CO2基增强型地热系统中流体-花岗岩相互作用研究进展及展望

CO_2与水相比,膨胀性大、黏度低、与岩石反应程度低,并且在作为增强型地热系统(EGS)渗流传热流体时,比水具有更高的换热效率。对CO_2-EGS生产过程中储层岩石物性变化的研究具有重要意义,从理论研究、实验研究、数值模拟3个方面,对CO_2基增强型地热系统CO_2-EGS中流体-岩石相互作用的研究现状进行了总结,并且从矿物成分、微观孔结构和力学性质3个方面对储层岩石性质的变化进行了评价。结果表明,CO_2-水-岩石相互作用参与反应的矿物主要为石英、长石类;而沉淀的矿物为蒙脱石、伊利石及方解石等。CO_2-水-岩石相互作用会导致储层岩石的力学性质下降,孔隙结构特征改变。最后,讨论了CO_2作为EGS渗流传热流体仍需攻克的难点问题,包括:CO_2的热动力学特征、换热效率,CO_2-水-岩石的相互作用及其对储层性质的改变,影响CO_2-EGS经济性的因素,以及CO_2-EGS数值模型的研究等。针对这些方面的研究可为今后CO_2-EGS的开发奠定基础。     

尼日尔Termit盆地上白垩统储层岩石学特征及控制因素分析

本文对尼日尔Termit盆地17口井218个井壁取芯样品开展普通薄片、阴极发光、X衍射、扫描电镜及重矿物分析,研究上白垩统储层的岩石学特征,并探讨其控制因素。实验分析结果表明,Termit盆地上白垩统储层的岩石类型主要为石英砂岩,成分成熟度高,以石英为主,含量达86%以上,钾长石、方解石及斜长石等含少量,占比约5%,这种岩石类型对原生孔隙的保存比较有利;填隙物主要为粘土杂基,含量为7%左右,矿物成分以高岭石为主,利于对晶间孔的保留;岩石中发育硅质、方解石和铁质等胶结类型,胶结物的含量占比较小,对储层的破坏作用不大;重矿物类型为磁铁矿、赤铁矿、锆石、磷灰石,推测物源区的母岩类型主要为花岗岩;以细粒结构和少量的不等粒结构为主,分选中等-差,磨圆度一般为次棱角-次圆状,磨圆差。与国内石英砂岩沉积于高能的滨浅海环境不同,研究区石英砂岩成分成熟度高,但分选程度和磨圆度较低,一方面反映了物源区母岩富含石英,同时也反映了这种石英砂岩沉积于近源的河流-三角洲环境。影响研究区上白垩统储层物性的主要因素是岩石类型及成岩作用,由于储层的岩石类型为石英砂岩,压实作用对储层的破坏作用较一般岩石类型偏小。砂岩埋深小于2500m时,主要发育原生孔隙,面孔率大于15%。溶蚀作用对本区储层产生一定的影响,最常见的为长石的溶蚀,溶蚀作用形成粒内溶孔和粒间溶孔,还会扩大原生孔隙形成混合孔,改善了砂岩的储集性能。     

牛庄洼陷沙三中亚段浊积岩储层成岩作用及主控因素分析

东营凹陷牛庄洼陷沙三中亚段浊积岩储层以长石细砂岩、岩屑细砂岩及粉砂岩为主,结构成熟度及成分成熟度均较低.浊积岩样品的显微特征及成岩矿物的组合关系分析结果表明:该区的浊积岩储层目前主要处于晚成岩A期到B期的过渡阶段,成岩现象包括压实压溶作用、石英的次生加大作用、碳酸盐矿物胶结作用、溶解作用和粘土矿物转化作用等,这些作用过程受矿物与孔隙流体之间的相互作用控制.影响成岩作用的主要因素是岩石性质、沉积微相、水介质的性质、超压、高温以及烃类的早期注入.     

