乙酸溶蚀方解石影响因素探究及特征分析

碳酸盐岩储层是全球油气主要储集体,对油气储层的开发有十分重要的意义。通过对典型碳酸盐在不同条件下的溶蚀实验,厘清其溶蚀控制因素以及热力学与动力学关系,进而探讨其发育机理。为此,以高纯度方解石为研究对象,在不同温度、矿化度、离子类型以及p H条件下进行方解石溶蚀模拟实验,通过原子吸收光谱仪(AAS)、X射线荧光光谱仪(XRF)、X射线衍射仪(XRD)以及扫描电镜(SEM)等分析手段,并结合热力学计算,探究了不同地层条件下方解石溶蚀曲线变化规律、热力学与动力学之间关系以及溶蚀形貌特征。结果表明:(1)方解石的溶蚀量以及Ca~(2+)释放规律均随温度、矿化度、离子类型以及p H呈现规律性的变化;(2)中深埋层(100~130℃)、适中矿化度(29.25 g/L)、较小p H的地层条件更有利于方解石矿物的溶解,促进优质方解石矿物储层的形成;(3)相对封闭的地层环境下,乙酸溶蚀方解石的溶蚀速率r与反应ΔG关系式为r=2.047×10~(-8)[1+e~*+(0.748(ΔG+18.61))]-4.11×10~(13);(4)方解石溶蚀反应优先发生在具有高自由能表面和活性位点的表面断裂、凸凹点及边缘处,并且由溶孔到溶蚀坑,再到溶蚀带,随后形成溶蚀晶锥,最后裸露出新的晶面的过程进行。     

碳酸盐倒退溶解模式的化学热力学基础——与CO2有关的溶解介质

碳酸盐岩占据了油气储层的"半壁江山",次生孔隙是碳酸盐储集空间的主体,相对浅埋藏条件下碳酸盐矿物更容易溶解的倒退溶解模式在碳酸盐油气勘探中具有非常重要的指导意义.以化学热力学中的吉布斯自由能增量为基础,计算了与CO2(g)/CO2(aq)/H2CO3/HCO3-/H+/CO32-系统有关反应在不同温度下的平衡常数,包括不溶于水的CO2气体分子(即CO2(g))和溶于水中的CO2(即CO2(aq))之间的平衡反应(CO2(g) CO2(aq))、溶于水中的CO2(即CO2(aq))和碳酸(H2CO3)之间的平衡反应(CO2(aq)+H2O H2CO3)、碳酸(H2CO3)的一级电离反应(H2CO H++HCO3-)和碳酸(H2CO3)的二级电离反应(HCO3- H++CO32-).同时,根据方解石和白云石在酸性条件下的溶解过程,获得了碳酸盐矿物溶解过程中地层中流体的H+离子浓度(或pH值)与p CO2,地层压力和埋藏深度的关系.计算结果表明,在埋藏成岩系统中,地层流体温度的降低、地层压力或p CO2的降低以及埋藏深度的变浅,碳酸盐矿物都可能会从饱和状态进入不饱和状态.该结果支持碳酸盐的倒退溶解模式.     

碳酸盐矿物随埋深增加的溶蚀响应机制及其储层意义

以化学热力学为基础,利用数值模拟方法,研究不同埋深情况下碳酸盐矿物方解石(CaCO3)和白云石(CaMg(CO3)2)在含CO2流体及含H2S流体中的溶蚀响应机制。模拟结果表明,在流体系统不发生改变的前提下,随着埋深的增加,相同条件下方解石的溶蚀量始终大于白云石。同时,除温度、压力、酸性气体分压、流体成分之外,封闭在溶蚀体系中的气体总量是影响碳酸盐矿物溶蚀的另一重要因素。当封闭气体总量相对较高时,随着深度的增加,这两种矿物的溶蚀量表现为先增大后减少,此时白云石中溶蚀孔隙比方解石更为发育;当气体总量较低时,两种矿物的溶蚀量曲线单调性减少。     

