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.     

不同升温速率下方解石与二氧化碳水溶液作用实验

二氧化碳水溶液是常见的酸性流体,碳酸盐矿物中的方解石在酸性条件下溶解常产生次生粒间孔隙,是次生孔隙产生的重要来源。为此,利用设计的成岩模拟实验装置,采取快速升温和慢速升温2种升温方法,将温度由50℃升至120℃,通过4次水—岩实验和1次水热增压实验,研究不同升温速率下方解石在二氧化碳水溶液中的溶解作用,进而研究碳酸盐次生孔隙的产生机理。通过分析实验前后方解石质量变化数据和镜下观察图像可知:方解石的溶解速率很大,其溶解量受温度、二氧化碳分压的共同控制,具体表现为温度降低及二氧化碳分压升高有助于方解石的溶解;升温速率越大,方解石的溶解量也越大;封闭体系下方解石溶解一段时间后,当溶液中的离子浓度过高时,将抑制方解石的溶解;随着方解石的不断溶解,其表面发生溶蚀变化,依次呈现溶蚀微孔、溶蚀带、溶蚀锯齿和溶蚀晶锥4种溶蚀形貌特征。     

不同类型鲕粒灰岩储集层溶解动力学特征

采用溶解动力学实验方法研究四川盆地东北部鲕粒灰岩储集层中孔-洞-缝等油气储集场所的发育、演化规律。不同温度和CO2分压（pCO2）条件下鲕粒灰岩的溶解动力学实验和微观形貌观察发现：温度不变、pCO2为1～4 MPa时,鲕粒灰岩的溶解速率随压力的升高而增大,并且鲕粒灰岩的溶解速率大于白云石化鲕粒灰岩的溶解速率;pCO2为3 MPa、温度由25 ℃升高至150 ℃,鲕粒灰岩溶蚀呈弱—强—弱的变化趋势,最大溶蚀速率在100 ℃左右,但白云石化鲕粒灰岩溶解速率随着温度的升高而增大,并且高于非白云石化鲕粒灰岩的溶解速率。扫描电镜图像显示,除原生构造裂隙外,白云石化鲕粒灰岩比非白云石化鲕粒灰岩更容易形成粒间孔、粒内孔等微观孔隙,说明溶蚀作用不是深埋环境下鲕滩优质储集层形成的单一控制因素,白云石化和溶蚀的共同作用更易于形成优质储集层。图6表3参27     

鄂尔多斯盆地盒8段致密砂岩储层溶蚀模拟实验

鄂尔多斯盆地二叠系石盒子组盒8段致密砂岩储层发生过强烈溶蚀改造,形成了广泛的次生孔隙。但是地质条件下砂岩内长石矿物、方解石胶结物的溶蚀过程及储层效应还有待深入研究。采用封闭体系下的温压共控岩溶模拟方法,结合电感耦合等离子体发射光谱仪、X?射线衍射仪、偏光显微镜和扫描电镜等测试分析,对盒8段致密储层砂岩开展不同温压条件下,含钙岩屑砂岩和长石质岩屑砂岩在乙酸溶液中溶蚀规律研究。实验结果显示：温度升高使长石溶蚀速度增快、溶蚀量增加,但是Al³⁺迁移量先增大再减小,所以深层砂岩中Al³⁺很难被迁移出来;方解石溶蚀速率远快于长石,对储层次生孔隙贡献更大;温度升高方解石溶蚀量先增大再减小,压力会抑制方解石溶蚀并且比温度的影响更大。盒8段砂岩三叠纪晚期至白垩纪早期方解石和长石发生了溶蚀作用,这是次生孔隙生成的主要时期,随后砂岩继续深埋时,温度压力升高使方解石发生沉淀;白垩纪中期以后储层抬升使温度、压力不断降低,部分方解石会发生溶蚀。     

流动热水介质下方解石溶解动力学数值模拟

热水岩溶对碳酸盐油气储层的改造和发育过程有着重要影响。PHREEQC数值模拟软件是处理水一岩相互作用的一个有力工具。应用PHREEQC软件对高温热液介质环境下方解石的溶解动力学过程进行了计算模拟。结果表明：方解石在热水介质中溶蚀反应的快慢取决于反应体系的温压条件,但溶蚀程度并不随温压条件的升高而升高,最大溶蚀度在100℃（25MPa）～130℃（30MPa）温度区间内,另外热液介质中的F、Cl^-、B^-等离子的存在可提高对方解石的溶蚀营力。     

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.      

