高温-超压-高CO2背景下致密砂岩储层成岩作用特征——以莺歌海盆地LD10区新近系梅山组-黄流组为例

利用薄片鉴定、扫描电镜、阴极发光及碳氧同位素分析等手段,对莺歌海盆地LD10区新近系梅山组-黄流组高温-超压-高CO₂背景下的储层成岩作用特征及其对孔隙的影响进行了系统研究。研究结果表明: ①莺歌海盆地LD10区新近系梅山组-黄流组储层发育重力流沉积,岩性以中-细粒长石岩屑石英砂岩为主,储层物性以特低-低孔、特低渗特征为主。②压实、胶结和溶蚀作用是研究区主要的成岩作用类型。超压对黏土矿物的转化及石英次生加大具有明显抑制作用,并在一定程度上保护了原生孔隙。富含CO₂的高温流体不仅造成了黏土矿物的异常转化,同时促进了溶蚀作用发生,增加了次生孔隙。③研究区黄二段储层的成岩演化序列为: 菱铁矿胶结→石英次生加大→绿泥石胶结→长石淋滤溶蚀→高岭石形成→早期方解石胶结→早期白云石胶结→长石溶蚀→方解石溶蚀→伊利石大量生成→晚期铁方解石、铁白云石形成。④总体上,压实作用使孔隙度减少了45.30%～62.93%,胶结作用使孔隙度减少了1.65%～35.01%,溶蚀作用使孔隙度增加了0.72%～8.00%。其中,黄流组中下部砂岩储层受到了超压保护和CO₂溶蚀作用的双重影响,物性较好,钻井过程中应考虑高CO₂风险。     

致密砂岩储层石英溶蚀成因及对孔隙发育的影响——以川中-川南过渡带须家河组为例

通过岩石(铸体)薄片鉴定、扫描电镜及X射线衍射分析等手段,对川中-川南过渡带须家河组致密砂岩储层石英溶蚀特征、成因机理及对储层孔隙发育的影响进行了详细研究,结果表明:储层中存在大量石英溶蚀现象,石英沿颗粒边缘、颗粒内部、次生加大边等部位进行溶蚀,石英溶蚀主要发生在中成岩A₂亚期;石英溶蚀的成因机制有两种,第一种是碱性成岩环境下的直接溶蚀,溶蚀程度相对较弱;第二种是黏土矿物和碳酸盐矿物的交代溶蚀,其中黏土矿物对石英颗粒交代溶蚀作用较强;石英颗粒溶蚀后形成大量的次生孔隙,有效增加储集空间,改善孔隙结构,提高储层孔渗性能,尤其是黏土矿物交代溶蚀石英后形成的次生孔隙对储层孔隙的贡献较为可观。     

柴达木盆地尕斯地区古近系砂岩储层流体—成藏演化特征

柴达木盆地西南部尕斯地区古近系下部(下干柴沟组下段,E_3~1)砂岩油藏是柴达木盆地主力油藏之一。以跃检1井为例,通过多功能显微镜、阴极发光、扫描电镜、X-射线衍射、包裹体测温等手段的应用,对储层的岩性、自生矿物、成岩共生序列、烃类包裹体分布及期次等进行了系统分析,研究了储层的流体—成藏演化特征。结果表明,储层砂岩主要为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩,成岩共生序列为早期方解石/黏土包壳→长石溶蚀/石英加大→长石加大/晚期方解石→长石加大溶蚀/微晶石英→白云石→晚期绿泥石→硬石膏;储层流体经历了碱性—酸性—碱性—弱酸性—碱性的演化过程。其中酸性流体包括了黄色荧光和蓝色荧光气液烃包裹体所代表的2期油气充注,捕获时间分别为28Ma和8Ma;结合构造演化史与油气地球化学特征,提出了尕斯E_3~1油藏经历了上干柴沟组(N1)低熟原油和上油砂山组(N22)至现今的2期油气调整改造的成藏过程。     