东营凹陷沙四段地层水化学特征及其指示意义

在统计分析东营凹陷沙河街组主要预探井和评价井地层水和岩心物性资料的基础上,考察沙四段地层水化学性质及其指示意义,分析其与储层物性演化之间的关系。结果表明:沙四段地层水以氯化钙型为主,整体封闭程度好,处于还原的水体环境,总体矿化度高且具有垂向递增性和侧向不均一性;p H值是影响储层物性的主要因素,p H越小地层水矿化度越大,酸性地层水对储集物性的改善贡献相对较大;沙四段地层水仍以弱酸性为主,但地层中石英和碳酸盐矿物含量的变化、地层水中HCO3-含量的变化和黏土矿物之间的相互转化表明沙四段整体上处于酸性向碱性过渡的时期并以碱性成岩环境为主;沙四段地层储集物性较上覆地层有所降低,且随着埋深的增加,碱性成岩环境越占优势,储集物性变差;横向上北部陡坡带地层储集物性要好于中央隆起带和南部缓坡带;地层水矿化度可以作为判断相似地层储集物性发展趋势的重要指标,即地层水矿化度升高说明溶蚀作用强度大于胶结作用,储集物性变好;碳酸盐矿物的沉淀或溶解是影响沙四段储层孔隙度的主控因素(相关系数R≈0.81),沙四段碳酸盐矿物更趋向于沉淀析出形成胶结物,而溶蚀作用强度远小于上覆地层,储集物性相对较差。     

盐效应和共同离子效应对方解石溶解度的影响及其地质意义

储层矿物的生长和溶解受控于成岩流体,在恒定温度条件下,对不同盐度和离子类型溶液体系中的方解石溶解特性进行实验研究。结果表明,在低盐度(20%)条件下,方解石溶解度随盐度增加而增大,但盐度过高会导致方解石溶解度降低,方解石溶解度最大值的盐度区间对应了高孔隙发育带;在相同浓度条件下,MgCl_2体系中方解石的溶解度最大,NaCl体系中次之,KCl中最小,说明Mg~(2+)的盐效应大于Na~+和K~+的盐效应,能促进方解石的溶解;Ca~(2+)会因为共同离子效应而抑制方解石的溶解,反而有助于方解石沉淀(生长),其结果有助于地层保持良好的封闭性;Na_2SO_4的盐效应不明显,随浓度增大,方解石的溶解度快速降低;硫酸根对方解石溶解的抑制作用强于氯离子,表明Na_2SO_4水型可能不利于储层溶蚀次生孔隙的发育。     

黄陵-铜川地区延长组中下油层组致密储层成岩差异性

研究鄂尔多斯盆地南部黄陵-铜川地区上三叠统延长组储层类型、成岩特征及优质储层发育规律。通过对区内十余口钻井的岩心及地表剖面样品的薄片、阴极发光、扫描电镜及物性等分析,显示延长组中下油层组主要为岩屑长石砂岩和长石砂岩,储集空间主要为残余粒间孔隙、溶蚀粒间孔隙、溶蚀粒内孔隙、自生矿物晶间孔、裂缝孔隙以及填隙物内微孔。按储集空间类型及成因可分为残余原生粒间孔型储层(A类)、铁方解石强胶结型储层(B类)、压实致密型储层(C类)和裂缝-溶蚀型储层(D类)。这4类砂岩的成岩演化过程差异大,A类储层早期绿泥石包壳及早期油气充注减缓了储层压实作用,属边致密边充注型储层;B类储层的压实减孔和石英、长石的次生加大、黏土矿物堵塞喉道降低了储层物性,属早期致密型储层;中晚期铁方解石胶结是C类储层低渗的主控因素,属早期含水后期胶结致密型储层;晚期裂缝和酸性溶蚀是D类储层物性改善的主控因素,属先致密后充注型储层。     

川西拗陷须家河组第四段致密砂岩高岭石及其对储层物性的影响

研究川西拗陷上三叠统须家河组第四段致密砂岩中高岭石的发育特征与形成机理,探讨其对储层物性的影响。采用扫描电镜、铸体薄片、黏土矿物X射线衍射测试以及物性资料等,结果表明须四段自生高岭石呈书页状、蠕虫状,主要分布在深度小于3.8 km的须四段中上部;高岭石的形成与长石的溶蚀有关:(1)大气淡水和煤系地层酸性水使得长石在早成岩阶段发生了第一期溶蚀,形成了自生高岭石;(2)随着埋藏深度的增加和地温的升高,部分高岭石与临近的残余钾长石发生反应形成了伊利石。自生高岭石及其伴生矿物伊利石有利于须四段储层的孔隙发育;但它们阻塞了孔喉、降低了储层渗透率,不利于油气的运移。     

