【摘要】："地色層效應(yīng)"是石油運移方向和充注途徑示蹤的理論基礎(chǔ),其中液-液色譜效應(yīng)是可能的主要地色層效應(yīng)之一。輸導(dǎo)層中的石油相當(dāng)于液態(tài)流動相,巖石礦物吸附水和束縛水相當(dāng)于液態(tài)固定相。由于石油中不同結(jié)構(gòu)的甲基二苯并噻吩異構(gòu)體分子與輸導(dǎo)層介質(zhì)吸附作用的差異,異構(gòu)體化合物的相對含量呈現(xiàn)出規(guī)律性的變化,從而可用來示蹤石油運移的方向。本文采用Connolly分子表面算法,以半徑為1.5?的水分子作為探針,使其分別在目標(biāo)分子1-甲基二苯并噻吩(1-MDBT)和4-MDBT表面滾動,計算出相應(yīng)化合物的分子表面積和體積。計算結(jié)果表明,1-MDBT分子的表面積為200.21?~2,體積為184.28?~3;4-MDBT分子的表面積為204.32?~2,體積為186.34?~3。與1-MDBT相比,4-MDBT的分子表面積和體積都較大,其與水分子接觸的面積也較大。在地層中,石油與水介質(zhì)之間的接觸關(guān)系,與實驗?zāi)M計算中目標(biāo)分子與水分子探針的接觸類似。與1-MDBT相比,石油中表面積較大的4-MDBT更易于被吸附水和束縛水吸附。此外,4-MDBT的極性略強(qiáng)于1-MDBT,也進(jìn)一步證明4-MDBT的吸附性更強(qiáng)。因此,隨著運移距離的增加,4-MDBT/1-MDBT參數(shù)逐漸減小,Connolly分子表面計算結(jié)果進(jìn)一步證明了甲基二苯并噻吩產(chǎn)生"地色層效應(yīng)"的化學(xué)機(jī)理。
【圖文】：

又釗洹⒎腫?與地層介質(zhì)之間具有多種相互作用[15 22];要推廣示蹤油藏充注方向與途徑的多種高效的二苯并噻吩類參數(shù),這要求對該類化合物產(chǎn)生運移分餾效應(yīng)的化學(xué)機(jī)理不斷深入研究。油藏充注地球化學(xué)示蹤,即根據(jù)已發(fā)現(xiàn)油藏中石油的物理性質(zhì)和化學(xué)組成特征,利用多種地球化學(xué)指標(biāo),重建與示蹤成藏過程中石油充注的方向和途徑,從而確定油藏充注點的位置,預(yù)測烴源灶的方位[23]。地球化學(xué)示蹤原理主要為成熟度梯度和地色層分餾效應(yīng),地色層分餾效應(yīng)則以吸附作用為主[10 14]。如示蹤油藏充注常用的含氮化合物咔唑(圖1a),其N原子的電負(fù)性為3.04,偶極矩大小為1.70D(德拜),為極性化合物;石油中的咔唑類分子,在石油運移輸導(dǎo)層中,能夠通過N—H官能團(tuán)上的氫原子,與介質(zhì)中的負(fù)電性原子形成氫鍵,導(dǎo)致分子被吸附,從而引起運移分餾效應(yīng)。二苯并噻吩(DBT)分子,其結(jié)構(gòu)與咔唑類似,為對稱性結(jié)構(gòu),具有很高的熱穩(wěn)定性,在高成熟石油中能穩(wěn)定存在;在石油中具有較高的濃度,含量普遍高于咔唑類含氮化合物[10 14]。二苯并噻吩(圖1b),圖1咔唑、二苯并噻吩與介質(zhì)中負(fù)電性原子的氫鍵作用Fig.1Hydrogen-bondinteractionbetweencarbazole,dibenzothio-pheneandelectronegativeatomincarriermedia其S原子的電負(fù)性為2.58,偶極矩為0.84D,也為極性分子;石油中的二苯并噻吩類化合物可以借助于噻吩環(huán)上硫原子的孤對電子,與介質(zhì)中的氫原子形成氫鍵,導(dǎo)致分子被吸附,同樣引起運移分餾效應(yīng)[10 14]。根據(jù)不同化合物間的吸附性差異,一系列示蹤油藏充注方向與途徑的二苯并噻吩類指標(biāo)被提出,如4-/1-甲基二苯并噻吩(4-/1-MDBT)、2,4-/1,4-二甲基二苯并噻吩,以及烷基二苯并噻吩總量等[10 14]。我們對二苯并噻吩類化合物分子極性與氫鍵作用的研究[1

第4期楊祿等:甲基二苯并噻吩的吸附性及油藏充注途徑示蹤機(jī)理之Connolly分子表面計算證明369YANGLuetal.:UsingConnollysurfacetocharacterizethegeochromatographiceffectofMDBTs巖過程;一般巖石都具有親水性,而水分子則具有一定的極性,易被巖石吸附形成吸附水(圖2)。石油在充滿地層水的孔隙中運移時,會不斷排驅(qū)巖石孔隙中的地層水,但排驅(qū)過程不會徹底,在巖石顆粒表面仍然存在一層束縛水膜;即,基本上直接與石油接觸的主要是水分子,而巖石或礦物顆粒則很少。那么,石油中的某些化合物會與水分子產(chǎn)生相互作用,如含氮化合物中N—H官能團(tuán)上的H原子、含硫化合物中的S原子,分別與水介質(zhì)中的負(fù)電性原子(O原子)、H原子形成氫鍵。在輸導(dǎo)層中,石油為液體流動相介質(zhì),吸附水和束縛水為液體固定相介質(zhì)[35];由于氫鍵作用,石油中的化合物會與吸附水、束縛水發(fā)生液-液地色層分餾效應(yīng)(圖2)。化合物分子表面特性的表征和計算對于分子穩(wěn)定性的判斷、介質(zhì)中分子間相互影響的識別起著非常重要的作用。Connolly[24 26]最先提出分子點表面和三角劃分表面的方法,即通過注入合適大小的溶劑分子探針,使其沿目標(biāo)分子滾動,探針分子的內(nèi)凹面所經(jīng)過的軌跡為目標(biāo)分子的表面(圖3)。其中,若分子探針與目標(biāo)分子的1個原子相切,在該原子上所經(jīng)歷的表面稱為凸球面(圖4a);與2個原子相切,探針上連接2個切點的弧線所經(jīng)歷的面稱為馬鞍形球面(圖4b);與3個原子相切,3個切點在面向目標(biāo)分子內(nèi)球面上所形成的三角區(qū)域稱為凹球面(圖4c)。目標(biāo)分子的凸球面、馬鞍形球面和凹球面三者面積之和即為Connolly表面算法所表征的分子圖2石油的運移與充注Fig.2Migrationandtrap-fillingofpetroleum圖3Connolly分子表面計算示意圖Fig.3Connollysurfacecalculationofanatomiccomple
【作者單位】： 中國石油大學(xué)(北京)油氣資源與工程國家重點實驗室;中國石油大學(xué)(北京)地球科學(xué)學(xué)院;農(nóng)業(yè)部沼氣科學(xué)研究所;四川理工學(xué)院;中國石油華北油田分公司勘探開發(fā)研究院;
【基金】：國家自然科學(xué)基金(41272158) 油氣資源與工程國家重點實驗室項目(PRP/indep-2-1302);油氣資源與工程國家重點實驗室開放基金(PRP/open-1503)
【分類號】：P618.13

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本文編號：2553296