琼东南盆地乐东——陵水凹陷黄流组峡谷水道储层成岩作用与孔隙演化

峡谷水道是琼东南盆地增储上产的重要目标,目前乐东—陵水凹陷峡谷水道探明天然气储量占全盆探明储量的70%。为揭示峡谷水道储层形成机理,利用岩石薄片、物性、扫描电镜、黏土X-射线衍射、包裹体等分析资料,研究了乐东—陵水凹陷黄流组峡谷水道储层成岩作用与孔隙演化特征,明确不同区带成岩演化差异,确定峡谷水道成岩共生序列,建立峡谷水道孔隙演化模式。结果表明:峡谷水道储层经历了压实、胶结、溶解等多种成岩作用,现主体处于中成岩A期,成岩共生序列为早期黏土矿物析出→长石微溶蚀→石英次生加大并且长石强烈溶蚀→铁方解石、白云石胶结→石英及其次生加大边溶蚀→碳酸盐胶结物微溶,在崖城A/B区表现为"压实明显减孔,硅质—碳酸盐胶结减孔,长石、铁方解石溶蚀增孔"的演化特点,在陵水Z/X区呈"压实减孔,铁方解石胶结减孔,长英质溶蚀少量增孔"的特征。     

鄂尔多斯盆地东部上古生界致密气储层石英溶蚀及其机理探讨

鄂尔多斯盆地东部上古生界致密气储层主要以岩屑石英砂岩和石英砂岩为主,总体石英含量较高,在镜下观察中经常发现该区上古生界储层发育石英溶蚀现象,因此分析该区石英溶蚀特征、探讨其形成机理对储层评价具有重要的意义。通过铸体薄片鉴定、扫描电镜及X-射线衍射分析等测试手段,对鄂尔多斯上古生界致密气储层石英溶蚀特征、成因机理进行了详细研究。石英溶蚀表现为石英颗粒及硅质胶结物溶蚀成港湾状、锯齿状,部分颗粒表面发育溶蚀坑,可分为石英颗粒边缘被溶蚀、石英次生加大边被溶蚀及石英颗粒部分或整体被溶蚀这3种型式;石英溶蚀表现出2种伴生胶结物特征:一种是多酸性黏土矿物高岭石的石英溶蚀;另一种为富伊利石的石英溶蚀。石英溶蚀机理有2种：一种是有机酸条件下酸性孔隙水及游离水中的Al³⁺对石英的溶蚀,主要伴生以高岭石为主的酸性黏土矿物,对高岭石含量较高的本溪组及山2段储层孔隙改善明显;另一种是偏碱性成岩环境下碱性孔隙水对石英的溶蚀,主要伴生以伊利石为主的偏碱性_中性黏土矿物,对伊利石大量发育的太原组储层孔隙改善明显。     

延长油田CO2-岩石-地层水相互作用规律

为明确实施CO_2驱油和地质封存可能引起的物理化学变化,利用扫描电镜、X射线衍射仪、电感耦合等离子体发射光谱仪和离子色谱仪分析了延长油田储层的矿物组成,研究了CO_2-岩石-地层水之间相互作用的规律。结果表明,延长油田储层岩石主要组成为:18.7%石英、18.2%钾长石、30.1%斜长石、0.5%方解石、4.4%浊沸石和28.1%黏土矿物。地层水平均矿化度为71.34 g/L,p H值为5.5,水型为CaCl_2型。岩石-CO_2-地层水发生作用后,随着CO_2分压的增大,岩石表面的溶蚀现象愈来愈明显。在油藏温度44℃下,反应压力由0增至20 MPa时,岩石表面C元素含量呈波动上升,Na、K元素含量逐渐降低,地层水矿化度由95210增至107063 mg/L,地层水中Na~+、K~+、Ca~(2+)、HCO_3~-质量浓度呈增加趋势。反应压力由5增至20 MPa时,岩石片溶蚀率先增加后降低,压力为10 MPa时的溶蚀率最大(0.72%)。压力越大,CO_2在水中的溶解度越大,溶蚀率越高;温度和矿化度越高,CO_2溶解度越低。随着反应压力的升高,CO_2对砂岩中的钾长石和斜长石的溶蚀作用逐渐增强。     