深层储集层长石溶蚀增孔的物理模拟与定量计算

以塔里木盆地库车坳陷克拉苏构造带白垩系巴什基奇克组深层储集层为例,开展成岩物理模拟实验研究,定量计算巴什基奇克组砂岩在早期长期浅埋—后期快速深埋地质过程下,长石骨架颗粒的溶蚀率及溶蚀增孔量。运用场发射扫描电镜大面积扫描分析技术,定量计算大北、克深地区实际岩心样品中长石骨架颗粒的溶蚀度及溶蚀增孔量值,实验数值与实际岩心数值相互校验,由此建立了陆相深层较高长石骨架颗粒含量储集层中长石溶蚀增孔量的演化过程模型。定量计算出克深地区长石在早期长期浅埋—后期快速深埋地质过程下,最大溶蚀增孔量为0.86%~2.05%,模拟的埋深超过7 000 m砂岩的长石溶蚀增孔量值稍稍偏大,校准后绝对误差值为0.23%。大北地区次生溶蚀孔隙的贡献者主要是方解石,长石次之,定量计算出该地区长石最大溶蚀增孔量为0.62%~1.48%,模拟埋深超过7 000 m砂岩中长石溶蚀增孔量值稍稍偏大,校准后绝对误差值为0.15%。造成误差的原因有二:(1)模拟实验代表了深层储集层的均一、理想状态;(2)实际地质情况下深层储集层的非均质性强,不同地区溶蚀作用强弱存在差异。     

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。     

川东北飞仙关组优质储层形成研究

四川盆地东北部飞仙关组经历了3个成岩演化阶段：准同生-早期成岩阶段、浅埋-中埋成岩阶段、深埋成岩阶段。主要成岩作用有：泥晶化、胶结、压实压溶、重结晶、白云石化、溶蚀和破裂等。其中，溶蚀作用和白云石化作用是改善储集性能的主要有利因素。溶蚀作用发生在成岩作用的各个阶段，以早期大气淡水渗滤作用形成选择性溶蚀和深埋藏阶段含CO₂和H₂S流体对全岩的溶蚀作用为主。白云石化作用，以早成岩阶段混合水白云石化作用为主，埋藏白云石化作用次之。与复杂的成岩作用对应，飞仙关组鲕滩储层的孔隙大体也经历了4次重要的演变：沉积时原始孔隙度为35%、准同生-早期成岩阶段后的25%、浅埋-中埋成岩阶段后的5.5%、深埋成岩阶段的10%。由此认为，川东北飞仙关组鲕滩相储层储集性能的改善主要依赖于白云石化作用和深埋成岩阶段的非选择性溶蚀作用。     

高海拔与超深地层石油地质若干问题

海平面以上0~5km的高海拔地层和埋藏5~10km的超深地层,应是油气勘探的潜在领域,但在其石油地质理论和技术方面有很多问题需要探讨。在高海拔地区(如青藏区),新构造运动对石油地质层系和古油藏的改造和影响很大,并且高海拔油气藏的保存条件也非常严苛。超深层常常分布在中国陆相盆地,其沉积速率大、沉积岩厚度大,加之多构造层叠加,致使超深层常对应于成岩中晚期和深埋阶段(温度高于175℃,压力大于100MPa)。中国超深层优质碎屑岩储层受沉积期特征、深埋时间因素(即成岩过程很长,深埋时间较短)、流体承压程度和次生溶蚀作用的控制。深层与超深层优质碳酸盐岩储层的形成主要依赖于白云石化作用以及白云岩的岩溶改造作用。     

含泥碳酸盐岩埋藏条件下溶蚀作用的实验模拟

通过实验模拟埋藏条件下含泥碳酸盐岩的溶蚀过程,分析了粘土矿物的富集程度和赋存状态。实验结果显示,随着压力和温度的增加,粘土矿物含量是一个先增加后降低的过程,在80~160℃时达到极值。而粘土矿物的赋存状态从主要分布于裂缝中到包裹状再到残余于裂缝之中。溶蚀率大致随着温度和压力的增加而增加,实验中在160℃、48MPa条件下获得了最高的溶蚀率。碳酸盐岩泥质含量的差异对溶蚀率影响并不是十分明显,粘土矿物的赋存状态似乎更为重要。随着溶蚀作用的继续,粘土矿物对溶蚀作用有一定的影响,在80~120℃时,粘土矿物减缓了溶蚀率增加的速度,但是温压继续增加时,这种影响又有所减弱。      

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。     

白云岩物质组分与结构对微孔储集体系形成的制约——以塔里木盆地下古生界白云岩为例

塔里木盆地下古生界白云岩是重要的油气储层，由于经历了长期而复杂的成岩演化过程，其储集空间以次生孔隙为主，其中微孔储集体系分布广泛，很不均匀，并且规律性不强。通过对大量白云岩岩心薄片与显微照片的观察，结合电子探针分析，认为埋藏过程中白云石与方解石的差异溶蚀是微孔储集体系形成的主要方式，白云岩的物质组分与微观结构对白云岩微孔的形成具有重要的制约作用；从白云岩成分上来讲，含灰云岩与灰质云岩是白云岩储层的主要岩性；白云岩中方解石的溶解与否，受方解石赋存状态的制约。根据白云岩显微结构中方解石和白云石两者之间的关系，将储集物性较好的粒状白云岩大致分为3个亚类，即粒间填隙型、粒内包含型、包含—填隙混合型，其中以第1种形式即“粒间填隙型”分布的方解石最容易被溶蚀并形成次生孔隙，包含—填隙混合型次之，粒内包含型最差。     

