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。     

埋藏成岩环境碳酸盐岩溶蚀作用模拟实验研究

在压力不变、不同温度条件下,分别以CO₂、乙酸和H₂S溶液为介质,对各类碳酸盐岩的溶蚀表明,总体上灰岩最易溶,白云岩最难溶,过渡岩类处于两者之间,反映了方解石比白云石易溶的特征.在温度不变,不同压力条件下,乙酸溶液对各类碳酸盐岩的溶蚀表明,在0.2~30 MPa压力条件下,灰岩比白云岩易溶,但在50MPa压力条件下各类样品溶蚀强度明显增加,增强幅度以白云岩类最大,灰岩最小,云质灰岩介于两者之间.结合前人实验结果推测,压力继续增加时,白云岩溶蚀强度可能超过灰岩.而在相同温压条件下,以CO₂溶液为介质,不同粒径的微晶灰岩样品的溶蚀表明,小粒径样品溶蚀率是大粒径样品的1.49倍,说明溶蚀作用强弱除了取决于矿物成分外,流体与矿物接触的比表面积大小是至关重要的因素.      

碳酸盐岩溶蚀规律与孔隙演化实验研究

通过流体在岩石内部孔隙中运移与反应的实验方式,开展0.2%乙酸与4种类型碳酸盐岩的溶蚀实验,对溶蚀作用的控制因素及溶蚀效应进行研究。结果显示碳酸盐岩溶蚀量与温度呈反比、与压力成正比,且温度效应大于压力效应,因此浅埋藏低温环境是碳酸盐岩规模溶孔形成的有利条件。定量对比溶蚀前后孔隙体积和渗透率的变化,以及岩石内部孔隙演化,指出孔隙结构明显控制碳酸盐岩溶蚀效应和溶孔演化。孔隙型白云岩的孔隙分布具均质性,经历溶蚀后,孔隙体积和渗透率相应增加,且增加的是基质孔隙,储集空间类型保持为孔隙型;孔隙型灰岩由于初始孔隙和组构非均质性强,溶蚀导致孔隙体积和渗透率增加均较显著,但增加的是裂缝型孔隙,储集空间类型演化为缝洞型;溶蚀对裂缝-孔隙型白云岩和裂缝型灰岩的渗透率改善显著,渗透率增加2~3个数量级,且主要增加沿溶缝发育的孔(洞),储集空间类型演化为缝洞型。     

碳酸盐岩埋藏溶蚀的热力学分析及其地质意义

碳酸盐岩在地下的溶蚀作用本质上是在一定温度、压力条件下的水-岩反应。分析白云石和方解石溶解反应时的吉布斯自由能增量（ΔG）后指出,在25~200℃时,白云石和方解石溶解反应的ΔG随温度变化先减后增,溶解反应先易后难;115~140℃时,溶解最易发生;之后,可能由于沉淀反应加剧,溶解变难。压力的影响相对较小,特别是当压力大于15 MPa时,影响微弱。在相同埋深条件下,白云石较方解石更易溶解。随着埋深的增加,方解石和白云石溶解反应的ΔG同样先减后增,并在4 300~5 000 m达最小值,即埋藏溶蚀最易发生。这为寻找良好的储集层提供了理论依据。     

影响人造岩心膨胀率因素的探讨

地层中粘土矿物的膨胀给钻井工程带来了诸多困难，在地层的温度、压力和有外来流体的环境下，粘土矿物的膨胀给施工带来的困难是无法忽略的。模拟地层环境，研究不同温度、压力和进入地层流体类型对粘土矿物膨胀率的影响规律。实验结果表明：粘土矿物在温度和压力增加的情况下膨胀率会增大；当与粘土矿物接触的流体矿化度升高时，粘土矿物的膨胀率减小，反之，则增加。     