黄骅坳陷北大港构造带储集层成岩作用定量研究

黄骅坳陷北大港构造带砂岩储集层经历了压实、胶结、溶蚀和交代等多种成岩作用。根据不同接触类型颗粒相对含量，将压实作用强度定量划分为6级，研究区储集层属中等压实（Ⅲ级）和中强压实（Ⅳ级）。胶结作用主要有石英次生加大胶结、方解石胶结、黏土矿物胶结。石英次生加大的形成深度主要在2200～3300m；方解石胶结物主要为亮晶方解石，利用阴极发光、包裹体测温、碳氧同位素等分析手段确定亮晶方解石沉淀的深度主要在2300～3100m；自生黏土矿物充填于孔隙中，其分布规律与埋藏深度密切相关。溶蚀作用主要包括长石颗粒、方解石胶结物的溶蚀。压实作用主要与埋藏深度、砂岩成分、胶结物等有关，胶结物的沉淀与黏土矿物转化有关，溶蚀作用与有机质热演化有关。图12表3参25     

四川盆地上三叠统须家河组致密砂岩溶蚀实验及地质意义

四川盆地上三叠统须家河组为致密砂岩储层,溶蚀孔隙发育,但其形成机理仍不十分明确。选取须家河组长石岩屑砂岩、岩屑长石砂岩和长石石英砂岩等3块样品,通过配制与地层有机酸组分相近的反应液,设计5种温压条件进行溶蚀模拟实验,得到以下4点认识:（1）随温压条件升高,反应溶液中K、Na离子浓度不断增加,Ca、Mg离子浓度基本保持不变,Al离子浓度明显降低;（2）反应产生少量石英和大量高岭石等新矿物,长石颗粒和碳酸盐胶结物溶蚀产生大量溶蚀孔隙,增加孔隙度,改善了孔隙结构;（3）相同温压条件下,长石岩屑砂岩比长石石英砂岩溶蚀率高,高温压条件下（180 ℃,53 MPa）,砂岩样品的溶蚀率大幅增加;（4）溶蚀实验结果为重建须家河组储层埋藏、成岩、孔隙演化序列,预测有利储层的分布提供了依据,长石等在高温压条件下快速溶蚀是深层碎屑岩有效储层的成因机理之一。      

CO_2-水-岩作用对致密砂岩性质与裂缝扩展的影响

基于CO_2水溶液浸泡致密砂岩实验和室内压裂模拟实验,研究了CO_2-水-岩作用对致密砂岩性质和裂缝扩展的影响,并通过CO_2水溶液浸泡试样裸眼段考察CO_2在压裂过程中的化学作用。研究结果表明:CO_2水溶液浸泡后,方解石和白云石含量显著降低,钾长石和斜长石被溶蚀生成高岭石;石英和黏土矿物含量升高,但伊利石和绿泥石含量降低;溶蚀孔隙数量增多,孔径变大,孔隙度和渗透率增大;抗张强度降低,且平行层理降低幅度大于垂直层理;相比于滑溜水压裂,超临界CO_2压裂的破裂压力降低14.98%,形成的水力裂缝数量增多,裂缝形态更复杂;CO_2水溶液浸泡裸眼段后,超临界CO_2压裂的破裂压力相比于未浸泡情况降低21.61%,且水力裂缝多点起裂,裂缝复杂程度进一步提高。实验证明CO_2的物理和化学特性能有效提高CO_2压裂裂缝的复杂性。     

鄂尔多斯盆地苏里格气田西南部成岩矿物转化与储层物性

成岩矿物的转化是致密砂岩储层物性变化的主要因素之一。为了探索二者之间的关系以及储层致密化成因,采用薄片观测、扫描电镜分析、阴极发光分析等手段,结合成岩演化过程中的矿物热力学特征和体积变化,探讨了苏里格气田西南部山1段、盒8段砂岩的矿物组成、孔隙特征、矿物转化机制及其对储层孔隙的影响。结果表明:①胶结物以黏土矿物、方解石为主,硅质少量;②绿泥石薄膜可包裹高岭石和石英加大边,偶见放射状绿泥石且孔隙较好;③黏土矿物晶间孔占孔隙比重较高,高岭石伊利石化后的晶间孔隙较发育,其次为溶蚀孔隙;④嵌晶状方解石充填剩余粒间孔隙,并交代石英加大边和伊利石,破坏储层物性。认为中成岩A期的钾长石溶蚀、蒙脱石伊利石化、高岭石伊利石化、黑云母水化都会使得矿物体积变小,属于增孔反应,在一定程度上改善储层孔隙;且胶结作用增加储层的抗压实能力,在一定程度上保护了原生孔隙;故在分析胶结作用对物性的影响时,不能简单地归结为破坏性成岩作用。     

