花岗岩酸岩作用反应动力学研究

化学刺激能够改善增强型地热系统(EGS)热储层裂隙连通情况、提高裂隙渗透率。本文以EGS热储化学刺激为出发点,开展土酸体系 花岗岩作用实验,总结实验规律,明确了酸岩作用机理,建立多矿物耦合反应动力学模型并获取重要参数。得出以下结论：土酸中HF浓度越高,对花岗岩的溶蚀率和溶蚀速率就越大,但更易产生二次沉淀;酸液中离子的浓度与不同矿物溶蚀存在对应关系,Na+和K+分别来自于钠长石和伊利石,Al3+和硅来自长石类和黏土类矿物,Ca2+前期来自方解石,后期受钙长石和氟石影响;土酸 花岗岩反应为双重机制控制下的动力学反应;HF机制下的矿物溶解反应速率常数数量级约为10-4～10-5,比中性机制下的矿物的溶解速率提高了约9个数量级。研究结果可以为EGS储层化学刺激工作提供理论支持。     

化学刺激法提高花岗岩类岩石裂隙渗透性的实验研究

增强型地热系统(EGS)用于通过人工形成地热储层的方法从深部低渗透性岩体中开采地热能;国际上常采用水力压裂辅以化学刺激的方法改造EGS 储层以提高其渗透率。本文以采自青海共和盆地的花岗闪长岩样品为对象,选用3种不同化学刺激剂(氢氧化钠、盐酸和土酸),在3组不同注入流速条件下开展了系统化学刺激实验。结果表明:注入盐酸和土酸后样品渗透率均有提高,且采用土酸时渗透率提高幅度明显大于盐酸;但注入氢氧化钠后,样品渗透率反而降低。在3类化学刺激剂中,土酸对长石类矿物的溶蚀能力最强,而氢氧化钠溶液对石英的溶蚀能力最强,但氢氧化钠溶液在溶解岩石样品裂隙表面矿物后极易形成非定形态二氧化硅或非定形态铝硅酸盐蚀变矿物并阻塞裂隙,反而对化学刺激效果造成负面影响。总体来看,土酸是青海共和盆地干热岩体的最佳化学刺激剂。在中等注入速度(3 mL·min^-1)条件下,土酸对岩石样品的溶蚀程度就可达到最高;在此基础上进一步降低流速,则可能使溶解组分更易从液相中沉淀而充填于样品裂隙,导致样品渗透率有所下降。     

TSR产物对碳酸盐岩储层是否具有改良作用——实验地质学的依据

采用SYS-1型碳酸盐岩溶蚀速率测定仪,选取四川东北地区5种碳酸盐岩样进行溶蚀实验,研究了三种主要TSR流体产物对碳酸盐岩的改造作用。H2S的溶蚀能力相对较强,在120℃温度下对微晶灰岩的溶蚀率可达17.09%;CO2的溶蚀能力次之;水的溶蚀作用可以忽略不计。H2S和CO2这两种酸性溶液的溶蚀能力从常温到200℃呈较强—强—弱的变化趋势,其中CO2的最大溶蚀率所处温度范围为60～90℃,H2S的最大溶蚀率所处温度范围为60～150℃。TSR产物中的酸性气体可以对储层进行改造,但不一定能够改良储层,而TSR过程中石膏向方解石的转变可以使储层孔隙度增加,从而改良储层物性。     

