Un estudio preliminar sobre las características de distribución anormal y las causas de los hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón en el país y en el extranjero
(1. Facultad de Recursos y Ciencias de la Tierra, Universidad de Minería y Tecnología de China, Xuzhou, Jiangsu 221116; 2. Laboratorio clave de recursos y procesos de acumulación de metano de lechos de carbón, Xuzhou, Jiangsu 221008)
En términos generales, la concentración de hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón es inferior a 3 a 5. Sin embargo, en algunas áreas, la concentración de hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón es más alta de lo normal, lo cual es anormal. La composición química del metano de las capas de carbón contiene abundante información sobre su origen. La investigación sobre el origen de los hidrocarburos pesados anormales puede profundizar la comprensión del origen del metano de las capas de carbón y promover la mejora y el desarrollo de la investigación básica sobre la geoquímica del metano de las capas de carbón. Este artículo resume la distribución y las características de las anomalías de los hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón en el país y en el extranjero, así como las diversas explicaciones de los académicos actuales sobre las causas de las anomalías de los hidrocarburos pesados. El autor expone sus propias opiniones sobre estas explicaciones, lo que proporciona ideas y puntos de partida para una investigación más profunda sobre las causas de las anomalías graves de los hidrocarburos. Considera que se deben realizar más investigaciones basándose en diversos factores en regiones específicas.
Palabras clave: Causas de las características de distribución anormal de los hidrocarburos pesados
Proyecto de financiación: Financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China Key Project (40730422).
Acerca del primer autor: Lan, nacida en 1986, mujer, estudiante de doctorado, geología del metano de yacimientos de carbón, 13151981375, LanfJ 1986 @ 126.com
Características de distribución anormales de hidrocarburos pesados en yacimientos de carbón metano y sus causas
Lan Fengjuan 1 Qin Yong 1, 2 Chang Huizhen 1 Guo Chen 1 Zhang Fei 1
( 1. Escuela de Recursos y Ciencias de la Tierra, Universidad de Minería y Ciencias de China Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116. Laboratorio clave de recursos y procesos de acumulación de metano de capas de carbón, Xuzhou, Jiangsu 221008)
Resumen: En términos generales, el contenido de hidrocarburos pesados en el metano de capas de carbón está entre 3 y 5, pero en algunos casos lugares excederá el valor normal. La composición química del metano de las capas de carbón contiene rica información sobre su origen. La investigación sobre su origen profundizará nuestra comprensión del origen y la geoquímica del metano de las capas de carbón. Este artículo revisa las características actuales de la distribución de los hidrocarburos anormalmente pesados en el país y en el extranjero y las explicaciones de los académicos sobre sus causas, presenta sus propias opiniones y proporciona un punto de entrada para futuras investigaciones sobre sus causas. Se cree que en un campo específico aún se necesita más investigación teniendo en cuenta una variedad de factores.
Palabras clave: Hidrocarburos anormalmente pesados; características de distribución; razones
Introducción
El componente principal del metano de las capas de carbón es el CH4, y los componentes secundarios son los hidrocarburos pesados (C2). ), N2 y CO2, los componentes traza son Ar, He, SO2 y CO (Tao Mingxin, 2005). Según las estadísticas de composición de gas de Scott de 1.400 pozos de producción de metano de carbón en los Estados Unidos, la composición promedio del metano de carbón es CH4, 93; dióxido de carbono, 3; N2, 1; 5), 0,77 ~ 1,0 (Scott, 1993). Aunque el metano de las capas de carbón de China se caracteriza generalmente como gas seco, también se han encontrado numerosos ejemplos de "gas húmedo". En estos ejemplos, la concentración de hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón suele estar entre 5 y 25, e incluso la concentración de hidrocarburos pesados es mayor que la del metano (Wu Jun, 1994). En cuanto a la Formación Longtan en Yunnan, Guizhou y Sichuan, la concentración de hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón en el área minera de Hongen en Yunnan suele ser mayor, seguida por el oeste de Guizhou y Chongqing. En el sinclinal de Hong'en, la concentración de etano en el metano de las capas de carbón alcanza 4,38 ~ 33,90, generalmente alrededor de 16; la concentración de propano es 0,7 ~ 5,88, generalmente menos de 3 (Wu Guoqiang et al., 2003). Grandes anomalías de hidrocarburos ocurren no sólo en Hong'en sino también en otras áreas. Por ejemplo, la concentración de C2H6-C4H10 en el metano de capas de carbón coquizable del Pérmico Superior en la zona minera de Tianfu en Chongqing llega a 30,45, que es 1,98 veces mayor que la de CH4. La proporción de hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón en el área minera de Nantong es de 6 a 15 (Liu Mingxin, 1986).