苏北盆地黄桥地区富CO2流体对油气储-盖系统的改造作用

查明富CO₂流体对储-盖系统的改造作用,对于研究CO₂活动与油气成藏效应、CO₂储存和CO₂驱油提高采收率有着重要意义。选取下扬子苏北盆地黄桥地区和句容地区的二叠系龙潭组储层和大隆组盖层组合,分别作为有无CO₂流体活动的对比研究对象。通过薄片观察统计、矿物成分和碳同位素分析,查明了两个地区储层的异同点。黄桥地区储层的自生矿物以石英次生加大边和高岭石充填为主,发育少量片钠铝石,句容地区不发育片钠铝石,且次生石英含量不高;黄桥地区储层孔隙度明显高于句容地区,薄片下观察到大量长石溶蚀孔隙,偶见长石溶蚀孔内生长片钠铝石雏晶,是CO₂与长石发生水岩相互作用的直接证据;黄桥地区和句容地区盖层均为黑色块状泥岩,黄桥地区盖层发育微裂隙,但裂隙均已再充填方解石脉,碳同位素数据表明方解石脉为富CO₂流体活动结果,在句容地区泥岩盖层中未见大量裂隙和矿物脉。综合研究分析表明,富CO₂流体充注引起储层砂岩中长石大量溶蚀,增加了孔隙空间,片钠铝石、次生石英和高岭石自生矿物组合序列沉淀,同时富CO₂流体的连续活动导致泥岩盖层发生方解石沉淀,充填盖层裂缝,有利于提高盖层的封盖能力。     

CO2与砂岩相互作用机理与形成的自生矿物组合

当CO₂以天然方式或人工方式注入到含水砂岩时,成岩流体将转变成弱酸性流体,引起宿主砂岩中不稳定矿物(如碳酸盐、长石)的分解和新矿物的沉淀,进而使砂岩的孔隙度、渗透率和地层水地球化学特征发生改变。CO₂注入砂岩后,仅有少量CO₂溶解于水中以气体形式存在,大部分CO₂以次生矿物形式(如方解石、白云石、菱铁矿等)被“固化”在宿主砂岩中,形成的典型自生矿物组合为:片钠铝石±含铁碳酸盐矿物±其它碳酸盐矿物组合和铁白云石+高岭石+自生石英组合。其中,前一种矿物组合是示踪CO₂运移、聚集的典型自生矿物组合。CO₂与砂岩相互作用机理及形成的自生矿物组合研究不仅拓宽了沉积盆地中流体-岩石相互作用研究领域,揭示了深部流体与浅部储集层之间、浅部烃源岩或其它岩石与附近储集层之间的物质转移,而且为储集砂岩品质评价、CO₂气藏(田)预测、CO₂地下储存等研究提供了基础地质信息。     

泥岩盖层的溶蚀作用机理实验——不同pH值盐水中溶蚀速率变化规律

为了查明泥岩在不同性质流体环境中的溶蚀速率及随时间的变化关系,以松辽盆地南部青山口组黑色泥岩为研究对象,开展4组pH值分别为3、5、7、9的水岩相互作用实验研究,实验持续时间为153d,泥岩粉末样品中黏土矿物含量为50%、石英和长石类矿物含量为35%、方解石为2%,还有少量菱铁矿和黄铁矿。结果分析表明,方解石在酸性流体中快速发生溶蚀溶解,Ca离子析出速率高于Mg、Si和Al离子;长石和黏土矿物溶蚀作用缓慢;在中性—碱性流体环境中形成了三水铝石片状矿物沉淀;方解石的快速溶蚀溶解消耗了酸性流体实验中的氢离子,导致溶液pH值由最初的3升高至7.5;4组实验开始的15d内反应速率较快,反应至50d时,各离子浓度基本保持稳定,即反应体系达到平衡状态,平衡状态下各组溶液的pH值为7~9,呈中性—弱碱性;据4组实验平衡状态下Si离子浓度计算得到的泥岩整体溶蚀速率为-13.29~-13.79 mol/(m~2·s),较为接近同等条件下蒙皂石或高岭石单矿物的溶蚀速率,略高于泥岩中含量最高的伊利石单矿物溶蚀速率。实验研究表明,地层中CO_2或有机酸等酸性流体能够对泥岩盖层产生溶蚀溶解作用,而酸性流体对泥岩盖层封盖能力的破坏程度取决于长期水岩相互作用至系统平衡的过程;封闭的流体环境有利于保护泥岩盖层,泥岩中含有适量的碳酸盐矿物有利于缓冲酸性流体对泥岩盖层的溶蚀作用,起到保护盖层封闭性的作用,而碳酸盐等矿物的沉淀作用能够提高盖层的封盖能力。     