硫酸型酸雨参与碳酸盐岩溶蚀的研究进展

碳酸盐岩的H2CO3溶蚀产生岩溶碳汇,占整个岩石风化碳汇的 94%。西南岩溶区硫酸型酸雨严重,硫酸型酸雨广泛参与碳酸盐岩的溶蚀。H2SO4参与的碳酸盐岩风化是一个大气CO2净释放过程,具有减汇作用巨大。另一方面,岩溶区石灰土壤和地下水具有较高的pH值及盐基饱和度,对H+有巨大的缓冲作用,大气酸沉降在碳酸盐岩地区可能并不会造成地下水的HCO3-和pH降低;相反,较高浓度的SO42-所产生的盐效应和SO2-4与各种阳离子形成的离子对会增大方解石、白云石溶解度,可增强H2CO3对碳酸盐的溶蚀,这可能会使岩溶作用产生更大的碳汇效应。因此,硫酸型酸雨参与碳酸盐岩风化的减汇效应不仅可能被高估,硫酸型酸雨还可能增强碳酸盐岩的H2CO3溶蚀,具有增加岩溶碳汇效应的作用。应结合石灰土壤对大气酸沉降的缓冲容量和阈值及大气酸沉降的H+与土壤中盐基离子的交换量,并综合考虑盐效应、离子对作用、同离子效应,客观评价硫酸型酸雨流经石灰土壤层后对碳酸盐岩溶蚀吸收大气/土壤CO2的影响      

含裂隙碳酸盐岩酸化中超临界CO2对虫孔生长的影响初探

酸化是一种广泛应用于碳酸盐岩储层的增渗改造技术,其基本原理是将酸液注入储层裂隙,通过溶蚀反应使矿物溶解形成虫孔等通道,从而提高储层的渗透性和生产效率。以往的研究主要聚焦于优化注酸条件以提高成孔效率,忽略了碳酸盐岩酸化副产物CO2的影响。本研究针对三个含单裂隙的碳酸盐岩试样,开展不同浓度盐酸溶液的酸化实验,监测试样渗透率的变化;并在试验前后分别进行裂隙表面形貌激光扫描和内部空隙CT扫描,基于扫描结果对比分析了注酸条件对溶蚀效果的影响。研究结果表明：在流速、酸液浓度与种类等条件相同的条件下,CO2是否进入超临界态对虫孔形态有重要影响;超临界CO2可有效促进虫孔的生长,生成窄而长的虫孔,并显著提高溶蚀效果,试样的渗透率可提高3~9倍;而在CO2未进入超临界态的条件下,溶蚀形态接近面溶蚀或锥形虫孔,未贯通试样,试验前后渗透率没有显著变化,这是因为酸化反应产生的气态CO2会阻碍酸液的流动,从而降低酸化效果。本文结果揭示了在酸化中正面利用副产物CO2的可能性,有助于对现有酸化工程方案的优化和提升。     

桩海地区下古生界碳酸盐岩表生条件下溶蚀过程模拟实验

模拟表生条件下(22℃、1.0 MPa)岩石溶蚀过程,采用0.2%的盐酸溶液分别对桩海地区下古生界6种不同类型的碳酸盐岩进行溶蚀实验,结合扫描电镜观察与离子浓度分析手段,对比研究了表生条件下大气淡水对不同类型碳酸盐岩的溶蚀差异。实验结果表明,岩石组构和矿物成分都存在选择性溶蚀,白云石多溶蚀成蜂窝状,方解石则可经溶蚀呈晶锥状;溶蚀率排序为白云质灰岩>泥质白云岩>鲕粒灰岩>灰岩>灰质白云岩>白云岩,灰岩类Ca2+、Mg2+释放合量6.35～7.08 mmol/L,明显高于白云岩类Ca2+、Mg2+的释放合量6.005～6.368 mmol/L,整体上灰岩类溶蚀率大于白云岩类,溶蚀率最高的白云质灰岩由于有少量白云石的加入促进了方解石的溶解,改善储层溶蚀效果。实际地质条件下,常规测井、成像测井以及钻录井数据显示,灰岩类地层溶蚀孔洞发育,其溶蚀的规模与强度都大于白云岩类。总体看来,实际地质条件下的碳酸盐岩溶蚀特征与本次水-岩实验结果一致,表生大气水条件下灰岩类比白云岩类易溶,其中,白云质灰岩最易溶。     

