高温高压条件下碳酸盐岩溶蚀过程控制因素

近年来的油气勘探实践表明深层-超深层碳酸盐岩具有良好的勘探潜力,地层深部碳酸盐岩储层溶解-沉淀过程是制约深层-超深层碳酸盐岩优质储层预测的关键科学问题,对于该过程的研究有助于深入了解油气储集空间孔隙发育机理。通过开展溶蚀-沉淀模拟实验,利用岩相学和地球化学相结合的分析手段查明常温常压到高温高压条件下（~200℃~70 MPa）温度、压力、水岩比、溶液离子等因素对碳酸盐岩溶解-沉淀过程的影响程度和作用机制。实验得到开放系统碳酸盐岩溶蚀窗温度范围为75~150℃,间歇性开放系统碳酸盐岩溶蚀窗温度范围为120~175℃。在开放系统,0.3% CO₂溶液中,方解石溶蚀率明显高于白云石。在半开放系统,0.3% CO₂溶液中,云质灰岩溶蚀率最高。在开放系统,稀硫酸流体中,当温度超过175℃时白云岩溶蚀量超过灰岩,高温条件下硫酸根离子和矿物晶体表面阳离子的络合过程促进了白云岩的溶解。     

埋藏条件下碳酸盐岩溶解动力学实验研究

运用流动液相水-岩反应实验装置,在不同埋藏成岩作用的温度和压力条件下,以稀乙酸为介质,对不同矿物组成的碳酸盐岩的溶解动力学实验证明:碳酸盐岩随埋藏深度的增加,其溶蚀程度和溶蚀速率也随之增加.相比较而言,在深埋藏条件下,由于方解石的溶蚀速率小于白云石的溶蚀速率,因此白云岩较灰岩有更快的溶蚀速率.另外由于选择性溶蚀作用,相对而言,过渡类型的岩石比矿物成分较纯的灰岩和白云岩有着较高的溶蚀速率.实验结果表明,在埋藏条件下,白云岩溶解生成的次生孔隙将比其在灰岩更为发育,过渡类型的岩石比矿物成分较纯的灰岩或白云岩也更为发育.     

CO2混相压裂液对低渗透储层岩心的微观作用机理

为明确CO₂混相压裂液与储层岩心的作用机理,以柳赞断块储层岩心为实例,利用岩心驱替、SEM、XRD和CT 等实验方法开展 CO₂混相压裂液体系中不返排酸、CO₂+增溶剂(或缩膨剂或降黏剂)在地层压力和地层温度下与岩心相互作用前后岩心孔隙结构、岩心矿物成分及渗透率的变化规律实验。研究表明：不返排酸和CO₂与不同水溶性添加剂混合形成碳酸溶液均具有溶蚀长石和黏土矿物的作用,且优先溶蚀长石,溶蚀后可生成高岭石和石英等矿物,其中不返排酸的溶蚀作用最强,其次是CO₂与增溶剂混合液、CO₂与降黏剂混合液;CO₂混相压裂液注入前后液测渗透率与气测渗透率呈相同的增大趋势,且液测渗透率增大幅度随气测渗透率的变化关系表现为很强的乘幂关系。该研究成果对CO₂混相压裂提高采收率技术提供一定的技术支持。     

长石砂岩次生溶孔的形成机理

在酸性水介质条件下,长石类矿物都能发生程度不同的溶蚀反应并形成次生孔隙。根据原始矿物和次生矿物的组成和物理化学性质可以定量计算次生孔隙度。钾长石被溶蚀时形成的次生孔隙度最高,达11.91%,钙长石形成的次生孔隙度最低,为0.72%,钠长石和中长石形成的次生孔隙度介于两者之间。长石溶蚀过程中所需的CO₂,一部分来自大气降水或水与大气接触过程中所溶解的空气中的CO₂,另一部分则来源于有机质在生烃过程中的分解产物。     