松辽盆地砂岩中成岩次生矿物特征

砂岩在成岩过程中,次生矿物多达20余种。次生石英、钠长石、方解石和浊沸石等的形成不同程度地影响了砂岩的储集物性。形成次生石英的SiO₂主要来源于碎屑长石的溶解粘土矿物的转化。次生长石与长石的钠长石化过程有关,斜长石钠长石化始于成岩早期,而钾长石的钠长石化则需较高的成岩条件才能进行。次生方解石主要为成岩早期的无机CaCO₃沉淀。浊沸石则是晚成岩阶段的稳定矿物,并与成岩晚期钠长石化有关。      

不同碎屑矿物CO_2参与的水-岩作用效应数值模拟

鄂尔多斯盆地地质历史上的2次烃源充注使得以CO2为主的气体进入砂岩储层,导致储层内发生了以水-岩反应为主的成岩作用,最终使储层发生高度致密化。鉴于储层致密化过程研究对有利储层的评价和预测极其重要,以鄂尔多斯盆地东北部下石盒子组8段致密储层为例,在实测水化学、矿物等数据的基础上,运用岩石学测试分析及数值模拟方法,利用简化的二维地质模型,采用多相、多组分反应溶质运移程序TOUGHREACT,研究不同碎屑矿物条件下,CO2进入储层后所发生的水-岩反应及其对储层孔隙度的影响,确定了最有利于储层致密化形成的碎屑矿物条件。结果表明,长石类矿物溶解所产生的自生高岭石、伊利石及铁白云石是造成储层孔隙度和渗透率减小的主要矿物。绿泥石在CO2-水-岩作用的过程中,极易发生溶蚀,主要产物为铁白云石。碎屑组成中较高含量的含钙矿物对于储层的致密化有重要意义。含钙矿物总体积分数为0.315时,在CO2参与下发生的水-岩反应中,孔隙度最大降幅可达40.0%。     

川西坳陷中段上三叠统须家河组水岩相互作用机制

水岩相互作用是成岩矿物演化和地层水离子变化之间的桥梁,两者通过水岩反应达到水岩体系的平衡,呈现出此消彼长的关系,并留下了水岩相互作用的证据。本文通过川西坳陷中段须家河组储层成岩矿物的微观特征以及地层水离子地球化学特征等的综合分析,对其水岩相互作用机制及概念模式进行了探讨,认为研究区须家河组二段（简称须二段）和须家河组四段（简称须四段）不同的水岩体系、围岩基质及地层水背景是造成两者水岩作用机制存在差异的根本原因。由于较大的K⁺/H⁺活度比,须二段长石得到有效保存;须四段长石缺失的最重要原因是其本身的物源较为贫长石,同时,低K⁺/H⁺活度比导致长石溶蚀进一步降低了其中的长石含量。长石的溶解、自生矿物的沉淀和黏土矿物的转化主要受长石溶蚀-离子（K⁺）迁移性-伊利石化三元体系中最慢反应进程控制。碳酸盐胶结物的碳氧同位素分析表明须四段的水岩体系更为开放,酸性流体数量大于须二段,须二段缺少有机CO₂记录,推测与酸性流体数量较少、烃源岩为海相灰质泥页岩及构造抬升剥蚀有关,CO₂运移分馏的影响较小。在此基础上,分别建立了铝硅酸盐和碳酸盐水岩作用概念模式,认为泥页岩并不是水岩体系中的封闭性因素,相反是水岩体系的第一开放对象,泥页岩（煤层）同时是物质提供者和接受者,是整个水岩体系不可或缺的部分。     