酸性流体作用下斜长石的稳定性

通过紫外分光光度计分析和扫描电镜观察,开展不同温度下酸性流体与斜长石相互作用实验得出:1在低温条件下斜长石较稳定,以溶解为主;在高温条件下,斜长石不稳定,以溶蚀、溶解为主;随反应温度升高,质量损失增大。2斜长石沿解理形成条带状溶孔,沿表面形成粒内溶孔。3在160℃和190℃条件下,形成新生高岭石沉淀,温度升高高岭石晶形变好,实验反应强度增大。4随反应温度升高,K+、SiO2和矿化度浓度升高。     

岩屑长石砂岩与CO2流体在水热条件下的相互作用

选用水+ CO2+砂岩体系于高压釜中在不同温度下(100℃,150℃,200℃)进行反应,运用偏光显微镜、扫面电镜观察、X射线衍射分析和紫外分光光度计等技术手段来研究CO2流体活动对储层物性的改造.结果表明储层砂岩在CO2流体作用下,发生溶蚀溶解形成次生孔隙,溶蚀主要发生在低能位和晶格缺陷位置.同时生成了次生沉淀物,包括水铝矿和粘土矿物,其中水铝矿不稳定.这一研究对火山岩侵入区碎屑岩储层评价和二氧化碳地质储存的数值模拟研究具有重要意义.     

酸污染原状黄土渗透微观特征演变规律试验研究

研究污染黄土的渗透特性能够为污染场地的治理提供经济高效的方案措施。以蒸馏水作为渗液，采用GDS三轴渗透仪通过室内试验研究了盐酸、硝酸和硫酸侵蚀黄土的渗透特性变化规律，并从微观结构的变化进行机制分析。试验结果表明：相同固结应力条件下，不同类型污染土的渗透系数均随酸液浓度的增大而降低；随着酸液浓度增大，污染土骨架连接方式由点?点接触向点?面接触、面?面接触转变，土体内部大孔隙消散、小孔隙增多使得有效渗流孔隙减少，导致污染土渗透系数降低；相同试验条件下不同类型污染土渗透性能变化规律为：硫酸<硝酸<盐酸<水，即酸液增强了黄土防渗及防污性能。研究结果以期为黄土地区的工程活动和防污治理提供有效参考。     

酸性流体对碳酸盐岩储层的改造作用

普遍认为CO2、有机酸及H2S是碳酸盐岩储层溶蚀作用的酸性流体。CO2对碳酸盐岩储层的溶蚀作用已有不少学者进行了研究,本文则以一个全新的模拟实验方式对不同类型碳酸盐岩在有机酸和H2S水溶液中的相对溶蚀能力进行了研究,结果发现随温度从常温升高至200℃,有机酸对碳酸盐岩的溶蚀能力由弱变强再变弱,在90℃左右溶蚀能力最强。而H2S水溶液对碳酸盐岩的溶蚀作用则明显不同,60℃时基本达到最大溶蚀率,温度继续升高后,溶蚀能力一直维持在较高的水平并略有增加,150℃后突然降低。由于H2S主要是硫酸盐高温热还原产物（TSR）,因而在碳酸盐岩成岩早期阶段,溶蚀作用的流体可能主要是有机酸和C02,而在深埋阶段,H2S水溶液则可能是溶蚀作用的主要流体。     

川北下侏罗统自流井组大安寨段灰岩非常规储层包裹体研究

通过对川北大安寨段灰岩非常规储层流体包裹体的系统研究，表明该储层的成因与多期次的深部溶蚀作用有关，可划分为成岩期，构造期和构造期３个溶蚀期及５个次生矿物沉淀阶段，各阶段流体包裹体类型丰度，形态，均一温度，盐度、密度和成分特征各相相同，显示溶蚀流体来自油源岩区于不同演化阶段排出的无机和有机流体，因而包裹体的各项牲和演化规律可作为评价和预测大安寨段非常规储层的标志。     

Burial Dissolution of Ordovician Granule Limestone in the Tahe Oilfield of the Tarim Basin, NW China, and Its Geological Significance