1 Distribución anormal de hidrocarburos pesados en vetas de carbón nacionales y extranjeras
Las anomalías de hidrocarburos pesados aparecen de sur a norte en Yunnan, Guizhou, Chongqing, Zhejiang, Hunan, Jiangsu, Anhui, Henan, Shaanxi, Liaoning, Hebei, Mongolia Interior y Heilongjiang (ver Tabla 1). La época anormal de los hidrocarburos pesados se concentra en el Carbonífero, Pérmico y Jurásico, siendo el Pérmico el principal. El grado de carbonificación se encuentra en las etapas de carbón gaseoso, carbón graso y carbón coquizable, y también aparece en el carbón de llama larga. La concentración de hidrocarburos pesados está entre 0,1 y 48,7.
Las vetas de carbón con anomalías de hidrocarburos pesados a menudo están asociadas con petróleo y gas. Algunos tienen aceite líquido en la veta de carbón o en su techo y piso, y otros tienen indicios obvios de petróleo y gas.
Tabla 1 Distribución anormal de hidrocarburos pesados en metano de yacimientos de carbón en China
Continuación
Según la información revisada, los países con hidrocarburos pesados anormales en yacimientos de carbón en el extranjero incluyen Estados Unidos, Rusia y Alemania. El grado de metamorfismo del carbón se produce principalmente en la etapa de carbón gaseoso y la concentración máxima de hidrocarburos pesados es superior a 43. Curiosamente, cerca de muchos campos de carbón con hidrocarburos pesados anormales, hay un campo de gas natural o un campo petrolero relacionado con el gas derivado del carbón, y en algunas vetas de carbón aparecen muestras de petróleo líquido o gas bueno y petróleo. Por lo tanto, algunos estudiosos utilizan la composición del GLP para explicar la concentración de hidrocarburos pesados, creyendo que está relacionada con el contenido de petróleo de las capas profundas de la cuenca, y que su migración puede ocurrir a lo largo de fallas profundas (аикраа)
Tabla 2 Hidrocarburos pesados en metano extraño de yacimientos de carbón Distribución anormal de hidrocarburos
Continuación
2 Causas de hidrocarburos pesados anormales en vetas de carbón
Hay muchas causas diferentes opiniones sobre las causas de los hidrocarburos pesados anormales en el metano de los lechos de carbón, incluida la teoría del material parental de generación, la teoría del petróleo y el gas, la teoría de la ósmosis, la teoría del metamorfismo de contacto y la teoría de la etapa de carbonificación. A continuación se enumeran varias hipótesis sobre la causa de la anomalía de los hidrocarburos pesados.
