一种利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法
专利汇可以提供一种利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种利用 热解 实验 碳 同位素形成 天然气 成藏史的方法：获取轻碳甲烷的活化能分布和 频率 因子；利用Excel的spreadsheet功能对研究区的天然气进行碳同位素动 力 学模拟，得到重碳甲烷的活化能、 质量 分数以及频率因子；利用地质资料建立研究区的埋藏史和热史；将所述重碳甲烷的活化能分布和频率因子与研究区的埋藏史和热史相结合，外推至地质的时间尺度，建立地质条件下天然气的瞬时曲线、累积曲线以及阶段性累积曲线。本发明为天然气成藏史的恢复提供了新的手段和方法，打破了仅根据热模拟实验数据以及现今实测碳同位素值建立的静态模型的局限性，提高了天然气成藏史的准确性，使得天然气成藏史更真实可靠。，下面是一种利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法专利的具体信息内容。
1.一种利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将选取的干酪根样品进行干酪根热解实验，得到轻碳甲烷的活化能、质量分数以及频率因子；
S2、根据轻碳甲烷的活化能、质量分数以及频率因子，利用Excel的spreadsheet技术对研究区的天然气进行碳同位素动力学模拟，得到重碳甲烷的活化能、质量分数以及频率因子；
S3、利用地质资料建立研究区的埋藏史和热史；
S4、将所述重碳甲烷的活化能、质量分数以及频率因子与研究区的埋藏史和热史相结合，建立地质条件下天然气的瞬时曲线、累积曲线以及阶段性累积曲线，形成天然气成藏史。
2.根据权利要求1所述的利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，所述步骤S1包括如下步骤：
S101、将选取的干酪根样品进行干酪根热解实验，得到所述干酪根样品的热解产物和产率；
S102、根据所述热解产物和产率利用KINETICS软件进行生烃动力学分析，得到轻碳甲烷的活化能、质量分数以及频率因子。
3.根据权利要求1所述的利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，所述步骤S2包括如下步骤：
S201、将所述轻碳甲烷的活化能和质量分数进行扩展，并将扩展值设为重碳甲烷的活化能和质量分数的初值；
S202、根据所述轻碳甲烷的频率因子，计算得到重碳甲烷的频率因子，其中，所述重碳甲烷的频率因子的表达式如下：
A13C＝1.02×A12C
其中，A13C表示重碳甲烷的频率因子，A12C表示轻碳甲烷的频率因子；
S203、利用所述轻碳甲烷的活化能、质量分数和频率因子，以及重碳甲烷的活化能、质量分数的初值和频率因子计算得到总反应轻碳甲烷和重碳甲烷前身物的转化率和反应速率；
S204、根据总反应轻碳甲烷和重碳甲烷前身物的转化率、反应速率以及热解实验的数据计算得到碳同位素累积值，其中，所述碳同位素边累积值的表达式如下：
δ13C(t)＝[R0F(t)/F*(t)/Rstd-1]1000
R0＝(δ13C0/1000+1)Rstd
其中，δ13C(t)表示碳同位素在t时刻的累积值，R0表示甲烷前身物的初始碳同位素比
13
值，F(t)、F*(t)分别表示t时刻总反应重碳甲烷前身物、轻碳甲烷前身物的转化率，δ C0表示初始碳同位素值，Rstd表示PDB标准比值；
S205、在Excel的spreadsheet窗口中，将重碳甲烷与轻碳甲烷之间的活化能差值ΔEa设置为可变单元格；
S206、根据热解实验得到的碳同位素实测值与所述碳同位素累积值，得到spreadsheet功能中的目标值，其中，所述目标值X的表达式如下：
X＝∑t|δ13C*(t)-δ13C(t)|
其中，δ13C*(t)表示t时刻的碳同位素实测值，δ13C(t)表示t时刻的碳同位素累积值；
S207、建立获取重碳甲烷的活化能以及质量分数的约束条件；
S208、根据所述约束条件，利用Excel的非线性内点法对所述目标值进行拟合，并判断拟合过程中所述目标值是否接近预设的限定值0，若是，则拟合完毕，从而获取重碳甲烷的活化能、质量分数和频率因子，反之，则返回步骤S205。
4.根据权利要求3所述的利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，所述步骤S203包括如下步骤：
S2031、根据所述轻碳甲烷的活化能、质量分数和频率因子，以及重碳甲烷的活化能、质量分数的初值以及频率因子分别计算得到每个反应轻碳甲烷和重碳甲烷的反应速率常数；
S2032、根据所述轻碳甲烷的活化能、质量分数和频率因子，以及重碳甲烷的活化能、质量分数的初值以及频率因子分别计算得到每个反应轻碳甲烷和重碳甲烷前身物未反应的量；
S2033、根据所述轻碳甲烷和重碳甲烷前身物未反应的量分别计算得到每个反应轻碳甲烷和重碳甲烷前身物的转化率，并根据所述轻碳甲烷和重碳甲烷前身物的转化率分别计算得到每个反应轻碳甲烷和重碳甲烷前身物的反应速率；
S2034、根据所述每个反应的轻碳甲烷和重碳甲烷前身物的转化率，以及每个反应的轻碳甲烷和重碳甲烷前身物的反应速率，分别计算得到总反应轻碳甲烷和重碳甲烷前身物的转化率和反应速率。