With a comprehensive study on the petrology, geology and geochemistry of some Ordovician granule limestone samples in the Tahe Oiifieid of the Tarim Basin, two stages of burial dissolution were put forward as an in-source dissolution and out-source dissolution based on macro-microcosmic petrology and geochemistry features. The main differences in the two stages are in the origin and moving pass of acid fluids. Geochemical evidence indicates that burial dissolution fluids might be ingredients of organic acids, CO2 and H2S associated with organic matter maturation and hydrocarbon decomposition, and the in-source fluid came from organic matter in the granule limestone itself, but the out-source was mainly from other argillaceous carbonate rocks far away. So, the forming of a burial dissolution reservoir resulted from both in-source and the out-source dissolutions. The granule limestone firstly formed unattached pinholes under in-source dissolution in situ, and afterwards suffered wider dissolution with out-source fluids moving along unconformities, seams, faults and associate fissures. The second stage was much more important, and the mineral composition in the stratum and heat convection of the fluid were also important in forming favorable reservoirs.     

含（油）气流体体系压力及相变规律初步研究

本文从流体体系的观点出发，应用物理化学原理，分别对含（油）气流体的流体压力和存在相态进行了研究，着重阐述了流体压力的组成和体系压力的影响因素及其定量计算方法，重新界定了静水压力和异常压力及其相互关系，对含气流体在运移过程中的存在相态进行了分类，并分别探讨了流体自身成分、温度和压力对流体相变规律的影响，为定量研究流体压力和运移相态提供了新的思路。     

天然黏土矿物和腐殖酸对纳米乳化油吸持的实验研究

为探讨天然黏土矿物及有机质对纳米乳化油在多孔介质中迁移滞留的影响，本文选取高岭石和蒙脱石这两种黏土矿物以及有机质的典型代表腐殖酸，开展了单一矿物、有机质及有机矿质复合物对纳米乳化油的吸持批实验研究，并运用比表面积全分析、扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)等技术手段探讨了吸持机理。实验结果表明，介质对纳米乳化油的吸持均符合Freundlich模型；单一矿物及腐殖酸对纳米乳化油的吸持能力表现为：蒙脱石>腐殖酸>高岭石，有机矿质复合样品的吸持能力表现为：蒙脱石-腐殖酸>高岭石-腐殖酸，且均大于其对应的单一样品，出现了“1+1>2”的现象，表明介质组成越复杂，对纳米乳化油的吸持滞留程度越大。进一步分析证实，纳米乳化油主要通过氢键和疏水作用吸持在矿物和腐殖酸表面，表面结构性质是高岭石和蒙脱石吸持过程中的主导因素，因此蒙脱石具有更强的吸持能力，而腐殖酸的吸持主要通过颗粒间聚集作用来实现；对于复合样品，吸持主要通过氢键、配体交换和疏水作用结合来实现。腐殖酸与矿物的复合会增加吸持位点并且增强矿物表面疏水性，从而促进吸持。腐殖酸与纳米乳化油的共吸...     

济阳拗陷东营凹陷盐岩中的烃类包裹体 及其地质意义

本文报道在东营凹陷盐岩中发现大量烃类包裹体,这证实盐岩曾经失去封闭能力,成为油气运移通道。在对其盐水包裹体进行均一温度测试时发现,由于捕获压力与实验环境压力差异很大,再加上岩盐在水中溶解度随温度升高而增大,导致测温过程盐水包裹体体积变化和拉伸效应明显,所以同期盐水包裹体的均一温度出现较大波动,结果也不可靠,而纯烃类包裹体在一定程度上可以避免溶解度变化的影响,其均一温度有一定指示意义。通过对岩盐中的烃类包裹体均一温度初步校正,结合埋藏史和热史分析,认为至少存在两期与盐岩层变形有关的烃类流体活动,活动时期分别在东营期和明化镇期。流体对岩盐颗粒滑动和盐岩层变形有极其重要的影响,重结晶的岩盐晶体及其中的流体包裹体是流体作用的直接证据。盐岩中的流体来源、运移方向、活动期次和流体作用下的盐岩变形温度和压力是需要解决的关键问题,这对于了解含油气盆地中盐岩层对油气成藏的控制作用有重要意义。     