碳酸盐岩深埋藏溶蚀成岩过程的实验模拟研究

选择乙酸溶液为介质，对白云岩、云灰岩和膏斑云岩进行了不同温压条件下 的溶蚀实验，，以获得的大量实验分析结果为基础，探讨了埋藏条件下碳酸盐岩的溶蚀机理，以及温压、岩石的组成和水介质性质等因素对碳酸盐岩溶蚀作用的影响。研究了膏斑云岩中ＣａＳＯ４的溶蚀习性，以及深埋藏条件下大量溶解状态ＣａＳＯ４的存在对白云溶解所产生的显著抑制作用，实验证实了深埋藏环境对白云溶蚀、孔隙的形成与保有利，因而提出在碳酸直 地     

气藏中CO2封存过程气水互溶特性实验研究

利用PVT装置开展了不同CO₂ 含量下CO₂ —烃—水体系在不同条件下气水互溶特性实验,研究气藏注CO₂ 封存过程中CO₂ —烃—水体系互溶规律。结果表明,相同温度压力下,随CO₂ 的不断注入,气相中CO₂ 含量和水蒸汽含量不断增加,液相中CO₂  在水中的溶解度越大,CH₄ 溶解度越小,地层条件下CO 含量为68％物质的量的气样比CO₂ 含量为23％物质的量的气样的CO₂ 溶解度增加1.116％物质的量,而CH₄ 的溶解度减小0.13％ 物质的量。CO₂ 和CH₄ 在水中的溶解度均随压力升高而增大,随温度升高而减小;在CO₂  临界点附近,CO₂ 在水中的溶解度变化显著,40℃下CO₂ 含量为23％物质的量的气样的CO₂ 溶解度6～9MPa增加了0．138％ 物质的量,而9—12 MPa仅增加0.092％ 物质的量,且压力越大增加量越小。高温低压时受水蒸发作用影响,气相中CO₂  及CH₄ 含量随温度升高急剧降低,随压力升高缓慢上升,当压力高18MPa后,气相中CO₂及CH₄ 含量基本保持不变。     

CO2快速吞吐提高页岩油采收率现场试验

页岩油注CO₂吞吐提高采收率技术处于探索阶段,目前面临着CO₂与页岩储层及流体相互作用机制不明确、数值模拟技术不成熟、缺乏规模注采及低成本回收工艺等技术难题。为探索页岩油注CO₂提高采收率主控机理,以苏北盆地溱潼凹陷古近系阜宁组二段页岩油为对象开展了超临界CO₂水岩反应实验,分析了高温高压条件下页岩矿物溶蚀作用及其对孔隙度和渗透率的影响,并通过注CO₂恒质膨胀实验、最小混相压力测试评价了地层超压条件下注CO₂后原油高压物性变化特征,并在此基础上开展考虑多因素数值模拟研究优化了设计注入参数,最终通过矿场试验验证了技术可行性。研究结果表明：(1) CO₂水岩反应以碳酸质矿物溶蚀占主导,长英质矿物部分溶解,生成中大孔隙;(2)在地层原油中注入适量的CO₂,显著萃取了原油中间烃组分,原油黏度从5.151 mPa·s下降到1.250 mPa·s,且CO₂首先萃取轻烃组分,随生产时间增加萃取组分逐渐变为...     

南堡凹陷下古生界碳酸盐岩储层溶解动力学的试验模拟

为了比较南堡凹陷下古生界碳酸盐岩地层的溶蚀差异,寻找良好的储集空间,通过高温高压下碳酸盐岩与乙酸介质反应的溶解动力学试验,揭示碳酸盐岩储层的埋藏溶蚀特征。结果表明,溶解速率较快的为冶里组竹叶状灰岩、马家沟组生屑灰岩,其次为凤山组细晶白云岩和张夏组砂屑灰岩,溶解速率最慢的为马家沟组泥粒灰岩。张夏组鲕粒灰岩、俯君山组白云岩随温度变化比较为显著,特别是在高温高压下,其溶解速率快速增大。引起溶蚀差异的原因,除温压外,主要为岩石结构和化学成分,特别是MgCO3和硅铝酸盐杂质含量。由此推测,南堡凹陷冶里组、张夏组、凤山组以及马家沟组生屑灰岩段可能具有良好的储集性能;俯君山组经过深埋溶蚀改造作用后,储集空间可能比较发育。     

