矿物低温催化混合酯水解及生烃动力学研究

论文摘要

脂肪酸及其衍生物是低熟油的重要生烃母质。研究发现,未熟烃源岩中含有丰富的脂肪酸,且分布在不同的碳数范围内,而脂肪酸酯是脂肪酸的主要赋存形式。因此,以混合脂肪酸酯为模型反应物,考虑各种影响因素的综合作用,进行矿物低温催化混合酯水解及生烃反应的动力学研究,探讨在接近实际地质条件下脂肪酸酯的生烃机制及其对低熟油产生和成藏的贡献,是一个具有理论意义和实际价值的研究课题。首先,对矿物低温催化混合酯水解及生烃反应的几个重要影响因素进行了考察:（1）运用正交试验综合考察了反应温度、反应压力、pH值和盐度的影响,并结合正交试验结果的极差分析和灰色关联分析,对影响因素的显著性进行了评价。结果表明,反应温度的影响最大,其次是pH值,第三是反应压力,第四是盐度。（2）系统考察了几种无机盐对矿物低温催化混合酯水解及生烃反应的影响,对几种无机盐的影响作用进行了系统的划分,并分析了其影响机制。不同的盐类介质产生了不同的影响作用,氯化镁对水解反应起负的影响作用,硫酸钠对生烃反应起负的影响作用,所考察的其它盐类对反应均起正的影响作用（粘土矿物催化下氯化钠对水解反应起负的影响作用）。此外,无机盐的存在对矿物的催化活性也有一定的影响。其次,对未熟烃源岩的催化活性进行了评价,并考察了混合酯反应中各脂肪酸酯之间的相互作用:（1）以粘土矿物为主要成分的未熟烃源岩,粘土矿物的低温催化作用是影响水解反应的主要因素;而碳酸盐矿物对混合酯的生烃反应则具有较好的低温催化作用。对于未熟烃源岩低温催化混合酯的生烃反应来说,其矿物组分中含有一定比例的粘土矿物和碳酸盐矿物则具有较好的催化生烃活性,这是同类研究中未曾得出的结论。此外,未熟烃源岩低温催化混合酯的生烃率大小趋势与方解石、白云石、黄铁矿、蒙脱石和伊利石的加权处理含量关系较好。（2）碳链不同的脂肪酸酯,其水解及生烃的难易程度也不同;在矿物低温催化混合酯水解及生烃反应中,由于各个脂肪酸酯之间存在有催化活性位的竞争,而使其水解率及生烃率都较单一脂肪酸酯的水解率及生烃率低。最后,进行了矿物低温催化混合酯水解及生烃反应动力学研究,并根据得到的动力学参数计算了相应的生烃年限和生烃潜量,同时对碳酸盐矿物低温催化脂肪酸酯的水解及生烃机理进行了初探:（1）矿物低温催化混合酯的水解及生烃反应均符合总包一级反应动力学模型。对于天然矿物样品,其催化反应活化能的大小顺序为:E碳酸盐矿物﹤E黄铁矿﹤E粘土矿物,且随着温度的提高,矿物低温催化混合酯生烃反应的差异性减小。（2）根据实验结果以及前人的研究理论提出了较为合理的化学反应历程,并且认为溶剂水在反应中起到了非常重要的作用。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 论文创新点摘要
• 第一章 前言
• 1.1 研究依据和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 脂肪酸及其衍生物的研究
• 1.2.2 矿物在油气生成过程中的催化作用
• 1.2.3 有机质生烃的影响因素研究
• 1.2.4 有机质生烃动力学的研究
• 1.2.5 矿物催化有机质生烃机理研究
• 1.3 研究目的和主要研究内容
• 第二章 实验方法和岩样分析
• 2.1 实验方法
• 2.1.1 模拟实验方法的建立
• 2.1.2 动力学研究思路
• 2.1.3 岩样选取及预处理
• 2.1.4 仪器与试剂
• 2.1.5 实验流程
• 2.1.6 数据处理方法
• 2.2 样品分析
• 2.2.1 未熟烃源岩样品分析
• 2.2.2 天然矿物样品分析
• 2.3 小结
• 第三章 未熟烃源岩低温催化混合酯反应的影响因素研究
• 3.1 影响因素的正交试验分析
• 3.1.1 影响因素的显著性分析
• 3.1.2 各影响因素对混合酯水解及生烃反应的影响规律
• 3.2 影响因素的灰色关联分析
• 3.2.1 绝对值关联度计算
• 3.2.2 速率关联度计算
• 3.3 小结
• 第四章 未熟烃源岩催化活性评价及酯之间相互作用的考察
• 4.1 七种未熟烃源岩催化活性评价
• 4.1.1 七种未熟烃源岩低温催化混合酯的水解率与生烃率考察
• 4.1.2 矿物组分对未熟烃源岩低温催化活性的影响
• 4.1.3 矿物组成与混合酯生烃率的关联
• 4.2 混合酯之间相互作用的考察
• 4.2.1 未熟烃源岩低温催化单一酯与混合酯水解率对比
• 4.2.2 未熟烃源岩低温催化单一酯与混合酯生烃率对比
• 4.3 小结
• 第五章 矿物低温催化混合酯水解及生烃反应动力学研究
• 5.1 模拟实验条件的确定
• 5.2 矿物低温催化混合酯水解反应动力学研究
• 5.2.1 水解反应的反应级数及反应速率常数的求解
• 5.2.2 水解反应活化能Ea 及指前因子A 的求解
• 5.2.3 矿物低温催化混合酯水解反应的动力学参数
• 5.3 矿物低温催化混合酯水解反应动力学结果分析与讨论
• 5.3.1 反应级数
• 5.3.2 反应活化能
• 5.3.3 指前因子与反应速率常数
• 5.4 矿物低温催化混合酯生烃反应动力学研究
• 5.4.1 生烃反应的反应级数及反应速率常数的求解
• 5.4.2 生烃反应活化能Ea 及指前因子A 的求解
• 5.4.3 矿物低温催化混合酯生烃反应的动力学参数
• 5.5 矿物低温催化混合酯生烃反应动力学结果分析与讨论
• 5.5.1 反应级数
• 5.5.2 反应活化能
• 5.5.3 指前因子
• 5.6 生烃年限的计算
• 5.7 单位重量未熟烃源岩中脂肪酸酯生烃潜量的计算
• 5.8 小结
• 第六章 无机盐对天然矿物低温催化混合酯水解及生烃反应影响
• 6.1 无机盐的选择和实验条件
• 6.2 不同无机盐对天然矿物低温催化混合酯水解反应的影响
• 6.3 各无机盐存在下不同矿物对混合酯水解反应的催化作用
• 6.4 不同无机盐对天然矿物低温催化混合酯生烃反应的影响
• 6.5 各无机盐存在下不同矿物对混合酯生烃反应的催化作用
• 6.6 小结
• 第七章 碳酸盐矿物低温催化脂肪酸酯水解及生烃反应机理研究
• 7.1 研究依据与研究思路
• 7.2 实验条件的确定
• 7.3 碳酸盐矿物低温催化脂肪酸酯水解及生烃反应机理研究
• 7.3.1 碳酸盐矿物低温催化脂肪酸酯水解反应机理研究
• 7.3.2 碳酸盐矿物低温催化脂肪酸酯生烃反应机理研究
• 7.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 作者简介