东营凹陷下第三系流体-岩石相互作用研究

盆地内地层流体-岩石相互作用导致储层特征和流体性质发生变化,影响油气藏的形成与分布。本文分析了东营凹陷下第三系地层孔隙流体的化学和动力学特征及其分布规律,根据地层中矿物的组成和结构特征对成岩过程中地层古流体的地球化学特征进行了推测。并通过对典型油田泥岩层和砂岩层中矿物组合及其在地层剖面上的变化规律的实例剖析,揭示了东营凹陷下第三系储层中流体-岩石相互作用的基本特点,在此基础上,建立储层中流体-岩石相互作用的地质/地球化学模型。     

苏北盆地黄桥地区富CO_2流体对二叠系龙潭组砂岩储层的改造与意义

富CO_2流体-砂岩相互作用是砂岩储层次生孔隙的重要形成机制。苏北黄桥地区作为中国重要的CO_2气产区,富CO_2流体对上二叠统龙潭组砂岩储层的改造问题备受关注。为揭示富CO_2流体的作用特征及其对储层的影响,对黄桥地区典型钻井开展了系统的岩心描述和岩矿鉴定,并进行了微区原位观测和相关地球化学分析。结果表明,在靠近CO_2流体活动强烈的断裂带部位(特别是断层上盘),砂岩中碳酸盐胶结物基本溶蚀殆尽,仅存少量交代成因菱铁矿,同时钾长石类碎屑溶蚀非常强烈,并伴随高岭石等矿物沉淀,以及石英次生加大,还发育片钠铝石等指示高浓度CO_2作用的特征矿物,形成与CO_2流体作用相关的特征矿物组合(片钠铝石+高岭石+次生石英+菱铁矿);而在远离断裂的部位,受CO_2流体影响较弱,溶蚀作用也较弱,有较多的次生方解石沉淀,形成了以方解石+菱铁矿为主的自生矿物组合。前者次生孔隙发育,后者则更加致密。据此提出了深源断裂主控下与富CO_2流体作用相关的储层发育模式,为油气勘探和开发提供了新的思路。     

水—岩相互作用研究及其在石油地质中的应用

综合评述了国内外在储层成岩演化过程中,流体－矿物相互作用的机理,孔隙流体在次生孔隙形成过程中的作用,流体－矿物相互作用岩石表面润湿性的影响,油气充注聚集对岩石作用的影响等方面的研究进展,并介绍了这些研究成果在储层次生也隙预测,油气运移和油气成藏研究中的应用前景。     

砂宝斯金矿区多矿物脉特征及其对砂岩的改造

砂宝斯矿区的成矿围岩为长石石英砂岩，砂岩被多期次的石英脉、方解石脉和高岭石脉所穿切，这些多矿物脉是热液流体运移的结果。矿物脉形成过程中对围岩进行了热改造，使砂岩发生了压溶作用、胶结作用和溶蚀作用，形成了蚀变砂岩。由于流体酸碱性和温压的变化，孔隙水介质的性质由酸性向碱性转变，在酸性成岩环境下形成的蚀变高岭石、伊利石将转变成绿泥石、绢云母等。绢云母的大量出现，石英次生加大和自生粘土矿物的形成均是热液流体活动的产物。     

韧性剪切带内流体作用及成分变化与体积变化

韧性剪切带中的大量流体活动,影响了变形机制和矿物成分的变化。由于流体的渗透,造成某些元素的迁移,形成剪切带的物质成分变化和体积变化。流体与岩石的相互作用则是剪切带发展过程中的重要作用。应用成分变化计算体积变化已成为研究的热点问题     

碎屑岩储层矿物溶解度与溶蚀次生孔隙形成机理研究进展

砂岩储层中溶蚀次生孔隙的形成与碎屑岩骨架颗粒在地质流体中的矿物的溶解度密切相关。本文从温度、压力、p H值、有机酸等方面描述了石英、长石、碳酸盐矿物的溶解度特征,指出矿物溶解度和溶解组分的平衡分布主要依赖于地层温度和孔隙流体的p H值,而地层温度和p H值则通过改变地层水中络合物的形式与含量、CO2-3、HCO-3与CO2的相对含量控制着矿物溶解度。受控于温度、压力、p H值的储层流体作用于矿物,可导致不同矿物溶蚀次生孔隙形成机理具有明显的差异。在未来的研究中,应注重根据实际储层的温度、压力、流体等地质环境条件,结合储层岩石中的矿物组成进行实验模拟和数值模拟,以建立矿物溶解度与次生孔隙特征之间的定量关系。     