高岭石与CO2溶液反应实验研究

目的 高岭石是沉积岩重要的黏土矿物,为明确高岭石在CO₂水溶液中化学行为与变化历程,探究CO₂与高岭石反应规律。方法 在10 MPa、60℃下,利用XRD、XRF、ICP、SEM等手段系统评价了高岭石与CO₂在不同反应阶段的状态,重点对比了高岭石粉末反应前后固相元素、晶体结构及反应液中离子含量变化,结合高岭石结构特征,明确高岭石在酸中的变化规律。结果 液相中新增加了Al³⁺、Si⁴⁺,Mg²⁺含量先上升后趋于平稳,固相粉末中Si/Al(质量比)变化较小,衍射曲线峰形稳定,高岭石集合体未见明显溶蚀,单体边缘有轻微溶蚀。结论 高岭石与CO₂反应后总体变化较小,在CO₂溶液中相对稳定存在。实验结果为注CO₂对储层特征的影响以及气/水交替驱的可行性研究提供重要参数和依据。     

CO2在凝析气藏多孔介质中的扩散实验及分子模拟

凝析气藏开采中后期，地层压力下降，会出现油气两相共存，井周反凝析问题突出，此时注CO₂开发是主要增产措施之一，注入的CO₂会与凝析油、气发生分子扩散。为了研究CO₂在凝析气中的扩散规律，开展了多孔介质中CO₂在衰竭至不同压力下的凝析气中扩散系数的实验测定；应用Materials Studio软件，构建了与实验条件对应的CO₂在凝析气中扩散的分子模型，并验证了分子模型的可靠性。实验和模拟结果表明：地层温度下，压力为10.00～53.85 MPa时，随着压力的升高，CO₂的扩散系数开始快速下降，随后下降趋势平缓；地层压力下，温度为115～160℃时，随着温度的升高，CO₂的扩散系数不断增大，与温度大致呈线性关系，表明高温可增强CO₂在凝析气中扩散的能力。研究成果为注CO₂提高凝析气藏采收率提供了理论基础。     

中国陆表海碳酸盐岩有机质的生烃潜力

有机质类型指标中反映母质来源的指标并不能完全代表生烃能力的大小.目前积累的大量分析数据表明,许多地区沉积的贫有机质海相碳酸盐岩O/C原子比H/C原子比落在干酪根类型图上的Ⅲ型区域,同一套地层中碳酸盐岩干酪根H/C明显低于泥岩,碳酸盐岩干酪根镜检可发现无定形组微粒化、藻类体出现黑心结构、存在大量类似镜质组的显微组分,均表明其有机质生烃降解率很低(只相当于Ⅲ型干酪根),这是氧化的沉积环境对有机质改造的结果,符合有机相的分布规律.在研究其生烃数量与机制时,不宜采用有机碳丰度很高、原始降解率很高的低成熟泥灰岩的模拟实验结果.     

四川盆地高石梯东部地区震旦系灯影组微生物白云岩储层特征及成因

四川盆地高石梯东部地区上震旦统灯影组微生物碳酸盐岩是重要的天然气产层。结合区域地质研究,通过岩心观察、镜下鉴定,对研究区微生物碳酸盐岩岩石学、成岩作用类型及序列展开系统研究,明确了储集空间特征,探讨了储层发育主控因素。上震旦统灯影组微生物碳酸盐岩以白云岩为主,岩石类型主要包括叠层石、球粒岩、凝块石和泡沫绵层白云岩。微生物白云岩储层主要发育于灯四上段、灯四下段和灯二段,储集空间类型以发育窗格孔、空腔溶洞、粒间溶孔、晶间溶孔和铸模孔为特征,优质储层段孔隙度一般在1%~6%之间,渗透率一般小于1×10-3μm2。微生物白云岩储层发育的控制因素主要包括原始岩石类型和成岩作用。原始沉积岩石中的微生物结构决定了储层的储集空间类型和孔隙结构特征;成岩作用是储层是否发育的关键因素,建设性成岩作用包括早期微生物白云石化作用、埋藏溶蚀作用与岩溶作用;破坏性成岩作用主要包括过度白云石化作用和硅化作用。     