2.1 Material parental gaseoso
Las características de composición del material parental generador de hidrocarburos de la roca generadora afectan la calidad y el potencial de generación de hidrocarburos de la roca generadora, y son una parte importante del Estudio de rocas generadoras. Hay dos métodos de investigación principales: uno es el método de petrología del carbón y el otro es el método del kerógeno. El método de petrología del carbón conserva el estado y la estructura originales de la materia orgánica, lo que favorece el estudio del origen, y la reflectancia de la vitrinita es más confiable. El método de kerógeno enriquece la materia orgánica en la matriz de asfalto mineral, lo que es beneficioso para la determinación del tipo de kerógeno (Hande
Los componentes microscópicos de la roca de carbón determinan en gran medida la capacidad de generación de hidrocarburos de las vetas de carbón. En términos generales, las vetas de carbón ricas en costras tienen tendencia a producir petróleo, y las vetas de carbón ricas en vitrinita tienen tendencia a producir gas. Los estudios petrográficos y geoquímicos muestran que los carbones bituminosos de alta o media volatilidad tienen un componente de cáscara. genera principalmente agua e hidrocarburos líquidos, y el carbón de saprolita con componentes de vitrinita genera principalmente gas seco (Rice D D, 1993), pero algunos componentes de vitrinita también tienen la capacidad de generar gas con mayor concentración de hidrocarburos (Bertrand P, 1984). el contenido de vitrinita de las vetas de carbón ricas en hidrógeno en Nueva Zelanda es superior a 80, pero tiene una alta capacidad de producción de petróleo (Kill Ops D et al., 1998 se encontró el contenido de la corteza en el carbón húmico del Jurásico Medio del Mar del Norte de Noruega); No existe una relación obvia con la capacidad de producción de petróleo. Gentzis et al. creen que la humedad en la veta de carbón del río Medicine en Alberta, Canadá (la concentración de etano y propano es 5) proviene del gran componente de vitrinita rico en hidrógeno en el carbón (. Gentsist et al., 2008) En términos generales, el grupo inerte puede producir no solo petróleo sino también gas en comparación con el grupo quitina y el grupo vitrinita del mismo rango de carbón debido a su mayor grado de aromatización y oxidación y su contenido de hidrógeno extremadamente bajo. , en los últimos años, a través de investigaciones en profundidad realizadas por petrólogos del carbón, se ha descubierto que algunos componentes inertes no son completamente inertes, como el descubrimiento del "semifilamento reactivo" (RSF) en el carbón del hemisferio sur y la división de fluorescentes y no -Cuerpos inertes fluorescentes (Huang Difan et al., 1992) proporciona evidencia petrológica orgánica de la generación de hidrocarburos de cuerpos inertes. Xu Yongchang et al calentaron los componentes inertes y obtuvieron una producción de petróleo residual de 2,94 kg/t (Xu Yongchang et al.
El autor cree que la influencia de los componentes microscópicos de la roca de carbón en la generación de hidrocarburos pesados sólo se puede inferir mediante la comparación de observaciones microscópicas y los componentes microscópicos medidos. un impacto sobre los hidrocarburos pesados. La influencia de la generación no ha sido verificada experimentalmente, especialmente la exploración y verificación de la especificidad de la estructura química del carbón. La influencia del mismo tipo de kerógeno en diferentes áreas sobre la generación de hidrocarburos pesados necesita más estudios.
2.2 Microorganismos
Los microorganismos pueden afectar la concentración de hidrocarburos pesados de dos maneras. En primer lugar, las bacterias de hidrocarburos pesados ayudan a producir hidrocarburos pesados en las vetas de carbón. En segundo lugar, los microorganismos pueden consumir hidrocarburos pesados (como. como metanógenos) y producen biogás secundario. No favorece la conservación de hidrocarburos pesados.
Una explicación es que las bacterias de hidrocarburos pesados existen en la naturaleza, y la pequeña cantidad de hidrocarburos pesados en el biogás es contribución de. bacterias de hidrocarburos pesados, es decir, la teoría de la biogénesis.
Sin embargo, para demostrar que los hidrocarburos pesados se pueden formar mediante procesos biológicos, se debe disponer de la siguiente evidencia: en determinadas condiciones geológicas, el gas biogénico puede contener una pequeña cantidad de componentes de hidrocarburos pesados (0,1 ~ 0,2 el isótopo de carbono del etano); relativamente ligero (los valores de isótopos de carbono reportados actualmente están entre -70 ‰ ~ -55 ‰) (Mattavelli L y Martinenghic, 1992). Hay evidencia suficiente para demostrar que no existe otra razón para la mezcla de etano. que se puede cultivar en el laboratorio. Bacterias productoras de hidrocarburos pesados. Xu Yongchang et al. (2005) midieron el valor de la composición del isótopo de carbono del etano δ13C2 del gas natural Luliang en -66,0 ‰ ~ -61,2 ‰. Combinado con el análisis de su único fondo geológico, se descarta básicamente la posibilidad de que se trate de etano termogénico y se demuestra claramente que es de origen biológico, lo que da una respuesta positiva a si el etano puede generarse mediante procesos biológicos a largo plazo ( Xu Yongchang, 2000).