低渗致密气藏注超临界CO2驱替机理

为了提高低渗致密气藏采收率,探索研究将CO₂注入气藏中,实验与数模相结合论证超临界CO₂驱替天然气的驱替机理。首先,通过超临界CO₂-天然气相态实验研究CO₂与天然气混合规律。平衡相行为实验定量测定了储层条件CO₂与天然气的物性参数,结果表明CO₂与天然气的物性差异有利于CO₂驱替天然气提高采收率以及封存。超临界CO₂-天然气扩散实验论证了CO₂与天然气混合过程中驱替前沿的混合程度,结果表明CO₂在天然气中的扩散度不高,可形成较窄的互溶混相带,实现CO₂有效驱替。在分析了CO₂与天然气混合特征的基础上,开展致密储层CO₂驱替天然气长岩心驱替实验。实验结果表明,CO₂提高天然气采收率12%,超临界CO₂驱可有效提高致密气采收率。最后,以相态及驱替实验为基础,应用数值模拟方法,建立了长岩心模型,单注单采倾角机理模型及背斜模型,系统证实了超临界CO₂驱替天然气的驱替机理。通过分析认为,CO₂与天然气驱替前沿部分混溶,一方面保持了气藏压力,另一方面超临界CO₂沉降在气藏圈闭下部形成“垫气”提高了天然气采收率。从实验及数值模拟两方面系统论证超临界CO₂的驱替机理,为探索注CO₂提高天然气采收率选区评价奠定了基础。     

非均质多层储层中CO2驱替方式对驱油效果及储层伤害的影响

低渗透油藏注CO₂开发过程中沥青质沉淀和CO₂-地层水-岩石相互作用引起的储层堵塞加剧了非均质多层砂岩储层中驱替特征的复杂性，影响CO₂和CO₂-水交替驱（CO₂-WAG）驱油过程中流体在储层中的渗流和最终的原油采收率。研究中的CO₂和CO₂-WAG驱油实验是在混相条件下（70℃、18 MPa）模拟的具有相似物性的多层储层系统中进行的，从油气产量、剩余油分布和渗透率损害3方面评价了两种驱替方式。实验结果表明，CO₂驱后整个系统的采收率较低，产油主要来自高渗透层，剩余油分布在中、低渗透层。CO₂-WAG驱过程中CO₂突破时间较晚，整个系统的原油采收率显著改善。此外，CO₂驱后高渗透层的渗透率下降了16.1%，95.1%的下降幅度是由沥青质沉淀引起。在CO₂-WAG驱后，各层的渗透率下降幅度分别为29.4%、16.8%和6.9%，沥青质沉淀仍是主要因素，且引起的储层堵塞更严重，但高渗透层中CO₂-地层水-岩石相互作用引起的渗透率下降不容忽视，占20.7%的因素。因此，对于具有强非均质性的多层储层，CO₂-WAG具有更好的驱油效果，但是对沥青质沉淀的预防和控制措施是必要的。     

川中广安气田须家河组储集特征及对油气分布的影响

根据38口井岩石学、物性等相关资料,研究了广安地区上三叠统须家河组砂岩储层特征,分析了不同含气层岩石类型,探讨了成岩作用对气藏分布的控制。研究区须家河储层岩石类型呈现结构成熟度中等,成份成熟度较低的特点,以岩屑长石砂岩、长石石英砂岩和长石岩屑砂岩为主;从须二段到须六段,岩石成分在变化,岩屑含量逐渐增多;富气砂岩主要为长石岩屑砂岩。砂岩储层物性整体属于低孔、低渗特征,主要发育粒间溶孔、残余粒间孔、粒内溶孔,其中粒间溶孔、残余原生粒间孔发育程度的好坏直接影响到储层的储集能力。研究区存在石英加大-绿泥石衬边、石英加大-溶蚀、绿泥石衬边-溶蚀、绿泥石衬边-碳酸盐胶结和石英加大-碳酸盐胶结等6大类成岩相。绿泥石衬边-溶蚀相和石英加大-溶蚀相为最好的成岩相类型,研究区须家河组气井都分布在该2类成岩相中。