塔里木盆地寒武系碳酸盐岩溶蚀作用机理模拟实验

以岩心柱样为实验样品,通过酸性流体渗流方式进行溶蚀模拟实验,模拟地层埋藏演化过程中的溶蚀作用,以分析塔里木盆地寒武系碳酸盐岩溶蚀作用特征及控制因素。研究表明:塔里木盆地寒武系碳酸盐岩的矿物成分及储集空间类型控制选择性溶蚀,方解石含量高的过渡型碳酸盐岩中方解石易优先溶蚀形成次生孔洞,而碳酸盐岩中的石膏、硬石膏在同生期、准同生期易溶蚀形成膏模孔。孔隙型碳酸盐岩以基质孔隙的扩溶为主,溶蚀后孔隙度、渗透率相应增加,但增幅不明显;裂缝型碳酸盐岩或者高压下形成裂缝的孔隙型碳酸盐岩易形成流体运移的优势通道,导致溶蚀量相对减少,但极大地提高了渗透率。随着温压的增加,酸性流体对碳酸盐岩的溶蚀能力先增强后减弱,存在最佳溶蚀温压范围,对应于寒武系的2 250~3 750 m埋深段。结合研究区储集层特征,认为准同生期方解石是溶蚀孔洞发育的物质基础,以早期大气淡水溶蚀为主,埋藏条件下受与有机质热演化有关的酸性流体、深部热流体等多种酸性流体溶蚀叠加改造形成规模优质储集层。     

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。     

粘土矿物的热模拟研究

本文介绍了粘土矿物的3个热模拟实验方法与结果;有常压下不同加热温度的实验;不同加热时间的实验;高压碱性介质下不同加热温度实验。讨论了粘土矿物受温度的影响、受热持续时间的影响、粘土脱水与烃类运移的关系及粘土矿物在高温高压下的变化。认为温度和持续时间是粘土矿物成岩转变的互相补偿的重要条件,压力是次要因素。蒙脱石向伊利石转化有利于孔隙度和渗透率的增大。      

酸基压裂液体系在低温碳酸盐岩储层的研究与应用

临兴区块近年来发现马家沟组低渗低温碳酸盐岩储层赋存天然气,需通过酸压技术进行储层开发.针对55℃低温的问题,通过室内实验,采用正交实验方法,优选研发形成了适用于50～60℃储层条件的低温酸基压裂液体系,其中盐酸浓度20％,岩心溶蚀率71％,体系黏度8～10 mPa·s,55℃条件下黏度下降率20％,腐蚀速率2.062 ...     

碳酸盐岩酸蚀裂缝导流能力试验研究

利用酸蚀裂缝导流仪,以胶凝酸为反应介质,对大理石和灰岩露头进行酸蚀裂缝导流能力实验,分别考察了裂缝缝宽、注酸排量、实验温度、闭合压力、测试流量等因素对裂缝导流能力的影响.实验结果表明:窄裂缝缝宽和高注酸排量能使酸液在裂缝中的流速加快,有利于形成高导流能力通道;升高温度能加快酸-岩反应速率,利于提高酸溶蚀率更高的大理石裂缝导流能力;而灰岩露头与酸反应产生的不溶物及刻蚀坑对裂缝导流能力影响较大,影响测试结果;闭合压力的增加使得裂缝导流能力快速下降,灰岩露头在闭合压力高于30MPa后的有效导流能力能下降至极低水平;测试流量的增加也会使裂缝导流能力测试值下降.另对岩板表面的刻蚀形态差异性及其对裂缝导流能力的影响进行了分析.     

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.     