El autor cree que es necesario verificar más a fondo los factores que contribuyen a la generación de hidrocarburos pesados en las vetas de carbón, como las bacterias de hidrocarburos pesados y las fuentes bacterianas, la premisa de que el biogás secundario afecta la conservación de los hidrocarburos pesados; hidrocarburos para explicar las anomalías de los hidrocarburos pesados es Toda la veta de carbón sinclinal produce una gran cantidad de hidrocarburos pesados, pero algunos pozos están bien conservados y no se ven afectados por microorganismos. Por lo tanto, es necesario demostrar la existencia de biogás secundario en el área normal de. Hidrocarburos pesados.
2.3 Catálisis
En los últimos años, cada vez más estudiosos han comenzado a prestar atención al impacto de la catálisis en la formación de metano en lechos de carbón. Las sustancias inorgánicas que pueden desempeñar un papel catalítico en los procesos geológicos son principalmente minerales arcillosos, minerales carbonatados, minerales óxidos y elementos de metales de transición (Wu Yanyan y Telly, 2009). También existen algunas hipótesis sobre la influencia de los catalizadores en la formación de hidrocarburos pesados:
En algunos trabajos se plantea la hipótesis de que los hidrocarburos pesados en las vetas de carbón son causados por la interacción química del metano, las cenizas de carbón y el agua de formación. ha sido propuesto. Según la conclusión de ееворищй, la oxidación del metano contenido en los poros de las rocas dará lugar a la formación de homólogos de polímeros, concretamente los siguientes:
Fe2O3 2CH4→2FeO C2H6 H2O y 2Fe(OH)3 2CH4→2FeO C2H6·4H2O.
Sin embargo, esta suposición puede no ser correcta. También es necesario estudiar la distribución de los hidrocarburos pesados que pertenecen a las impurezas minerales en las vetas de carbón (аикравцов, 1983).
El papel de la actividad volcánica y la actividad de fluidos profundos en el proceso geológico de generación de hidrocarburos a partir de materia orgánica sedimentaria también ha recibido cada vez más atención. Zhang Jinglian cree que el posible modelo para el petróleo crudo en las cuencas carboníferas es la hidrogenación y licuefacción de hidrógeno profundo y materia orgánica para generar hidrocarburos, o la combinación de H2, CO2 y CO profundos en zonas de baja velocidad y alta conductividad. capa de la corteza media para generar petróleo y gas (Zhang Jinglian, 2001). Jin Zhijun y otros creen que los fluidos profundos afectan la generación de hidrocarburos en al menos tres aspectos: primero, participan directamente en el proceso de generación de hidrocarburos en forma de sustancias. El hidrógeno en los fluidos profundos puede sufrir una reacción de hidrogenación con materia orgánica sedimentaria para aumentar la producción. cantidad de generación de hidrocarburos; en segundo lugar, el efecto térmico, la gran cantidad de energía térmica transportada por los fluidos profundos ayuda a mejorar la madurez de la materia orgánica y acelerar el proceso de generación de hidrocarburos de la materia orgánica; en tercer lugar, la catálisis, varios elementos transportados por los fluidos profundos pueden; convertirse en catalizadores para la generación de hidrocarburos en las rocas generadoras (Jin Zhijun et al., 2002). Los resultados experimentales muestran que utilizando hierro fundido como medio, el CO2 y el H2 pueden sintetizar alcanos. El basalto, el basalto de olivino y la peridotita en las profundidades subterráneas son similares al hierro fundido en condiciones de laboratorio (Guo Zhanqian y Yang Haibo, 2005).
El autor cree que si la actividad volcánica y la actividad de los fluidos profundos desempeñan un papel catalítico en el proceso de generación de hidrocarburos de las vetas de carbón, entonces las características de distribución de muchos puntos anormales de hidrocarburos pesados pueden explicarse bien, por lo que el fluido actividad El impacto sobre los hidrocarburos pesados merece mayor estudio.