东营凹陷超压顶封层及其附近砂岩中碳酸盐胶结物的成因

东营凹陷超压顶界面埋深2.200～2.800 m,在深部超压流体影响下,超压顶封层及其附近砂岩中碳酸盐矿化作用发育,碳酸盐含量一般在15%～40%。对53块砂岩样品共101个碳酸盐胶结物原位微区电子探针成分数据进行数理统计后发现,碳酸盐矿物主要可分为准同生白云石、方解石与铁白云石3种类型,综合X-衍射、阴极发光等判断其成岩序列为准同生白云石→方解石→铁白云石。根据碳酸盐胶结物成岩流体包裹体观测结果,超压顶封层及其附近砂岩中碳酸盐胶结物的沉淀伴随着超压流体环境,最小古压力系数为1.29～1.62,且沉淀温度明显高于背景温度值,指示与超压热流体侵入有关。结合前人研究成果认为,方解石、铁白云石胶结物的沉淀可能分别与东营组沉积末期、明化镇组沉积以来的超压流体活动有关;同时利用氧同位素地质温度计对上述认识进行了检验,其结果与实际观测值也较为吻合。方解石胶结物的沉淀温度90～120℃,其超压流体的δ¹⁸O_SMOW 值为零,方解石胶结物的δ¹⁸O_PDB 值为-16.86‰～-12.29‰;铁白云石胶结物的沉淀温度约110～135℃,其超压流体的δ¹⁸O_SMOW 值为0.25‰,铁白云石胶结物的δ¹⁸O_PDB 值介于−12.20‰～−10.20‰。晚成岩阶段碳酸盐胶结物的碳同位素值具有正漂移现象,δ¹³C_PDB 值介于−0.9‰～+3.58‰,说明其主要来源于沙四段湖相碳酸盐岩的溶解-再沉淀作用,有机酸的参与显得相对次要,或者是由于羧酸分子内碳同位素分馏作用的影响。     

基于埋藏溶蚀模拟实验的白云岩储层孔隙效应研究——以塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组为例

埋藏溶蚀作用是白云岩储层发育的控制因素之一,但其对储层的孔隙效应不清,从而制约埋藏溶蚀型白云岩储层的评价与勘探。以塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组白云岩为例,优选藻砂屑白云岩、叠层石白云岩和凝块石白云岩3种最常见的岩相为样品,用0.2%的乙酸溶液代表埋藏环境中的有机酸,开展高温高压条件下、开放连续流动体系中的储层溶蚀模拟实验。实验结果显示,不同温压条件、不同岩相特征样品的孔隙度都有所增大,但渗透率呈指数级增大;藻砂屑白云岩的储集空间类型从孔隙型演变为孔隙—孔洞型,叠层石白云岩和凝块石白云岩的储集空间类型从孔隙型演变为溶孔—溶缝型。由此说明在埋藏环境中,有机酸对白云岩具有较强的溶蚀性,白云岩储层的初始孔隙结构控制着最终储集空间类型;埋藏溶蚀作用从开始相对均匀溶蚀逐渐转变为非均匀溶蚀,导致溶孔、溶缝非均质发育,局部孔隙间连通性变好。因此埋藏溶蚀作用对改善白云岩储层渗透率的贡献更大。      

塔中南部坡折带良里塔格组碳酸盐岩溶蚀作用

塔中南部坡折带中2 井良里塔格组岩石组构、阴极发光与扫描电镜及能谱资料的研究表明,岩心残留的孔洞,孔洞中充填的粗大方解石或白云石为碳酸盐矿物溶解再沉淀的产物。良里塔格组底部颗粒灰岩及其晶洞方解石比同期海水Sr 同位素比值偏低,反映了埋藏过程中孔隙流体的低⁸⁷Sr/⁸⁶Sr 比值;顶部颗粒灰岩及其晶洞充填的方解石的Sr 同位素则比同期海水Sr 同位素比值偏高,主要是由于埋藏条件下陆源碎屑(如长石)的溶解所致。晚期充填的方解石脉及溶孔充填方解石的两相盐水包裹体均一温度与盐度分布进一步表明有埋藏胶结与溶解作用。     

鄂尔多斯盆地有机包裹体与油气成藏特征研究

鄂尔多斯盆地东南部下古生界奥陶系马家沟组白云岩中识别出2期有机包裹体：早期有机包裹体主要分布在成岩晚期阶段溶蚀孔隙充填的方解石和白云石中,主要为含液态烃的气液两相有机包裹体,液态烃具黄色荧光,包裹体均一温度为130~140℃;晚期有机包裹体主要为含气态烃气液两相有机包裹体,主要分布在晚期构造裂隙充填的方解石脉体中,包裹体均一温度为160~170℃。研究表明,早期有机包裹体记录了含液态烃油气流体形成并开始进入储层的过程,对应的时间为220 Ma（相当于中三叠世）,证明鄂尔多斯盆地东南部天然气经历了液态烃形成阶段。晚期有机包裹体是天然气大规模运移成藏时期形成的,对应的时间为100 Ma（相当于早白垩世末期）。     

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...