东营凹陷页岩油储层孔隙演化

东营凹陷古近系沙河街组三段下亚段-沙河街组四段上亚段为一套较低成熟度陆相页岩层系,通过岩石薄片、氩离子抛光扫描电镜观察分析、核磁共振、高压压汞和低温氮气吸附实验,获取了页岩储层孔隙结构及孔隙度等信息,分析了矿物成分和有机质含量对孔隙度及孔径的影响,进一步结合成岩热模拟实验,探讨了主要孔隙类型的演化特征。结果表明：①页岩储层孔隙结构复杂,微米-纳米级储集空间具有保存液态烃类的储集能力,游离相原油主要分布在孔径较大的方解石晶间溶蚀孔隙、重结晶晶间孔、黏土矿物晶间收缩缝等孔隙中。②页岩储层孔隙度及孔径主要受控于架构矿物和有机质的含量;孔隙度与长英质矿物含量、有机质含量均呈线性正相关关系,与碳酸盐矿物含量呈负相关。③埋深2 500~3 500 m是孔隙演化的关键深度段,在此深度区间,有机质生烃排出的有机酸浓度以及压力系数增大区间与孔隙度高值段有良好的对应关系;页岩油储层储集空间的形成几乎都与黏土矿物的成岩演化有关;抗压实能力强的方解石等碳酸盐晶粒形成的架构空间,以及伴随生、排烃过程的溶蚀作用形成碳酸盐晶间和晶内溶蚀孔隙,均增加了储层孔隙度;生烃超压和溶蚀的匹配作用造成3 500~3 800 m出现孔隙度局部增大的现象,孔隙大小、分布及连通性明显变好。     

川东南志留系泥岩盖层水岩相互作用的实验模拟及其研究意义

通过水岩反应模拟实验,可研究分析在不同的成岩环境下,盖层岩石的水岩反应对储层形成以及油气保存方面的影响。选取川东南地区志留系龙马溪组盖层泥岩,在30℃,1MPa;80℃,20MPa和160℃,40MPa的温压条件下,与淡水和含乙酸流体进行水岩反应实验模拟。结果显示:在常温常压下,泥岩与淡水仅发生非常微弱的水岩反应,说明在地表淡水弱的水动力条件下,对泥岩盖层破坏是非常有限的;而高温高压下,含乙酸的流体对盖层泥岩的破坏力要高于常温常压下的淡水,但是溶蚀率也很微弱,并且相对于同种条件下的灰岩和云岩的溶蚀率还要低得多。研究区内,当有具有溶蚀性的热流体活动时,在志留系泥岩渗透率低和难溶蚀2个因素的叠加阻挡作用下,大量的流体在碳酸盐岩层中滞留,与围岩发生充分的水岩作用。      

垦利10-1油田沙河街组储层自生矿物及溶蚀作用对物性的影响

垦利10-1构造沙河街组发育多套含油砂岩储集体,这些砂岩储层内的成岩现象十分丰富。应用扫描电镜、岩石薄片、粘土矿物及物性资料,对该储层成岩矿物成分、结构和产状进行了分类及特征分析。研究发现:垦利10-1南区沙河街组油层中自生粘土矿物含量高,它们以孔隙充填形式或薄膜包裹颗粒形式堵塞粒间孔隙和喉道,使储层渗透率降低;油层中自生石英加大发育,颗粒表面及粒间孔隙被较完整的石英自形晶面所充填,使储层渗透率降低;油层中碳酸盐胶结-交代现象明显,这种矿物以菱面晶体产状充填粒间孔隙,对油层物性影响较大。而该储层中长石的强烈溶蚀又改善了油层的储集性能,使这一探区具有上亿吨级的储量规模。     

温度和压力对黏土矿物水化膨胀特性的影响

为进一步认识黏土矿物水化膨胀特性,利用新型高温高压泥页岩膨胀仪,通过试验分析了温度、压力及二者共同作用对怀俄明钠基膨润土和钙膨润土水化膨胀性能的影响,并从黏土矿物含水量、颗粒形态、毛管力及颗粒间相互作用等方面进一步分析了黏土矿物水化膨胀过程的微观变化特征。结果表明:温度和压力对黏土矿物水化膨胀性能影响显著,温度越高,黏土矿物水化膨胀量越大,且初始膨胀速率较快;压力对黏土矿物水化膨胀有2方面的作用（促进黏土矿物水化膨胀和抑制其水化膨胀）,且与温度密切相关,压力越高初始膨胀速率越小;黏土矿物中含水量、颗粒形态及毛细管力等的变化均影响黏土矿物水化膨胀特性,当黏土矿物中的含水量上升时,黏土颗粒间的粘结力发生较大变化,且颗粒形态产生不均匀变化致使黏土矿物遇水产生不均匀膨胀和强大的膨胀压。      

