【摘要】："地色層效應"是石油運移方向和充注途徑示蹤的理論基礎,其中液-液色譜效應是可能的主要地色層效應之一。輸導層中的石油相當于液態(tài)流動相,巖石礦物吸附水和束縛水相當于液態(tài)固定相。由于石油中不同結構的甲基二苯并噻吩異構體分子與輸導層介質吸附作用的差異,異構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,使其分別在目標分子1-甲基二苯并噻吩(1-MDBT)和4-MDBT表面滾動,計算出相應化合物的分子表面積和體積。計算結果表明,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,石油與水介質之間的接觸關系,與實驗模擬計算中目標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的極性略強于1-MDBT,也進一步證明4-MDBT的吸附性更強。因此,隨著運移距離的增加,4-MDBT/1-MDBT參數(shù)逐漸減小,Connolly分子表面計算結果進一步證明了甲基二苯并噻吩產生"地色層效應"的化學機理。
【圖文】：

又釗洹⒎腫?與地層介質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生運移分餾效應的化學機理不斷深入研究。油藏充注地球化學示蹤,即根據(jù)已發(fā)現(xiàn)油藏中石油的物理性質和化學組成特征,利用多種地球化學指標,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,預測烴源灶的方位[23]。地球化學示蹤原理主要為成熟度梯度和地色層分餾效應,地色層分餾效應則以吸附作用為主[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,在石油運移輸導層中,能夠通過N—H官能團上的氫原子,與介質中的負電性原子形成氫鍵,導致分子被吸附,從而引起運移分餾效應。二苯并噻吩(DBT)分子,其結構與咔唑類似,為對稱性結構,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、二苯并噻吩與介質中負電性原子的氫鍵作用Fig.1Hydrogen-bondinteractionbetweencarbazole,dibenzothio-pheneandelectronegativeatomincarriermedia其S原子的電負性為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,與介質中的氫原子形成氫鍵,導致分子被吸附,同樣引起運移分餾效應[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,會不斷排驅巖石孔隙中的地層水,但排驅過程不會徹底,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生相互作用,如含氮化合物中N—H官能團上的H原子、含硫化合物中的S原子,分別與水介質中的負電性原子(O原子)、H原子形成氫鍵。在輸導層中,石油為液體流動相介質,吸附水和束縛水為液體固定相介質[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(圖2)�；衔锓肿颖砻嫣匦缘谋碚骱陀嬎銓τ诜肿臃�(wěn)定性的判斷、介質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,使其沿目標分子滾動,探針分子的內凹面所經過的軌跡為目標分子的表面(圖3)。其中,若分子探針與目標分子的1個原子相切,在該原子上所經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個切點在面向目標分子內球面上所形成的三角區(qū)域稱為凹球面(圖4c)。目標分子的凸球面、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(北京)油氣資源與工程國家重點實驗室;中國石油大學(北京)地球科學學院;農業(yè)部沼氣科學研究所;四川理工學院;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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