CO2-水-方解石相互作用后岩石表观形貌及渗透率变化特征

将CO_2注入地下油藏用于驱替原油是减少温室气体的排放及提高原油采收率的一种有效方法。CO_2注入地层后会与地层流体和岩石发生反应,其中岩石组成中的碳酸盐矿物极易与CO_2和水发生反应导致储层岩石物性发生改变。论文以方解石为代表样品,采用X射线衍射仪(XRD),电诱导双等离子体原子排放光谱测定仪(ICP-AES),扫描电镜(SEM)及在5 MPa压力下填砂模型的试验方法进行评价,分别考察了方解石的矿物学性质、CO_2-水-方解石反应前后方解石的表面物性、反应前后溶液的离子浓度变化及方解石填砂模型与CO_2、水反应后渗透率的变化。实验结果表明,与CO_2和水反应后,方解石出现溶蚀现象;反应压力增加,方解石溶蚀现象增加,反应后溶液中Ca~(2+)、HCO_3~-浓度增加;反应温度增加,方解石溶蚀现象增加,反应后溶液中Ca~(2+)、HCO_3~-浓度先增加,后降低;与CO_2和水反应后的方解石/石英砂填砂模型水测渗透率增加。     

CO_2化学刺激剂对增强地热系统热储层的改造作用

基于松辽盆地徐家围子地区大庆油田钻井的地球物理和地球化学参数,建立反应性溶质运移模型,模拟CO2化学刺激剂对热储层渗透性的改造作用,分析不同地层压力、温度下的刺激效果,并讨论注入水的化学成分对刺激效果的影响。研究结果表明:孔隙度的增加主要源于原生碳酸盐矿物的溶蚀;通过高温高压反应釜模拟不同温度、压力、水化学条件下CO2化学刺激剂与方解石(主要碳酸盐矿物)的化学反应,实验结果反映出的碳酸盐矿物溶蚀规律与数值模拟结果基本一致。     

碳酸盐矿物随埋深增加的溶蚀响应机制及其储层意义

以化学热力学为基础, 利用数值模拟方法, 研究不同埋深情况下碳酸盐矿物方解石(CaCO₃)和白云 石(CaMg(CO₃)₂)在含CO₂流体及含H₂S流体中的溶蚀响应机制。模拟结果表明, 在流体系统不发生改变的前提下, 随着埋深的增加, 相同条件下方解石的溶蚀量始终大于白云石。同时, 除温度、压力、酸性气体分压、流体成分之外, 封闭在溶蚀体系中的气体总量是影响碳酸盐矿物溶蚀的另一重要因素。当封闭气体总量相对较高时, 随着深度的增加, 这两种矿物的溶蚀量表现为先增大后减少, 此时白云石中溶蚀孔隙比方解石更为发育; 当气体总量较低时, 两种矿物的溶蚀量曲线单调性减少。     

CH_3COO~-与Ca~(2+)的络合效应对方解石溶蚀的影响

为探究不同温度下CH_3COO~-与Ca~(2+)的络合效应对方解石的影响以及方解石解理面的溶蚀过程,以方解石为研究对象,在静态条件下开展乙酸溶蚀方解石实验,利用Gaussian模拟软件从量子化学的角度计算络合反应的结合能,并结合SEM等表征手段,分析结合能与溶蚀量之间的关系,观测解理面上次生孔—带—锥的演化过程。结果表明:100℃时,CH_3COO~-与Ca~(2+)的络合效应最强,与溶液中离子的自由扩散以及氢质子的交换作用相结合,使得乙酸对方解石的溶蚀最为剧烈;温度升高或降低,络合反应的结合能均呈现不同程度的减小,络合效应被削弱,使得方解石的溶蚀量减少;晶体解理面上的CO_3~(2-)与Ca~(2+)在不同方向上的排列方式存在差异,造成活性位点沿各个方向的溶解速率不同,导致溶蚀晶锥的形成;晶锥只是方解石溶蚀过程中的一种阶段性产物,随着反应的进行,其规模会逐渐变小甚至消失直至裸露出下方新的晶面。     

渤海湾盆地沾化凹陷沙河街组页岩油微观储集性

探讨渤海湾盆地沾化凹陷页岩油储层不同岩石矿物的孔隙发育特征,为页岩油勘探开发提供基础资料.取自沾化凹陷罗69井古近系沙河街组页岩油层段21块自然断面和氩离子抛光岩心样品,利用场发射扫描电镜图像定量研究页岩油储层不同岩石矿物的孔隙发育类型、孔径分布及其面孔率贡献.结果表明沙河街组页岩油主要孔隙类型有泥岩中的泥质碎片间微孔和泥晶灰岩中的方解石溶蚀孔,其中的微米级孔隙提供了页岩油的主要储集空间.纳米级孔径为主的方解石晶间孔、晶内孔和黄铁矿晶间孔数量多,但孔隙面孔率很低.沾化凹陷页岩油开发的主要对象为微米级泥质粒间孔和方解石溶蚀孔发育层段.     