盐穴储气库氮气阻溶造腔过程中的管材腐蚀

受制氮工艺影响,在氮气阻溶过程中,注入的氮气中含有一定量的氧气,导致井下及井口金属材质出现腐蚀,影响后期储气库的安全平稳运行。通过室内高温高压腐蚀失重试验,并结合扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等表面分析技术,分别测试了氮气阻溶造腔工况下氮气浓度、井下温度和井下压力对N80套管在高矿化度盐水环境中的气液两相腐蚀速率,量化了不同因素对管柱腐蚀的影响程度。实验结果表明:现场工况条件下,氮气浓度从80%增加到99.99%,液相腐蚀速率由1.362 9 mm/a降为0.041 9 mm/a,气相腐蚀速率由0.0176 mm/a变为无腐蚀状态;温度从10 ℃增加到40 ℃,液相腐蚀速率由0.341 4 mm/a升高到0.482 9 mm/a,气相腐蚀速率由0.0051 mm/a升高到0.0089 mm/a;压力从10 MPa升高至14 MPa,液相腐蚀速率由0.544 2 mm/a升高到0.605 9 mm/a,气相腐蚀速率由0.006 6 mm/a升高到0.008 9 mm/a。根据上述实验结果,在氮气阻溶造腔实际工况下,当氮气浓度高于95%时,N80造腔管柱气液两相腐蚀速率可满足3~5年的造腔需求,认为95%氮气浓度作为阻溶剂的使用纯度下限,可为氮气阻溶造腔现场操作及制氮方式选择提供依据。     

鄂尔多斯盆地姬塬地区长8致密储层溶蚀作用及其对储层孔隙的定量影响

鄂尔多斯盆地姬塬地区长8储层中长石含量较高,且普遍存在长石溶蚀现象,对致密储层物性的改善具有重要意义。在对长8致密储层特征的研究基础上,利用高温高压流体—岩石相互作用模拟实验,并结合偏光显微镜、扫描电镜（SEM）和X-射线衍射（XRD）等分析技术,模拟研究区长8储层岩石样品与有机酸的相互作用,分析了溶蚀作用类型及其特征,并解释了相关溶蚀作用机理,定量计算了溶蚀作用对储层孔隙度的影响。为使模拟实验更接近实际地质情况,流体采用0.15mol/L、pH=2.65的乙酸溶液,模拟温度为87~103℃,模拟压力为24.70~30.18MPa。研究表明：长8储层主要岩石孔隙类型为原生粒间孔和长石溶蚀孔,其中长石溶蚀孔较发育,占总孔隙的39%左右,计算得其视溶蚀率为37.8%~50.0%,呈中等溶蚀程度;长石类和碳酸盐类矿物在酸性条件下均能发生不同程度的溶蚀,碳酸盐类矿物的相对溶蚀率整体大于长石类矿物的相对溶蚀率;在95℃左右时矿物的溶蚀作用最为明显,依据地温梯度计算其对应的埋藏深度约为2 370~2 710m,该深度可能是长8储层中有利储层的主要分布区域;溶蚀作用导致长8致密储层的孔隙度增加约3.57%~3.69%,其平均孔隙度增加3.63%,溶蚀作用是研究区长8储层孔隙度增加的关键成岩作用类型,是储层“甜点”发育的主要控制因素。     

苏北盆地金湖凹陷阜宁组砂岩储层力学性质及影响因素

储层岩石力学在油气田开发中具有关键作用.以苏北盆地金湖凹陷古近系阜宁组岩心为基础,综合采用岩石力学实验、X衍射、薄片分析、扫描电镜等方法,分析了阜宁组岩性、温度、流体及围压与砂岩力学性质的关系,探讨了各因素的影响机制.岩性是砂岩力学性质的决定性因素,砂岩力学性质与粒度、石英含量、黏土矿物含量、颗粒接触关系以及胶结物含量...