方解石与含硅流体的水-岩反应实验及其对“硅化碳酸盐岩”储层成因的启示

近年来的油气勘探表明, 含硅热液是碳酸盐岩层系中一种重要的溶蚀性流体, 查明其与碳酸盐岩的水-岩反应机理是揭示“硅化碳酸盐岩”储层发育机制并实现储层分布预测的基础和关键问题之一。文章采用熔融毛细硅管和水热反应釜为反应腔,开展了200~375℃范围内方解石和含硅流体的水岩反应实验。利用原位拉曼光谱技术在线描述反应过程中体系组成的变化,对于淬火后的固相样品,则采用扫描电镜—能谱分析进行形貌观测和成分鉴定。首先,查明了含硅流体与方解石脱碳反应发生的温度条件。方解石和含硅流体在275℃以上反应形成CO₂,固相为非硅灰石的钙硅酸盐,其结构有待进一步揭示。该结果表明单纯的硅质组分难以在储层温度条件下与灰岩发生反应;其次,提出高盐度、富CO2流体作用是造成灰岩溶蚀的重要因素;最后, CO₂的存在能够促进硅质（含石英）沉淀。在上述实验认识的基础上,结合前人研究结果探讨了塔里木盆地顺托果勒地区“硅化碳酸盐岩”储层的发育机制。含硅热液沿深大断裂上移,途径震旦系—下奥陶统白云岩层系,其中的硅质组分将与白云石反应形成富镁硅酸盐和CO₂。CO₂是重要的酸性组分,有利于鹰山组碳酸盐的溶蚀和孔隙的保存。流体温度和压力的降低以及CO₂的存在促进了石英沉淀,并形成了大量的石英晶间孔隙。     

金在花岗质熔体中溶解度的初步实验研究

以合成花岗岩、水、不同浓度的盐酸溶液、氢氟酸溶液作为反应初始物,在850℃,100 MPa,接近于NNO的条件下开展了金在不同花岗质熔体中溶解度的实验研究,实验固液相产物中的金含量使用石墨炉原子吸收法测定。实验结果显示,金在花岗质熔体中的溶解度变化范围为1.87～156.62μg/g,流体相中金的溶解度为0.31～6.92μg/g;金在熔体相中的溶解度较其在共存液相中的高。花岗质熔体相中金的溶解度明显受熔体化学组成的影响,过碱性富钠花岗质熔体中金的溶解度明显高些;金在花岗质熔体中的溶解度随着熔体中Na2O/K2O摩尔比增大而增大;在氟氯共存岩浆体系中,氟含量变化对金在熔体相中的溶解度影响不明显,而液相中氯含量增大有利于提高金在流体相中的含量。     

Three–Dimensional Isotopic Characteristics of Crystalline Limestone around the Sakonishi Zn Ore Bodies in the Kamioka Mining District, Japan