鄂尔多斯盆地高桥地区盒8段砂岩储层致密成因

运用常规薄片、铸体薄片、扫描电镜及恒速压汞等实验手段,对鄂尔多斯盆地高桥地区盒8段储层特征进行研究,并以孔隙演化过程为线索分析了储层致密成因。研究结果表明:盒8段储层主要为岩屑石英砂岩、石英砂岩与岩屑砂岩,成分成熟度和结构成熟度均较高,储层物性差;砂岩分选性好,初始孔隙度整体较高,平均可达34.7%;受岩石组分、埋深及煤系烃源岩酸性流体的影响,压实作用强烈,破坏了大约20.4%的原生孔隙度,胶结作用破坏了其余13.9%的原生孔隙度,原生孔隙几乎被破坏殆尽;早期溶蚀产生的孔隙被压实作用破坏,而晚期溶蚀作用较弱,仅增加了大约3.4%的次生孔隙度,难以大幅度改善储层物性。因此,成岩期原生孔隙被破坏殆尽及次生孔隙形成较少共同导致该区储层致密。     

致密砂岩酸性和碱性成岩环境特征及对储层物性的控制:以鄂尔多斯盆地临兴和神府地区为例

成岩流体酸碱性对砂岩次生孔隙的形成具有重要影响。从酸性和碱性成岩流体演化角度分析鄂尔多斯盆地上古生界致密砂岩成岩流体酸碱性对物性的控制作用。依据大量铸体薄片观察、扫描电镜、X衍射分析、常规物性测试和高压压汞,详细研究了鄂尔多斯盆地东缘临兴和神府地区上古生界致密砂岩的岩石矿物学特征、物性特征、成岩作用、孔隙成因类型和孔喉结构特征,探讨了致密砂岩储层酸性和碱性成岩流体环境的识别、分带、分布和发育的各类伴生孔隙,并分析了成岩流体环境的演化过程及物性响应特征。在埋藏过程中,工区上组合层系经历了碱性-酸性-碱性的成岩流体演变模式,下组合含煤层系经历了酸性-碱性的成岩流体演变模式。酸性成岩环境以长石溶蚀、石英加大和自生高岭石沉淀为主要特征,发育长石溶蚀孔、黏土矿物晶间孔等孔隙类型,孔喉半径较大,储层质量相对较好;碱性成岩环境以石英溶蚀、自生绿泥石沉淀为主要特征,以石英溶蚀孔、黏土矿物晶间孔为主要孔隙类型,孔喉半径较小,储层质量相对较差。酸碱过渡带致密砂岩储层介于两者之间。但是每类储层的物性和孔喉结构变化较大。成岩流体环境在纵向上呈现分带特征,自上而下发育碱性带、酸碱过渡带、酸性带、酸碱过渡带和碱性带,不同地区之间分带深度边界有差别;在酸碱过渡带中,局部地区发育酸性带、较弱酸性带和较弱碱性带。     

CO2流体对岩屑长石砂岩改造作用的实验

通过密闭容器中CO2-H2O-砂岩体系相互作用实验,研究了不同温度和压力下CO2流体对岩屑长石砂岩成分的改造。反应后溶液中总矿化度的变化、样品质量的损失及扫描电镜(SEM)的观察结果表明:长石、方解石和石英的溶蚀强度随温度的升高而增大,CO2流体对岩屑长石砂岩的溶蚀作用与温度正相关;同时通过扫描电镜观察发现,200℃和300℃时样品表面均有一种未知的铝硅酸盐矿物生成,并通过反应液的pH值及各种离子浓度的变化解释了CO2流体-砂岩相互作用过程中矿物溶解、沉淀的机制。     

惠州凹陷东部珠海组储层碱性成岩作用及孔隙演化

根据铸体薄片、扫描电镜、粒度分析、X衍射等资料,对惠州凹陷东部珠海组储层的岩石学特征、成岩作用和孔隙演化过程进行分析研究。研究认为,惠州凹陷东部珠海组储层的岩石类型以岩屑砂岩、长石质岩屑砂岩、岩屑质石英砂岩和岩屑质长石砂岩为主,结构成熟度与成分成熟度较低。砂岩埋藏过程中经历了明显的碱性成岩作用:石英的溶蚀与交代、碳酸盐矿物胶结、伊利石和绿泥石的沉淀以及钠长石化等。碱性成岩作用对孔隙的影响包括:石英溶蚀形成次生溶孔、碳酸盐胶结物沉淀损失粒间孔隙、黏土矿物沉淀形成晶间微孔。研究区珠海组主要发育粒内溶孔和粒间溶孔,原生孔隙较少。储层现今处于中成岩阶段A期,早期经历了强烈的压实作用,使其孔隙度由原始孔隙度32.1%降低至8.8%。早成岩阶段为碱性成岩环境,石英溶蚀增孔约0.5%;碳酸盐、硫酸盐、伊利石等胶结物沉淀减孔约2.3%。中成岩阶段A期为酸性成岩环境,硅质、高岭石等胶结物沉淀减孔约1.2%;长石、岩屑等溶蚀增孔约4.3%。最终,储层演化至现今孔隙度10.1%。     