海相碳酸盐岩地层水对油气的响应特征 ——以塔中北斜坡奥陶系为例

海相碳酸盐岩地层水与碎屑岩地层水化学特征、作用及对油气的响应不尽相同。对塔中奥陶系地层水及油气性质的研究表明奥陶系地层水以(K++Na+)、Cl-为主要离子成分,以CaCl2水型为主,矿化度集中在(70~200)×103mg/L之间,pH值与储存类型相关;碳酸盐岩地层水对油气的响应主要体现在三个方面:钠氯系数、脱硫系数、矿化度等综合反映油气的保存条件,矿化度升高方向指示油气运移方向,矿化度、出水量、油气性质差异反映成藏过程中的油气分异现象。根据出水量和出水特征,可将塔中奥陶系地层水划分成凝析水、断层水、边(底)水和封存水4种类型,不同类型地层水反映成藏特征不同。     

柴西下干柴沟组咸化湖盆碳酸盐岩溶蚀模拟试验

为研究地层条件下有机酸对湖相碳酸盐岩基质微孔的改造作用及咸化环境沉积盐类矿物溶蚀对碳酸盐岩储层的影响,以柴达木盆地西部地区下干柴沟组湖相碳酸盐岩为例,采用高温高压模拟、扫描电镜及离子浓度测试等试验手段,依据岩心样品溶蚀模拟过程中矿物组分、物性、孔隙特征及反应液离子浓度的变化对咸化湖盆碳酸盐岩在有机酸作用下的溶蚀规律及控制因素进行研究。结果表明：酸性流体作用后碳酸盐岩样品物性均有一定改善,其渗透率增长明显;溶蚀过程中低温条件下发生与碳酸盐共生的石膏、芒硝及长石的溶解,方解石较白云石容易发生溶解,碳酸盐的溶解程度随温度升高具有先增强、后减弱的特点,存在“溶蚀窗”,相对封闭条件下,石膏等盐类矿物溶解产生同离子效应抑制碳酸盐的溶解;温度和水岩比是控制碳酸盐溶解的关键因素,水岩比决定发生反应的体系,不同体系下温度对溶蚀强度影响存在差异,低水岩比情况下温度升高碳酸盐趋于沉淀,中等水岩比情况下溶解强度随着温度升高先增强、后减弱,较高水岩比情况下温度升高利于碳酸盐溶蚀。     

鄂尔多斯盆地奥陶系盐下颗粒滩沉积模式及储层成因

综合岩心观察、薄片鉴定、物性分析及地球化学特征等资料,对鄂尔多斯盆地奥陶系盐下颗粒滩相白云岩储层的沉积特征、储层成因与分布开展系统研究。结果表明:(1)颗粒滩主要由粉—细晶白云岩、砂屑白云岩和鲕粒云岩组成;(2)颗粒滩分布受"隆拗相间"的古沉积格局控制,主要分布在中央古隆起和榆林—横山隆起带上,次为乌审旗—定边拗陷凸起上;(3)微区多参数分析表明,颗粒滩相白云岩储层经受了准同生溶蚀作用、近地表埋藏期膏盐岩充填作用、晚表生溶蚀作用和晚期方解石、石英和白云石矿物充填作用等多种因素的影响。根据储层成因分析认为,中央古隆起、乌审旗—定边拗陷凸起带与位于盐岩边界线外侧的榆林—横山隆起带颗粒滩是盆地内盐下有利白云岩储集层的发育区。     

