Моделирование истории реализации
углеводородного потенциала нефтематеринских свит бассейна (« Моделирование Бассейнов »)
Значения %Ro .–это общая характеристика зрелости ОВ материнских пород.
Объём УВ, генерированных материнской породой, определяется типом её органического вещества и присущим ему кинетическим спектром генерации УВ
Отражательная способность витринита, %Ro, является неплохим индикатором напряженности температурной истории погружавшегося образца осадочной породы. Но кинетический спектр, описывающий созревание витринита, отличается от спектров генерации нефти и газа органическим веществом разного типа, которые характеризуются большим разнообразием. Поэтому значения %Ro не всегда будут хорошим индикатором генерации нефти и газа в породах и совсем не подходят для численных оценок объёма генерированных УВ.
Кинетические спек- тры созревания витринита могут заметно отличаться от спектров созре- вания керогенов ОВ разного типа
Кинетические спектры генерации УВ
керогеном разного типа
Tissot et al., 1987
Espitalie et al.,1988
Sweeney et al.,1990
Расчет интегрального объёма и скоростей генерации УВ
Ki(t) = Ai exp ( -Ei / R T(t) )
Ki - скорость реакции, Ai – частот- ный фактор Аррениуса, Ei – энер- гия активации, R – газовая посто- янная, t - время, и T - температура в K.
dXi(t)/dt = - Ki(t) Xi(t)
Количество (объём) i-ой составляю- щей УВ определяется долей соот- ветствующей составляющей ОВ, термически преобразованного ко
времени t: Сi(t) = Xio – Xi(t)
Ci(t) =Xio { 1. – exp[ - tot Ki (t') dt')
]}
Если для всех N реакций, управ- ляющих процессом генерации УВ, известны кинетические па- раметры Ai, Ei и Xio, (исходный потенциал i-ой реакции), то выход и скорость генерации УВ вычисляют по формулам:
N |
|
Q(t) Xio [1 exp( tot Ki(t) dt] |
|
1 |
t Ki(t) dt) |
S2(t) dQ Xio Ki(t) exp( |
|
N |
to |
dt 1 |
|
Следовательно, генерация УВ и её скорости вычисляются при извест- ных температурной истории свиты T(t) и кинетического спектра её ОВ для генерации УВ.
Приведённые уравнения используются в программных модулях пакетов по моделированию бассейнов для вычисления интегрального выхода и скоростей генерации углеводородов как функций времени. «Интегральный» означает суммарный выход жидких и газовых УВ без разделения на фракции. Уравнения справедливы в диапазоне температур, где можно пренебречь вторичным крекингом жидких УВ.
Формулы применяются как для численного воспроизведения истории генерации углеводородов на геологическом этапе погружения бассейна (см., например, слайд 2), так и для описания экспериментального этапа его истории в пиролизаторе.
Кинетические параметры спектров созревания керогенов раз- нообразны по исходным потенциалам генерации УВ, частот- ным факторам и энергиям активации. Максимальным исход- ным потенциалом генерации УВ обладают керогены типа I (HI = 911 и 710 мг УВ/г Сорг), а минимальным – керогены типа III (HI = 110 – 210 мг УВ/г Сорг)
Кинетические спектры генерации УВ
керогеном разного типа
Tissot et al., 1987
Espitalie et al.,1988
Sweeney et al.,1990
Трёхкомпонентная система генерации УВ
Трёхкомпонентная система генерации
УВ (кероген нефть + газ + кокс) (1)
При описании процесса первичного крекинга кероген представляется в виде p независимых частей, генерирующих нефть, и m независимых частей, генерирующих газ.
Объём каждой из i-ых частей керогена (1 i p), генерирующих нефть,
убывает со временем согласно уравнению Аррениуса:
dCki |
K i |
Ci |
Сi |
xo |
EXP( t |
Ki |
dt') K i |
Ai |
EXP( |
Eoili |
) |
|
|
||||||||||
dt |
oil |
k |
k |
i |
oil |
oil |
oil |
|
R T (t) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
t0 |
|
|
|
|
|
||
Тогда объём генерируемой нефти, Qioil , растёт за счёт первичного крекинга керогена (Cik) и уменьшается при её крекинге Qioil со скоростью вторичного
крекинга Kkri : |
|
|
dQi |
K i |
|
Ci |
K i |
Qi |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
oil |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
dt |
oil |
k |
|
kr |
oil |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
p |
|
t |
|
t |
|
|
|
t ' |
|
Q |
oil |
|
|
Qi |
|
EXP( Ki |
dt')[ |
|
Ki |
Ci |
EXP( Ki |
dt'') dt' ] |
||
|
|
oil |
|
|
kr |
|
oil |
k |
|
kr |
|
|||
|
|
|
i 1 |
|
i 1 |
|
t0 |
|
t0 |
|
|
|
t0 |
|
Трёхкомпонентная система генерации
УВ (кероген нефть + газ + кокс) (2)
Объём каждой из m-тых частей керогена (1 j m), генерирующих в
процессе первичного крекинга газ, убывает со временем согласно уравнению Аррениуса:
j |
Ckj xg j EXP( t0 |
Kgj dt') |
Kgj Agj EXP( |
j |
) |
dCk Kgj Ckj |
Eg |
||||
|
t |
|
|
|
|
dt |
|
|
|
|
|
|
|
|
R T (t) |
|
Объём газовых УВ будет расти как за счёт первичного крекинга керогена Cjk, так и за счёт вторичного крекинга i-ой составляющей жидких УВ (Qioil)
со скоростью Kkri = Aikr EXP[ - Eikr / R T(t)] : |
xg j Kgj Ckj |
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
dQgas xri Kkri |
Qoili |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
|
dt |
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
j 1 |
|
|
|
|
||
Q |
|
|
p |
|
|
t |
Qi dt' |
m |
xg |
|
[1 EXP( |
t |
|
|
||||
gas |
|
|
xr K i |
|
j |
K j dt')] |
|
|||||||||||
|
|
|
i kr |
oil |
|
|
|
|
|
g |
|
|
||||||
|
|
|
i 1 |
|
|
t0 |
|
|
j 1 |
|
|
|
|
t0 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
|
t |
|
|
объём генерированного кокса |
Q |
coke |
|
|
(1 xr ) Ki |
Qi |
dt' |
|||||||||||
|
|
|
|
i |
kr |
oil |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i 1 |
|
t 0 |
|
|