2.4 Diferencias en las etapas de coalificación
En la etapa intermedia de la termogénesis del metano del lecho de carbón, la materia orgánica se convierte principalmente a partir del asfalto formado en las primeras etapas de degradación de componentes estables como la resina. , esporas y queratina En la estructura del núcleo aromático Las cadenas ramificadas de hidrocarburos se rompen formando gas rico en hidrocarburos pesados. La etapa inicial del carbón graso y del carbón coquizable es el período pico de generación de petróleo a partir de materia orgánica, lo que es una razón importante para el aumento relativo de la concentración de hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón. Según los datos estadísticos de mi país, en toda la secuencia de clasificación del carbón, la reflectividad máxima de la vitrinita está entre 0,9 y 1,4, y la concentración de hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón es significativamente mayor (Wu Jun, 1994).
Aunque el autor se refiere a la producción máxima de hidrocarburos pesados en la etapa de carbón coquizable graso, sólo una pequeña cantidad de metano en el carbón coquizable graso tiene anomalías de hidrocarburos pesados. Por lo tanto, la etapa de carbonización es un factor influyente. de anomalías de hidrocarburos pesados, pero no es el único factor que influye.
2.5 Diferente adsorción de componentes gaseosos por el carbón
Debido a la diferencia en el potencial de adsorción, la capacidad de adsorción del carbón para componentes gaseosos de hidrocarburos pesados es mayor que la del metano. En los microporos del carbón, las moléculas de gas de hidrocarburos pesados se adsorben principalmente en la superficie de las paredes de los poros, y las moléculas de metano se ubican principalmente en la capa de adsorción de moléculas de hidrocarburos pesados. Esta diferencia en la fuerza de adsorción hace que las moléculas de metano migren fácilmente, lo que resulta en un enriquecimiento relativo del gas de hidrocarburo pesado en las vetas de carbón (Wu Jun, 1994).
Algunos estudiosos han notado cambios en los componentes de hidrocarburos del carbón debido a la adsorción de vitrinita. Erdmann y Erdmann descubrieron que el petróleo producido en las vetas de carbón se adsorbe en microporos de vitrinita (Given P, 1984; Derby-Shire F et al., 1989; Erdmann M y Horsfield B, 2006 utilizaron el concepto de diámetro molecular para estudiar el diámetro molecular). adsorción de microporos en vitrinita, y el modelo de adsorción de vitrinita basado en la teoría de Dubinin-Radushkevitch simuló la emisión de gas condensado de hidrocarburos aromáticos de alto contenido. Se cree que la distribución de los microporos y la densidad de reticulación en los componentes microscópicos pueden desempeñar un papel decisivo en la composición de los hidrocarburos descargados de las vetas de carbón, y los procesos de adsorción y disolución en el kerógeno afectan la composición de los hidrocarburos descargados de las vetas de carbón (RitterU , 2005).
2.6 Función del tamiz molecular microporoso del carbón
Los poros del carbón están distribuidos de manera extremadamente desigual y tienen efectos de tamiz molecular obvios en gases de hidrocarburos con diferentes diámetros moleculares. El gas metano tiene el diámetro molecular más pequeño y es más fácil de migrar en las vetas de carbón. El diámetro molecular del gas de hidrocarburo pesado es grande y a menudo está limitado por el tamaño de los poros durante el proceso de migración y permanece en los poros, lo que hace que el gas de hidrocarburo pesado esté relativamente enriquecido y a menudo exista en un estado de alta presión (Wu Jun , 1994).
2.7 Efecto de reemplazo de hidrocarburos
Muchas vetas de carbón tienen las características de generación de carbón, petróleo y gas. Más hidrocarburos líquidos en vetas de carbón con alto contenido de petróleo ocupan los poros efectivos del carbón y lo reemplazan. de hidrocarburos gaseosos. Cuanto menor es el peso molecular, más evidente es el efecto de sustitución. Esta característica de desplazamiento diferencial conduce al enriquecimiento relativo de gases de hidrocarburos pesados por encima del C2 en las vetas de carbón (Wu Jun, 1994).
El autor cree que la adsorción diferencial, la acción del tamiz molecular y los efectos de desplazamiento están relacionados con el enriquecimiento y la conservación de hidrocarburos pesados mediante el fraccionamiento de gases. La verificación de este factor debe excluir la posibilidad de diferencias en la generación de hidrocarburos. materiales para padres.
