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化学动力学在油页岩原位转化产物预测中的应用

油页岩作为一种非常规油气资源，具有分布广、资源潜力大、开发程度低等特点，油页岩原位转化技术可避免常规开采方法所带来的环境污染、破坏植被等弊端，形成可观的页岩油气资源。准确预测转化过程中各种产物的变化趋势是油页岩原位转化能否获得最大经济效益的关键环节，而油气化学动力学是油气生成理论的重要组成部分，可作为油页岩原位转化产物预测的有力工具。

本次研究对选取的重点样品开展开放体系Rock-Eval、PY-GC与封闭体系黄金管热模拟生烃实验，揭示了样品热解生烃特征。使用数学优化的方法首次对总包n级反应模型进行了推导和编程，分别使用平行一级反应模型与总包n级反应模型对不同体系不同烃类产物生成反应动力学参数进行了标定，根据标定结果对模型计算精度及不同反应动力学特征进行了探究。同时，真实地层环境并非实验室条件下的完全封闭或者完全开放的环境，而是一种介于封闭与开放之间的部分开放体系，如果不考虑地层的开放性，仅根据某单一体系热解实验的地质应用结果来预测油页岩原位转化的产物变化趋势，会造成预测结果出现偏差。因此本次研究建立了利用最大生油量计算地层开放性的评价模型，实现了半开放体系下油页岩不同热解产物的预测。

研究得出以下结论：有机质热解遵循“时温互补”原则，气态烃生成期最长，重质油生成期最短，开放与封闭体系实验所揭示的有机质初次热解生油的过程基本一致，生油高峰对应的有机质EasyR_o在1.0%左右。生烃反应活化能与有机质成熟度关系密切，样品成熟度越高，反应活化能也越高，反映油页岩原位转化需要更高的温度条件。平行一级反应模型将生烃反应视为n个一级反应，对有机质生气、有机质生轻质油等生烃期较长的反应拟合效果较好；总包n级反应将反应视为一个n级反应，对于有机质生重质组分等生成窗口较窄的反应拟合效果较好。有机质生烃过程中，反应级数为不同母质生烃反应的反应级数之和，生烃母质类型越多，则对应生烃反应的反应级数往往越大。有机质生成不同烃类反应级数关系为：有机质生气>有机质生轻质油>有机质生重质油。影响地层开放性的因素主要包括生油量（有机质丰度、有机质成熟度）以及源储配置关系等。在不同升温速率条件下，油页岩主要生油窗口介于250-400 ℃之间，随着升温速率的升高，达到最大产率的温度也随之提高，升温速率的提高可缩短加热时间，能在更短时间内达到最大产率。