玛湖凹陷二叠系风城组碱湖云质岩储层成岩作用

通过偏光显微镜和扫描电镜观察,结合能谱、包裹体温度、同位素、X射线衍射及有机地球化学等分析方法,研究了准噶尔盆地玛湖凹陷二叠系风城组碱湖云质岩储层的成岩作用类型和成岩演化序列。研究结果表明：①玛湖凹陷二叠系风城组云质岩储层为典型的碱湖沉积,发育多种云质岩类,以云质凝灰岩和云质沉凝灰岩为主。②云质岩中成岩作用类型较多,其中脱玻化作用较为普遍,析出矿物主要有硅质矿物、钙镁碳酸盐矿物、铝硅酸盐矿物和非钙镁碳酸盐类矿物等;云质岩中的溶蚀作用主要为铝硅酸盐矿物和盐类矿物的溶蚀,发育成岩缝和多期构造缝,具有3期油气充注。③研究区风城组多数云质岩演化已进入中成岩A期,少量进入中成岩B期,脱玻化作用发生在早成岩A期;发育3期白云石,主要发育于早成岩B期;非钙镁碳酸盐矿物主要形成于同生期;存在3期溶蚀作用,以中成岩A期为主;油气最早充注于早成岩B期,以中成岩B期充注时间最长。脱玻化作用、长石和非钙镁碳酸盐矿物溶蚀作用及构造形成的裂缝是玛湖凹陷风城组云质岩成储的关键。④脱玻化作用形成的孔隙为早期油气充注提供了储集空间,碱湖优质烃源岩热演化释放的酸性流体对云质岩中铝硅酸盐矿物和盐类矿物进行溶蚀,有效改善了储层的储集性能。     

碳酸盐岩溶蚀窗的形成及地质意义

设计了温度压力同时变化的溶蚀模拟实验,得到了一组近似箱状曲线的溶蚀率变化曲线。溶蚀作用在开始阶段随温度、压力的上升,溶蚀率上升,在60～120℃（13～31MPa）形成一个高峰箱顶。该曲线表明,在一定深度（溶蚀窗）范围内,CO₂对碳酸盐岩的溶蚀能力保持在较高的水平。而当深度进一步增加时,溶蚀能力急剧下降,当埋深相当于4 000 m左右时,溶蚀能力达到最低,此时的溶蚀能力仅比常温下略高一些。该溶蚀试验结果对于深埋溶蚀作用的理解及有利储层的预测有着重要的意义。     

Experimental study on interaction between simulated sandstone and acidic fluid

In order to investigate the controlling mechanism of temperature, fluid and other factors on water-rock interaction in the diagenetic process, we performed a series of simulated experiments on the interaction between two kinds of fluids with different salinity and a composite mineral system （simulated sandstone）, which contains albite, K-feldspar and other minerals. The experimental results showed that acidity was the most important factor that affected the dissolution of minerals in the composite mineral system. The lower the pH value, the more easily the minerals dissolved. At the same pH value, the dissolution abilities of different acids for various mineral components were also different. Compared to hydrochloric acid （inorganic acid）, oxalic acid （organic acid） was more able to dissolve aluminosilicate minerals. However, the dissolution ability of oxalic acid for carbonate minerals was lower than that of hydrochloric acid. In the process of fluid-rock interaction, dissolution of feldspar was relatively complicated. Increase of temperature would accelerate the dissolution of feldspar. Under acidic conditions, albite had a higher dissolution rate than K-feldspar. K-feldspar could dissolve and convert into montmorillonite and kaolinite, while albite could dissolve and convert into kaolinite both at 40℃ and 80℃. Presence of organic acid, and decrease of pH value and water salinity were all favorable for the dissolution of feldspar, but weakened the ability to form clay minerals.     