松辽盆地深层储层砂岩中火山碎屑物质在成岩阶段的变化与孔隙发育

松辽盆地深层储层砂岩中岩屑成分主要为火山岩岩屑,体积分数最高可达60%。填隙物主要为凝灰质杂基和成岩期后的钙质及硅质胶结物,体积分数在11%～19%。其形成环境主要为陆相断陷盆地的河流、三角洲和扇三角洲。岩石的成分成熟度和结构成熟度普遍低,而储层物性通常却很好。孔隙铸体、岩石薄片和电镜分析结果表明,富火山岩岩屑储层岩石的物性受碎屑成分、填隙物和成岩流体3个因素影响,其中火山岩碎屑在埋藏成岩作用中易于形成的次生孔隙是改善储层物性的主要原因。岩屑砂岩与储层物性相关的主要成岩后生变化有：（1）埋藏压实作用使碎屑岩原生孔隙大量减少;（2）溶蚀、脱玻化、次生矿物的生成和重结晶等成岩作用的总效应导致孔隙增加;（3）成岩流体改造和蚀变作用使火山碎屑物质形成大量次生孔隙,从而改善了砂岩储层的物性。     

流体的氯含量及其演化：来自岩石含氯矿物的记录

含氯流体是地质作用中重要的流体形式之一。通过含羟基矿物的氯含量来反演流体的组分及其演化是流体研究的一个重要方面。角闪石、黑云母、方柱石和磷灰石是主要的含氯矿物,可以揭示含氯流体与岩石的相互作用。这些矿物的氯含量受平衡流体的成分、温压条件以及自身的晶体化学结构等复杂因素制约。一方面,结合实验确定的热力学数据可以通过矿物氯含量在一定范围内定量计算流体的氯组分;另一方面,也可以根据矿物的氯含量变化特征来反演流体 岩石相互作用过程中流体成分的变化特征,这样的流体成分演化可能反映了特定的地质过程。     

山东省牛庄洼陷古近系沙河街组沙三中亚段储集层成岩作用研究

山东省牛庄洼陷古近系沙河街组沙三中亚段储集层岩石类型以长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩为主,岩石结构成熟度和成分成熟度均较低。砂岩成岩作用包括压实作用、胶结作用、交代作用、溶解作用等。压实作用主要有刚性颗粒发生脆性破裂、颗粒之间呈线接触和凹凸接触、岩石碎屑颗粒呈明显的定向排列、塑性颗粒挤压变形或刚性颗粒嵌入变形颗粒中、粘土质碎屑被挤压变形发生假杂基化等五种表现形式。胶结物主要有泥质胶结物、碳酸盐胶结物、自生粘土矿物和自生石英、长石。交代作用主要有石英交代长石颗粒、碳酸盐胶结物交代石英、长石及岩屑颗粒、碳酸盐胶结物之间的相互交代。发生溶解作用的主要是石英、长石和岩屑颗粒,胶结物中主要是碳酸盐矿物。目前研究区沙三中亚段储集层成岩演化处于晚成岩A期。影响成岩作用的主要因素为岩石成分、沉积环境、孔隙流体性质等。成岩作用对储集物性的影响主要表现在孔隙度和渗透率的变化,其中压实作用和胶结作用使储层原生孔隙迅速减少、渗透率降低,使得储集物性变差;而溶解作用是次生孔隙发育的主要因素,从而改善砂岩的储集性能。     

