含氮化合物指示原油运移机理和应用.pdfVIP

含氮化合物指示原油运移机理及应用 聂国振冯建园楼达 大港油田勘探开发研究院。中国天津300280 目前有机含氮化合物的研究主要侧重于吡咯类中性含氮化合物指示油气运移方面，国内外学者在这方 面已做了较多的应用研究。本文全面剖析了原油中含氮化合物指示油气运移的机理，在对柴达木盆地北缘 马北地区原油地球化学特征和原油成因研究的基础上，通过对同类原油中含氮化合物的浓度和运移参数变 化规律的分析，结合区域石油地质特征，研究油源区的位置和确定原油运移的方向。 1．含氮化合物指示油气运移机理 原油中的含氮化合物分为碱性吡啶类(吡啶和喹啉)和非碱性吡咯类(咔唑、苯并咔唑、二苯并咔唑及其 烷基衍生物、吲哚)，其中，非碱性吡咯类约占总氮量的2／3。应用于油气运移的有机含氮化合物主要是指 吡咯类中性化合物。吡咯是含有一个氮的五元环化合物，吡咯型化合物指缩聚的吡咯(或吡咯苯并物)及其 衍生物，如咔唑、苯并咔唑和二苯并咔唑。根据咔唑类及其衍生物苯并咔唑上烷基取代位置的不同(I-8 号位碳原子上的烷基对-NH的屏蔽程度不同)。可以将其分为屏蔽型、部分屏蔽型和裸露型。 有机含氮化合物应用于油气运移评价的基本原理是：由于含有氮原子杂环化的咔唑类分子具有较强的 极性，其可以通过氮原子键合的氢原子与地层中的有机质或粘土矿物上的负电性氧原子构成氢键使得郝分 咔唑类分子滞留在油气运移路径上或在储集层中，从而在油气运移过程中出现咔唑类的地层色层分馏效 应。分馏效应的参数变化主要表现在3个方面：①随着运移距离的增加，原油中含氮化合物的绝对浓度逐 渐降低；②对于咔唑类分子，随着运移距离的增加，屏蔽型异构体相对富集，裸露型异构体相对减少；③ 苯并咔唑中，棒型苯并【a】咔唑比次球形苯并【c】咔唑分子运移速度快，随着运移距离的增加，棒型异构体相 对富集。 目前吡咯类中性氮化合物之所以作为示踪剂被广泛的应用于石油运移研究，是因为这种化合物在油气 运移过程中表现出主要受运移距离的影响。运移过程中这类化合物主要产生的分馏效应表现为氮屏蔽型异 构体相对于氮裸露型异构体富集；烷基咔唑相对于烷基苯并咔唑富集；高碳数同系物相对于低碳数同系物 富集。同时已有研究表明成熟度、沉积环境和有机输入等因素都会对原油中含氮化合物的分布与组成产生 一定的影响，已有学者通过这些影响机制，利用含氮化合物在成熟度、沉积环境、油源对比等方面做了一 定的尝试性应用研究。因此，在利用原油中含氮化合物研究油气运移时，必须综合考虑各种地质因素。 2．应用 马海一大红沟吉凸起是柴达木盆地北缘的一个次级构造单元，受陵间断裂、马仙断裂、绿南断裂控制； 马北地区位于马海一大红沟凸起马仙断裂上盘。马海北部，可划分为马北l号构造，马北2号构造，马北 3号3个构造。马北地区北部为鱼卡断陷，西北为赛什腾凹陷，东南为尕丘凹陷。西面与南八仙构造相邻， 南八仙构造紧邻伊北凹陷，该地区是一个被生油凹陷环绕的有利油气聚集区。目前，虽然在马北地区发现 了商业性油气聚集，但关于马北地区原油的地球化学研究报道很少。因此。利用马北地区原油中含氮化合 物的浓度和运移参数研究该区的油气运移，确定油气运移方向和探讨该区的主力供烃凹陷有较大的理论意 义和现实意义。原油样品取自该地区的马北l号构造上的，马北l井、马北105井和马北106井。 依据含氮化合物的运移分馏机理，原油中具有极性的含氮化合物随着运移距离的增加，其浓度会因运 移途中矿物的吸附作用而显著减小。因此，含氮化合物浓度减小的方向也就是油气运移的方向。烷基咔唑类 化合物，1号和8号位碳上取代的异构体因甲基对．NII有屏蔽作用，从而降低了这类化合物的极性，非1 号和8号位碳上取代的异构体对-Nil影响较小，因而随着运移距离的增加，1．甲基和l，8．二甲基咔唑类 化合物的相对丰度降低的幅度远低于其他碳位取代的同系物，l一甲基咔唑， l，8．二甲基咔唑与其他异构 体的比值会随运距离的增加而增大。 表1原油中舍氮化合物运移参数 北县 深度 总咔唑浓度!=里彗!=里整—i,8-州—!：墨二三里董!：墨：三!!!塾 ：：： 墨 坚墨[曼鎏 垒=里蕉圣=望蕉兰：垒：三里簦三：垒：三登垒互Z：三堡蕉 马北1 520．9—527．56．157 1．22 2．16 2．40 6．83 2．06