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。     

羌塘盆地托纳木地区上侏罗统索瓦组烃源岩特征

羌塘盆地托纳木地区的烃源岩主要为上侏罗统索瓦组一段—四段的灰岩和泥岩,烃源岩厚度较大。运用有机地球化学方法,分析了该区烃源岩的特征。该区烃源岩的有机碳含量和氨仿沥青“A”含量相对较低,有机质类型中等一较好,热演化程度中等一高成熟,生烃量巨大。烃源岩主峰碳主要以高碳数C25和C27为主,大部分具有较明显的重碳优势,但没有明显的奇偶优势,伽马蜡烷含量较低。综合分析表明,索四段碳酸盐岩和索三段泥岩为较好烃源岩,索三段和索二段的碳酸盐岩为中等一较差烃源岩,索二段泥岩、索一段泥岩与碳酸盐岩为较差的烃源岩。     

柴西地区下干柴沟组上段湖相碳酸盐岩沉积特征及相模式

柴达木盆地西部地区下干柴沟组上段为一套含湖相碳酸盐岩地层,在狮子沟地区已发现了高产含油层系和多口日产千吨以上的高产井。为了进一步探索湖相碳酸盐岩油藏特征和分布规律,基于测井、地震以及岩心观察和储层分析化验资料,对湖相碳酸盐岩的元素地球化学特征、结构类型、沉积特征及沉积相展布进行了系统研究。结果表明,柴西地区湖相碳酸盐岩为混合沉积成因,岩性主要为灰云岩和泥灰岩,其次为白云岩和灰岩;碳酸盐岩的结构组分以灰泥为主,其次为颗粒。碳酸盐岩沉积微相主要有泥灰坪和灰云坪,其次为藻滩和颗粒滩。其岩性组合受古地貌、古水介质和古气候的影响,发育有局限性湖泊、半封闭性湖泊与开阔性湖泊等3种碳酸盐岩沉积序列及沉积模式。     

塔里木盆地古生代海相碳酸盐岩储集岩特征

通过对塔里木盆地古生代碳酸盐岩储集岩的勘探和研究,较系统地阐述了储集岩类型、储集空间类型、储集性能以及碳酸盐岩成岩作用等,并进行了评价。塔里木盆地古生代碳酸盐岩储集岩类型主要有古岩溶风化壳型、礁滩型、鲕粒滩型及白云岩型4类。5期构造运动形成了5期古岩溶储集体,即下寒武统—上震旦统、中奥陶统—上奥陶统、志留系—奥陶系、石炭系与下伏地层、三叠系—前三叠系之间的古岩溶。碳酸盐岩储集空间类型主要分为孔隙—孔洞和裂缝2大类型。孔隙-孔洞包括微孔隙、晶间孔隙、溶蚀孔隙和溶蚀孔洞;裂缝主要有成岩裂缝、与区域构造有关的裂缝、与褶皱有关的裂缝、与断裂有关的裂缝、与深部地层负荷和孔隙压力有关的裂缝等。碳酸盐岩储层主要成岩作用有压实、压溶、胶结、白云化、重结晶、硅化和溶蚀等。储集岩主要有白云岩和灰岩2大类,白云岩以裂缝-孔洞型为主,而灰岩主要为裂缝型,仅有少量孔洞-裂缝型及裂缝-溶洞型,因此白云岩储层的储集性能明显好于灰岩。      

关于碳酸盐烃源岩的评价标准

通过模拟实验测得碳酸盐岩排烃下限值为TOC=0.06%～0.12%,并提出碳酸盐岩排烃下限值与碳酸盐烃源岩有机碳下限值应是两个概念。排烃下限值是烃源岩所固有的特性,不是人们自己设定的标准,而烃源岩有机碳下限值是一个评价标准,大小可以等于或大于排烃下限值,而不能小于排烃下限值。通过对碳酸盐岩有机质丰度、有机质类型、有机相和成熟度的研究,修正了过去碳酸盐岩只按Ⅰ类有机质的评价方法,而将碳酸盐岩有机质分为Ⅰ,Ⅱ₁,Ⅱ₂₃类,将碳酸盐烃源岩划分为4类,即很好烃源岩、好烃源岩、中等烃源岩、差烃源岩。未熟—成熟碳酸盐烃源岩有机碳下限值为0.2%～0.4%;高成熟—过成熟碳酸盐烃源岩有机碳下限值为0.1%～0.25%。