2.8 Teoría de la permeabilidad del petróleo y el gas
Quienes defienden la permeabilidad del petróleo y el gas creen que la presencia de hidrocarburos pesados en las vetas de carbón es el resultado del petróleo o gas natural en los yacimientos de petróleo y gas. filtrándose en las vetas de carbón (Yu, 1981).
2.9 Estructura
Los gases de hidrocarburos actualmente conservados en las vetas de carbón incluyen no solo gases de hidrocarburos producidos por metamorfismo plutónico, sino también gases de hidrocarburos producidos por metamorfismo dinámico del carbón tectónico superpuesto al metamorfismo plutónico. gases producidos en.
Zhao Zhigen et al. discutieron el problema de la generación de hidrocarburos del metamorfismo dinámico del carbón tectónico y creían que: ① El gas de hidrocarburo se forma durante el metamorfismo dinámico del carbón tectónico ② El gas de hidrocarburo formado por el metamorfismo dinámico tiene un impacto significativo; sobre el contenido de gas y El aumento de la presión del gas juega un papel importante; ③ Los hidrocarburos pesados se forman durante el metamorfismo dinámico del carbón tectónico (Zhao Zhigen et al., 1998). Cao et al. creen que existen dos mecanismos básicos por los cuales el estrés tectónico afecta la coalificación química → degradación del estrés y condensación del estrés. La degradación por tensión se refiere a la tensión estructural que actúa sobre las macromoléculas orgánicas del carbón en forma de fuerza mecánica o energía cinética, lo que provoca que los enlaces químicos con menor energía de descomposición, como las cadenas laterales y los grupos funcionales de la estructura del anillo aromático del carbón, se rompan y se degraden en radicales libres. con pesos moleculares más pequeños, y El proceso de escape en forma de materia orgánica fluida (hidrocarburos). La policondensación bajo tensión se refiere al proceso en el cual, bajo la acción de una tensión tectónica anisotrópica, los laminados de anillos aromáticos de carbón aumentan su nivel físico y químico mediante rotación, desplazamiento y disposición paralela, lo que hace que las unidades estructurales básicas crezcan direccionalmente y se empalmen preferentemente, y la aumenta el sistema de anillos aromáticos fusionados. El estrés tectónico tiene importancia catalítica para la carbonificación (Cao et al., 2006).
El autor cree que analizar la generación de hidrocarburos pesados a partir del mecanismo dinámico tectónico puede explicar las características de distribución de las anomalías de hidrocarburos pesados a lo largo de fallas en algunas áreas. Sin embargo, algunas fallas solo tienen anomalías de hidrocarburos pesados en ambos lados. requiere más investigación.
3 Conclusiones
(1) Se han producido anomalías de hidrocarburos pesados en el metano de las capas de carbón en muchas áreas en el país y en el extranjero. La época de anomalías de hidrocarburos pesados se concentra en el Carbonífero, el Pérmico y el Jurásico. , principalmente Pérmico. El grado de carbonificación se encuentra en las etapas de carbón gaseoso, carbón graso y carbón coquizable, y también aparece en el carbón de llama larga. Las vetas de carbón con anomalías de hidrocarburos pesados a menudo están asociadas con petróleo y gas. Algunos tienen aceite líquido en la veta de carbón o en su techo y piso, y otros tienen indicios obvios de petróleo y gas.
(2) La posibilidad de anomalías de hidrocarburos pesados se resumió a partir de los aspectos del material original del gas, microorganismos, catálisis, diferentes etapas de carbonificación, adsorción diferencial, tamices moleculares microporosos de carbón, efectos de expulsión de hidrocarburos, petróleo y gas. Teoría de la permeabilidad, procesos tectónicos, etc. Explicación de motivos. Y respectivamente expuso las opiniones del autor. Se cree que la investigación sobre el origen de las anomalías de los hidrocarburos pesados es de gran importancia para el origen del metano de las capas de carbón, la exploración y el desarrollo y la seguridad de la producción de las minas de carbón, y es necesario considerar más a fondo varios factores junto con regiones específicas.
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