酚都很容易被氧化。概括而言,烷基酚分布的控制因素中分为生成过程和生成后运移与保
存因素,包括先驱物的成岩、后生作用以及生成过程中烷基化和异构化作用、排出源岩以后的相分异、地层
色层、生物降解、水洗作用、氧化作用等1:0~2。总之,原油中烷基酚类的来源和分布控制因素比较复杂,
而大多数情况下其分布受多个影响因素综合控制。要应用烷基酚类化合物,首先要深人研究单因素的影
响。例如,要研究烷基酚在成藏地球化学运移方面的应用,就要保证除运移过程油一水ー岩相互作用之外的
因素影响(包括有机相、沉积环境等)基木不変。因此,应加强单一油气系统内单因素对烷基酚分布控制的
研究,包括室内模拟试验。
烷基酚类运移效应及分子运移参数筛选
烷基酚类化合物来源与控制因素的不确定性,可能是导致烷基酚总量以及烷基酚同系物或同系物组
成作为油气运移参数存在争议的原因。目前,部分研究支持烷基酚总量可以作为油气运移方向判识的指
标,烷基酚的浓度随着运移距离的增加而降低,这在阿曼前陆盆地环境 Dhahaban石油系统、北海油田和
国内朝长地区得到证实19,但是也有部分地区呈现不规律变化9。 Galimberti等21发现在源岩和成
熟度相同的情况下,邻甲酚/苯酚随运移距离增加而増加,提出了其作为分子运移指数,但是阿曼前陆盆地
环境 Dhahaban石油在运移了50km后,单个烷基酚同系物或同系物组成均没有显示出规律性变化2。
极性的非烃化合物对于流体和岩石的相互作用比较敏感23。 Bennett等2研究了烷基酚在原油和
盐水之间的分配关系,发现分配系数与压力关系不大,却与盐度存在一定的关系。 Bennett等7利用扫描
电镜研究了原油中烷基酚类的变化对岩石表面润湿性的影响,得出Co-C3烷基酚的分布与润湿性存在紧
密联系。Yang等8对烷基酚等地质示踪剂在原油运移和成藏后的分布进行了数值模拟,其中原油中烷
基酚的含量是时间和距离的函数。
总之,烷基酚类自身的性质以及疏导体系的特征是影响烷基酚在运移过程中变化的重要因素。因此,
在确保原油来自单一含油气系统的同时,深人地研究烷基酚类在油一水一岩中分配关系与不同类型疏导体
系对烷基酚类的影响具有重要的意义,也是烷基酚类运移效应的重要研究内容。
相比于烷基酚类,应用咔唑类化合物和二苯并噻吩类化合物研究油气运移方向,国内外已经进行了大
量的研究2~62~1。源岩有机质输入、沉积环境、热成熟度、初次和二次运移及生物降解作用都可能对这
些化合物分布产生影响,但目前看来,烷基咔唑浓度、屏蔽和半屏蔽异构体一暴露异构体比值等仍是很好的
运移指标,成为成藏地球化学领域判识油气运移方向和充注路径的重要手段。同源石油的烷基二苯并噻
吩类参数则可应用于不同成熟度的原油、生物降解原油和同源石油两期充注的混合油的油气运移示踪,是
很好的油气运移评价工具3
基于烷基酚类作为油气运移方向的分子示踪参数存在的问题,笔者认为在特定的区域需要同其他分
子运移指标一样进行指标的筛选。因此,与特定区域成熟的咔唑和二苯并噻吩类分子运移指标进行对比,
筛选烷基酚类运移指标是一种可行的方法。探讨烷基酚类的运移变化以及进行有效运移指标的筛选,不
仅具有实际应用意义,对于成藏地球化学学科中油气运移研究也有重要的理论意义
3原油和油田水中烷基酚在开发中的应用
烷基酚类化合物的油一水分配系数要比咔唑类低得多,造成烷基酚类更容易溶于水,特別是低分子量
Co-Cg)烷基酚具有相对较强的亲水性,同时也具有与沉积物表面作用的能力32。研究发现油田水比
石油包含了更丰富的酚和甲基苯酚,而且高取代基比低取代基、邻位比其他位置具有更高的油水分配系
数。低分子量烷基酚在油一水一岩石之间的分配,有助于了解盆地的流体。理论上接近剩余油的位置