Abstract: Predominant Zn-rich ore bodies were found to a deep part of the Sakonishi area in the Kamioka mining district, Japan. The ore mineralization was recognized at 230 to 300m above sea level in the Sakonishi area. Since crystalline limestone is broadly distributed over the area, and the variation in isotopic composition is easily detected, the isotopic prospecting should be powerful in surveying of the extent of the ore bodies and the related hydrothermal system. Although isotopic anomalies have been extracted two-dimensionally so far, three-dimensional information is possibly more powerful. In this paper, Zn-rich ore bodies in the Sakonishi area are treated as hydrothermal ore deposits, and the importance of the activity of hydrothermal fluids during mineralization is emphasized. Oxygen and carbon isotopic ‘iso–surfaces’ are three-dimensionally calculated for the Sakonishi area. The δ¹⁸O values of crystalline limestone from the surface and from the drill holes range from +8. 1 to +21. 1% and from –2. 7 to +20. 4%, respectively. The δ¹³C values of crystalline limestone from the surface and from the drill holes range from –1. 0 to +5. 3% and from –7. 7 to +4. 6%, respectively. The oxygen and carbon iso-topic ratios at the mineralization level are extremely low, but there are exceptions as to carbon isotopes. The oxygen isotopic ratios of crystalline limestone may decrease by isotopic exchange reaction with a hydrothermal fluid, while the carbon isotopic ratios slightly change. Since the precipitated calcite from a hydrothermal fluid has low carbon isotopic ratio and various oxygen isotopic ratio depending on the formation temperature, the bulk sample of crystalline limestone containing the precipitated calcite has oxygen and carbon isotopic ratios of relatively low values accordingly. Thus the decrease mechanism for carbon isotopic ratio of crystalline limestone is different from that for oxygen isotopic ratio. Samples with the carbon isotopic ratio of –4 to –8% are considered to be crystallized from hydrothermal fluids. Since the oxygen and carbon isotopic ratios of crystalline limestone at the ore mineralization level are low, the ore bodies are considered to have formed by a prominent hydrothermal activity. Thus oxygen and carbon isotopic ratios of crystalline limestone can be used as an indicator of the related hydrothermal activity. The alteration such as chloritization is intense near fractures in the Sakonishi area, showing that the hydrothermal system is controlled by a fracture system. It is assumed that the decreased isotopic ratios indicate the high degree of reactivity with hydrothermal fluids, and the depleted zone in oxygen and carbon isotopes may correspond to the conduit of the hydrothermal fluids.     

浅部流体对花岗岩储集空间改造作用实验研究

以渤海中生界花岗岩为研究对象,利用高压釜设备开展大气水、有机酸(地层水)、大气水+有机酸(地层水)3种不同流体与花岗岩进行相互作用实验。实验前后样品分析表明:3种流体在不同温度下与组成花岗岩的主要矿物碱性长石、斜长石发生相互作用,碱性长石、斜长石发生不同程度的溶蚀、溶解、次生作用,并形成次生孔隙和高岭石等次生矿物,提高了样品面孔率和喉道平均值;实验样品的重量在反应前后存在差异,具有温度越高样品重量损失越多的趋势。通过实验对比分析3种流体对花岗岩样品的改造结果可知,有机酸(地层水)溶液对花岗岩样品在提高储层物性上较其他2种溶液效果明显。     

大宁–吉县区块深层煤层气井酸压工艺及现场试验

我国深层煤层气资源储量丰富,但煤储层改造工艺技术与深层地质条件匹配耦合性问题亟需解决。为探究深层地质条件下煤储层改造技术,以大宁–吉县区块为地质背景,从该区块深层8号煤层岩石力学参数角度对体积压裂可行性进行评价,并采用室内三轴酸压物模实验进行验证。基于室内实验的基础上,针对此区块8号煤层特征,提出采用“高排量、低酸量、适中砂比”体积酸压工艺技术,并配合“交替注酸、分段加砂、变排量注入”复合工艺。基于此工艺原理开展复合盐酸、氨基磺酸体积压裂现场试验。结果表明:现场11口产气井日产气量累计达20 469 m3,其中10口生产直井最高产气量可达5 791 m3/d;1口生产水平井投产后日产气最高1.1万m3,同时体积酸压工程因素(排量、加液强度)与裂缝监测破裂面积存在较好相关性。提出应进一步提升压裂液排量且应优选在11~15 m3/min;应减小整体用酸量,同时进一步优选酸液浓度;优选低密度支撑剂并优化加砂工艺以提升加砂规模;清洁压裂液加液强度优选在150~250 m3/m;同时应提升配套设备质量,例如提升套管钢级,优化压裂设备等。研究从体积酸化压裂工程角度为该区块及类似地质条件下深层煤层气的勘探开发提供了技术借鉴。