5.根据权利要求4所述的利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，所述步骤S2031中每个反应轻碳甲烷或重碳甲烷的反应速率常数的表达式如下：
ki＝Aexp(-Eai/RT)
其中，Eai表示轻碳甲烷或重碳甲烷的活化能，A表示轻碳甲烷或重碳甲烷的频率因子，R表示理想气体的常数，T表示温度，ki表示第i个反应轻碳甲烷或重碳甲烷的反应速率常数，且i＝1,...,n，n表示反应物的总数。
6.根据权利要求4所述的利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，所述步骤S2032中每个反应轻碳甲烷或重碳甲烷前身物未反应的量的表达式如下：
wi(t)＝exp[-∑tΔUi(t)]
ΔUi(t)＝[Ui(t)-Ui(t-1)]/Hr
其中，wi(t)表示t时刻第i个反应轻碳甲烷或重碳甲烷前身物未反应的量，ΔUi(t)表示从t时刻到t-1时刻轻碳甲烷或重碳甲烷反应产物的平均累积量，Hr表示恒定的升温速率，Ui(t)表示t时刻轻碳甲烷或重碳甲烷反应产物的累积量，R表示理想气体常数，T表示温度，ki表示第i个反应轻碳甲烷或重碳甲烷的反应速率常数，Eai表示轻碳甲烷或重碳甲烷的活化能，a1、a2、b1、b2分别表示计算t时刻轻碳甲烷或重碳甲烷反应产物累积量的常数，且a1＝
2.334733，a2＝0.250621，b1＝3.330657，b2＝1.681534。
7.根据权利要求4所述的利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，所述步骤S2033中每个反应轻碳甲烷或重碳甲烷前身物的转化率的表达式如下：
每个反应轻碳甲烷或重碳甲烷前身物的反应速率的表达式如下：
ri(t)＝ki(t)[foi-Fi(t)]
其中，Fi(t)表示t时刻第i个反应轻碳甲烷或重碳甲烷前身物的转化率，foi表示每个反应轻碳甲烷或重碳甲烷的质量分数，wi(t)表示t时刻第i个反应轻碳甲烷或重碳甲烷前身物未反应的量，ri(t)表示t时刻第i个反应轻碳甲烷或重碳甲烷的反应速率，ki(t)表示t时刻第i个反应轻碳甲烷或重碳甲烷的反应速率常数。
8.根据权利要求4所述的利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，所述步骤S2034中总反应轻碳甲烷或重碳甲烷前身物的转化率的表达式如下：
F*(t)＝∑Fi(t)
F(t)＝∑Fi(t)
总反应轻碳甲烷或重碳甲烷前身物的反应速率的表达式如下：
r*(t)＝∑ri(t)
r(t)＝∑ri(t)
其中，F(t)、F*(t)分别表示t时刻总反应重碳甲烷、轻碳甲烷前身物的转化率，r(t)、r*(t)表示t时刻总反应重碳甲烷、轻碳甲烷前身物的反应速率，Fi(t)表示t时刻第i个反应轻碳甲烷或重碳甲烷前身物的转化率，ri(t)表示t时刻第i个反应轻碳甲烷或重碳甲烷的反应速率。
9.根据权利要求3所述的利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，所述步骤S207中的约束条件为：
设置每个反应重碳甲烷的质量分数foi的总和为1，且foi≥0，设置每个反应重碳甲烷与轻碳甲烷活化能差值ΔEa的范围为80-250J/mol。
10.根据权利要求1所述的利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法，其特征在于，所述步骤S4中建立地质条件下天然气的累积曲线的表达式如下：
δ13C(t)＝[R0F(t)/F*(t)/Rstd-1]1000
13
R0＝(δ C0/1000+1)Rstd
其中，δ13Ccum(t)表示地质条件下天然气的碳同位素在t时刻的累积值，R0表示甲烷前身物的初始碳同位素比值，F(t)、F*(t)分别表示t时刻总反应重碳甲烷前身物、轻碳甲烷前身物的转化率，δ13C0表示初始碳同位素值，Rstd表示PDB标准比值；
建立地质条件下天然气的瞬时曲线的表达式如下：
δ13Cinst(t)＝{R0∑ri(t)/∑ri*(t)×[1-F(t)]/[1-F*(t)]/Rstd-1}1000
R0＝(δ13C0/1000+1)Rstd
其中，δ13Cinst(t)表示地质条件下天然气的碳同位素在t时刻的瞬时值，R0表示甲烷前身物的初始碳同位素比值，F(t)、F*(t)分别表示t时刻总反应重碳甲烷前身物、轻碳甲烷前身物的转化率，ri(t)、ri*(t)分别表示t时刻第i个反应重碳甲烷、轻碳甲烷前身物的反应速率，δ13C0表示初始碳同位素值，Rstd表示PDB标准比值；
建立地质条件下天然气的阶段性累积曲线的表达式如下：
δ13Cstep(t)＝δ13Cinst(t-1)×{[F(t)-F(t-1)]/[F*(t)-F*(t-1)]}+{[F(t)-F(t-1)]/[F*(t)-F*(t-1)]-1}1000
其中，δ13Cstep(t)表示地质条件下天然气的碳同位素在t时刻的阶段性累积值，F(t)表示t时刻总反应重碳甲烷前身物的转化率，F*(t)表示总反应轻碳甲烷前身物的转化率。
一种利用热解实验碳同位素形成天然气成藏史的方法
技术领域
背景技术
发明内容
附图说明
具体实施方式
前身物的转化率，δ C0表示初始碳同位素值，Rstd表示PDB标准比值；
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