碎屑岩储层控制因素及钻前定量地质预测

认为碎屑岩储层的成因及其孔隙度保存与盆地性质和构造演化有密切关系,由此提出了成岩物质与盆地动力学特征相结合开展动力储层学研究的方法,其研究内容包括成岩物质、地温场、地层流体、地层加载方式、构造侧向应力以及这些参量与砂岩储层的关系。研究表明,砂岩的成岩作用和孔隙度演化是岩石、热流、流体和构造侧向应力相互作用的结果。这一认识为预测有利碎屑岩储层提供了更有效的途径。这一方法近几年在中国西部油气盆地应用后取得了较好效果。     

单相流体对砂岩强度特性的影响

在CO2地质封存过程中,CO2注入深部岩层,引起地层孔隙流体组分和压力的改变,影响岩层的力学稳定性,可能导致储盖层破裂、地表隆起,并引发中小规模地震等不良后果。以砂岩为试验研究对象,以CO2、N2、H2O作为孔隙流体介质,通过控制和调节流体的温度和孔隙压力,开展了单相流体作用下岩石三轴压缩力学特性对比试验,分析了单相流体耦合作用下岩石强度、弹性模量和泊松比等基本力学参数。研究发现,高压孔隙流体使干燥砂岩的峰值强度和弹性模量均出现不同程度降低,泊松比却有较为明显的升高现象,且影响作用从大到小依次为H2O、CO2、N2。孔隙流体降低了干燥砂岩的脆性,并增强了塑性变形,且含水砂岩塑性最强。孔隙流体对砂岩力学特性影响程度取决于流体与岩石矿物成分的相互作用强弱,分析认为砂岩中不同矿物成分对CO2、N2、H2O的选择性吸附导致孔隙流体对砂岩强度影响差异明显,且作用效应从大到小依次为H2O、CO2、N2。     

胜利油田东营凹陷流体—砂岩相互作用期次及其识别标记

胜利油田东营凹陷主要储层砂岩自始新世形成以来经历了至少四期流体的活动,这四期流体与砂岩的相互作用通过矿物溶解、胶结及脉体充填等成岩事件而表现出来。作用过程中溶解作用使砂岩孔隙度增加,改善储层质量;而胶结作用通常使孔隙度减少,伤害储层或破坏储层,但早期胶结作用形成的粗晶碳酸盐矿物可以支撑格架颗粒,阻止后期的压实而导致孔隙“坍塌”。通过东营凹陷坨胜永断裂带和中央背斜及凹陷带沙三段（Es3）和沙四段（Es4）段储层砂岩薄片镜下观察,胶结物电子探针成分分析,综合其它资料得出:第一期流体与砂岩相互作用发生在孔店晚—沙四晚期,以方解石＋石膏胶结为标志;第二期发生在沙三—东营（Ed）末,以粗晶“马鞍状”白云石为标志;第三期发生在馆陶(Ng)沉积时期,以微晶含铁白云石为标志;第四期发生在馆陶沉积之后,以铁白云石脉为标志。     

致密砂岩储层成岩作用与孔隙演化:以川西南上三叠统为例

致密砂岩储层成岩作用控制孔隙演化,并进一步决定相对优质储层分布。川西南上三叠统砂岩储层整体孔隙度小于6%,基质渗透率小于0.1×10-3μm2,属于典型致密砂岩储层。铸体薄片和储层流体包裹体综合分析表明,砂岩储层经历了压实作用、胶结作用、溶蚀作用和交代作用,储集空间以粒内溶孔、铸模孔和粒间溶孔为主。综合各成岩矿物共生组合关系,结合储层流体包裹体均一化温度,确定各成岩事件和成岩矿物形成相对顺序:压实作用→第Ⅰ期裂缝→第Ⅰ期伊利石胶结→第Ⅰ期石英加大→第Ⅰ期方解石胶结→第Ⅱ期石英加大、硅质充填→长石、岩屑溶蚀→绿泥石胶结或者伊利石胶结→第Ⅱ期方解石胶结→长石溶蚀作用→第Ⅱ期破裂作用→第Ⅲ期石英加大、硅质充填→第Ⅲ期碳酸盐胶结→碳酸盐交代长石和石英→第Ⅲ期构造破碎→晚期方解石和石英胶结成岩。镜质体反射率(Ro)及砂岩储层流体包裹体均一温度表明砂岩储层目前已达到中成岩A2期至B期,压实作用是储层致密化的最主要原因,造成孔隙度损失约27.5%,硅质和碳酸盐胶结作用仅损失孔隙度约5.3%。