静态条件下草酸溶蚀白云石的影响因素

探究外界因素对白云石的溶蚀规律一直是地球化学较为活跃的领域之一,遂之取得的研究成果有助于人们理解储层条件下白云石的溶解过程,对后续研究白云石贮藏的油气储集具有积极的指导意义。本文在静态条件下开展了白云石与草酸的溶蚀模拟实验,主要考查反应温度、草酸浓度及矿化度对溶蚀过程的影响。结果表明:反应温度升高不仅增大反应速率,而且影响溶液中镁离子的溶出浓度。草酸浓度较高时,溶液中镁离子溶出浓度不随草酸浓度升高而增大,并且反应产物沉淀在白云石表面,阻止了内部溶蚀反应的进行,不利于优质孔隙储层的形成。草酸溶液中氯化钠的加入一方面有利于提高反应速率及增大白云石的溶解度,另一方面抑制了溶液中镁离子的沉淀。     

草酸溶蚀白云石规律探究

为更好的探究白云石与地层酸性流体的溶蚀作用规律,为后续研究白云岩储层的油气储集提供积极的指导作用。本文开展了白云石与草酸的溶蚀模拟实验,主要考查了反应温度、草酸浓度及矿化度对草酸溶蚀白云石过程的影响。结果表明：反应温度增大不仅能提高反应速率,而且影响溶液中镁离子溶出浓度。草酸浓度较高时,溶液中镁离子溶出浓度不随草酸浓度升高而增大。且反应产物均沉淀在白云石表面上,阻止了内部溶蚀反应的进行,不利于孔隙优质储层的形成。草酸溶液中氯化钠的加入一方面有利于速率的提高及白云石的溶解度的增加,另一方面抑制了溶液中镁离子的沉淀     

南海流花油田储层特征及敏感性评价

南海流花油田经过长时间注水开发后出现注水压力上升、注水量下降以及达不到配注要求等问题。为此,通过对该油田注水层段储层特征分析以及储层敏感性实验评价,找出注水过程中潜在的损害因素,并提出合理的储层保护措施建议。储层特征分析结果表明:储层岩石类型以岩屑石英砂岩、长石岩屑石英砂岩为主,黏土矿物以伊/蒙混层和蒙脱石为主;储层物性良好,属于中孔、中渗储层;地层原油性质较好,属于轻质原油,地层水型为Na HCO3水型。敏感性实验结果表明:储层临界流速为5 m L·min-1,具有弱速敏;临界矿化度为4 480 mg·L-1,储层具有强水敏;储层不存在盐酸敏感性,存在弱土酸敏;临界p H为13,储层具有弱碱敏。在油田后续注水过程中应严格控制注水速度、控制入井流体的矿化度和p H,采取合适的酸化处理措施等。     

页岩油气储层有机碳含量测井评价方法研究及应用

为解决页岩油气储层导电矿物、地层水矿化度、有机碳成熟度或含油气性等地质因素,造成传统有机碳含量评价方法无法应用或评价结果精度低的难题,研究依据岩石天然放射性差异,建立利用自然伽马能谱测井的总伽马(GR)与去铀伽马(KTH)曲线重叠准确识别富有机碳井段;进而结合钍铀比(Th/U),定量评价不同沉积环境页岩有机碳含量的方法。该方法在建模井区以外的海相页岩气储层与陆相页岩油储层均有较好应用效果,证明了该方法可操作性较强、通用性较好、评价精度较高,为复杂地质条件下页岩油气储层有机碳含量评价提供了有效技术手段。     

鄂南延长组长3段致密储层特征及相对优质储层形成机理

通过岩石普通薄片、铸体薄片、扫描电镜、物性测试以及X线衍射等分析,研究鄂南旬邑地区延长组长3段对油气富集有利的相对高效储层的发育规律和主控因素。研究结果表明:研究区长3段经历了中等强度的压实作用,大量的云母和塑性岩屑的存在以及方解石连晶式胶结导致了储层的致密化;绿泥石薄膜的发育有效地阻止了石英等碎屑颗粒的次生加大,并增强了颗粒的抗压实能力,保护了原生孔隙和喉道,自生高岭石发育的晶间孔对储层物性具有一定的改善,自生伊利石的发育对储层发育没有影响;近地表暴露时期大气淡水的淋滤作用是长石被溶蚀产生大量次生孔隙的主要原因;三角洲前缘水下分流河道和河口坝微相,较少的云母、塑性岩屑(其质量分数小于25%)和方解石(其质量分数小于6%)和相对较多的自生绿泥石以及古地貌斜坡带大气淡水淋滤的叠合是相对优质储层形成的重要条件。