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对于海相碳酸盐岩油气藏中有机含硫化合物的形成,目前的研究主要根据地质实例进行推测,尚缺乏模拟实验的验证。本文利用模拟实验开展有机硫化合物形成机理研究,对碳酸岩沉积环境特征探讨、重新认识地质体中硫循环以及深入理解储层中油气-岩石的地球化学行为与成藏演化规律都有重要的理论价值和实际意义。 本文在实验室内利用高压釜反应装置,对液态烃与硫酸盐反应体系进行了热模拟实验研究。利用气相色谱仪、微库仑仪、毛细管气相色谱/脉冲火焰光度检测器、傅立叶变换红外光谱仪、X-射线衍射仪等先进技术,对反应产物进行分析,开展动力学研究,初步探讨了有机硫化物形成机理。 硫酸盐热化学还原反应(Thermochemical Sulfate Reduction,简称TSR)的影响因素有温度、时间以及含水量,正交试验分析结果表明,反应温度是反应的关键因素,由它引起产率波动幅度达59%,含水量占26%,而反应时间对最终产物生成量的影响最小。通过升高反应温度,在产物中添加适量的水介质和延长反应时间是提高硫酸盐热化学还原反应的转化率的可行途径。 含水条件下,在温度为300℃-550℃时正辛烷、正十六烷、汽油和柴油分别与固态硫酸镁和在温度为250℃-450℃时正辛酸、乙酸与硫酸镁可以发生TSR反应,主要生成氧化镁、硫化氢、二氧化碳以及硫醇、硫醚、噻吩类等一系列有机硫化物。无水条件下,在温度为300℃-550℃时,汽油与固态硫酸镁可以发生TSR反应,主要生成氧化镁、硫化氢、二氧化碳以及硫醇、硫醚、噻吩类等一系列有机硫化物。随温度升高,反应体系中无机硫向有机硫转化的总体趋势加深,且主要向热稳定性高的噻吩硫转化。 液态烃与硫酸盐的动力学研究表明,相同温度下长链烷烃比 短链烷烃更容易参与反应。根据动力学模型结果,得到正辛烷、正十六烷、汽油和柴油分别与硫酸镁反应的表观活化能,分别为48.6 kJ·mol-1、42.4 kJ·mol-1、68.9 kJ·mol-1和58.6 kJ·mol-1;而碳链长度相同时,含有羧基官能团的有机酸更容易参与反应,正辛酸与硫酸镁反应的表观活化能为45.2kJ·mol-1,低于正辛烷与硫酸镁反应的表观活化能;相同烃类在含水条件下更容易参与反应,汽油与硫酸镁在含水条件下的表面活化能为68.9kJ·mol-1,低于无水条件下反应的表观活化能78.5kJ·mol-1。