砂岩储层中有机酸对主要矿物的溶蚀作用及机理研究综述

砂岩储层中有机酸对矿物的溶解和沉淀在很大程度上影响着次生孔隙的发育。研究发现，有机酸之所以能提高石英的溶蚀速率和长石的溶解度，主要是由于在矿物的表面及溶液中形成络合物，有效地降低了矿物表面反应的活化能及溶液中硅、铝离子浓度的结果。有机酸与粘土矿物的吸附或催化反应可抑制长石等其他矿物的溶解。有机酸与CO2一起共同控制着体系中碳酸盐的溶解或沉淀。     

西湖凹陷砂岩储层异常高孔带分布及成因

依据大量岩石薄片、铸体薄片、碳酸盐碳氧同位素测试、流体包裹体分析、黏土矿物X衍射、激光共聚焦显微镜技术以及物性资料,结合区域构造沉积背景,研究了东海盆地西湖凹陷砂岩储层异常高孔带分布规律及成因。结果表明:储层2 500~3 100 m和3 400~4 400 m的深度段发育大量的次生孔隙,两段次生孔隙带成因不同。第一段次生孔隙是在酸性环境下主要由有机酸等酸性流体溶蚀长石类矿物导致,还有少部分是由TSR反应生成的H₂S溶蚀造成。第二段次生孔隙带主要由残余的早期酸性溶蚀孔和碱性环境下高岭石的伊利石化导致,少部分则由碱性流体溶蚀石英颗粒形成,同时异常高压保护深层次生孔隙,而且形成了一定量的裂缝。异常高孔带成因机理有助于优质储层的预测。     

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。     

长岭断陷深层碎屑岩储层成岩作用及异常高孔带成因

利用钻井岩心、岩石薄片、扫描电镜、阴极发光等分析资料,对松辽盆地南部长岭断陷深层碎屑岩储层开展了储层岩石学、成岩作用、次生孔隙的分布与成因等方面的研究。研究表明:长岭断陷深层碎屑岩储层的岩性主要为岩屑长石砂岩、长石岩屑砂岩,成分成熟度低,其主要成岩作用类型包括压实作用、胶结作用、交代作用以及多期次的溶解作用。压实作用及胶结作用导致原生孔隙进一步消失,而溶解作用产生次生孔隙明显起到改善储集性质作用。纵向存在2个异常高孔带,有机酸及CO2酸性水溶蚀作用是其形成的主要因素。     

基于星点状方解石胶结与溶解的识别查明砂岩粒间孔隙类型——以雅布赖盆地新河组砂岩为例

目前含油气砂岩中粒间孔隙是原生孔隙还是次生孔隙的认识仍不一致,而对星点状方解石胶结与溶解的识别能够有效地查明粒间孔隙的类型。文章通过铸体薄片细致地观察雅布赖盆地新河组砂岩中的微观现象,以成岩环境演化和成岩序列分析为主线,重视方解石胶结物的赋存状态与物质来源和溶蚀流体来源的配置关系,精细解剖微观现象,从而弄清楚星点状方解石的成因,进而查明砂岩的粒间孔隙类型和储集空间类型。结果表明,粒间孔隙中的星点状方解石是成岩早期浸染状方解石胶结物的溶蚀残余,溶蚀流体为成岩中期的有机酸流体,溶蚀类型为一致性溶解,形成的粒间孔隙为次生孔隙。鉴于此,雅布赖盆地新河组砂岩的储集空间由次生粒间孔隙和次生粒内孔隙（长石、岩屑、方解石胶结物的溶蚀孔隙）组成。      

鄂尔多斯盆地双山地区太原组砂岩次生孔隙形成机制

鄂尔多斯盆地双山地区太原组砂岩的储集空间存在多种类型的次生孔隙。为指导本区天然气的勘探开发,通过岩心观察和铸体薄片鉴定分析方法,探讨了该区太原组砂岩次生孔隙的形成机制。研究认为,双山地区太原组砂岩次生孔隙的形成机制主要受被溶蚀组分的物质基础、酸碱溶蚀性流体与被溶组分之间的溶解反应、溶蚀后自生矿物的充填以及构造压裂缝4个因素的影响。其中,酸性溶蚀方式及自生矿物的充填对次生孔隙的发育起到主导作用。      

东营凹陷沙河街组砂岩储层砂泥岩界面对长石溶蚀的影响

深部碎屑岩储层的原生孔隙损失严重,深层油气藏能否形成的关键问题之一是盆地碎屑岩致密储层是否发育次生孔隙。作为砂岩骨架颗粒的长石发生溶蚀反应,是中深部碎屑岩储层次生孔隙形成的重要作用。选取东营凹陷中部地区中央断裂带和牛庄洼陷发育的湖相三角洲-浊积岩砂体为研究对象,运用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、X粉晶衍射(XRD)以及电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-AES)等分析测试技术研究了砂泥岩界面处砂岩长石溶蚀、高岭石形成分布以及次生孔隙发育特征。研究结果表明,随着压实作用进行,泥岩中的有机质热演化以及伴随的蒙脱石伊利石化是中深部砂岩储集层酸性孔隙流体的主要来源。揭示出砂泥岩层序中泥岩成岩作用对于砂岩骨架颗粒长石溶蚀以及自生高岭石形成、分布具有重要影响。砂泥岩界面对长石溶蚀的控制作用与泥岩中有机质含量、成熟度等地球化学特征有关。对于研究区埋深大于3000m的浊积岩砂体,由于被有效烃源岩包裹,烃源岩压实排出的有机酸对长石溶蚀产物Al元素具有较强的络合作用,导致砂泥岩界面处长石溶蚀程度较高,而高岭石含量较低,形成的次生孔隙不会被高岭石饱和充填,提高了砂泥岩界面处储层的孔隙度和渗透率。而三角洲前缘砂体埋藏较浅,远离有效烃源岩中心,泥岩中有机质含量普遍较低,生成有机酸的潜力较小,对砂泥岩界面处长石的溶蚀作用影响有限。通过油源断层或隐蔽输导体系沟通,深部的酸性流体可以沿着油气运移通道进入埋藏较浅的三角洲前缘砂体,对长石进行侧向溶蚀,导致含油气砂体内部高岭石含量相对较高。研究成果对于正确理解沉积盆地砂岩储层次生孔隙形成机制以及储集层评价、有利储层预测具有重要意义。     

煤系烃源岩与石英次生加大边的形成机理探讨:以鄂尔多斯盆地东部山西组为例

借助有机酸热模拟、岩石薄片及阴极发光实验资料,分析了鄂尔多斯东部地区山西组煤系烃源岩与石英次生加大边的关系。研究表明:煤系烃源岩以Ⅲ型干酪根为主,在热演化生烃的过程中由于含氧基团逐步断裂产生了大量的有机酸;在酸性微孔隙环境下,石英砂岩及其岩屑石英砂岩中的火山喷出岩屑、长石等不稳定矿物易遭受溶蚀,形成的SiO2提供了石英次生加大的硅质来源,薄片及阴极发光下均可观察到石英发育多期次生加大,尤以二期次生加大为主;证实煤系烃源岩中的有机酸是导致石英发生多期次生加大的直接原因,最终形成致密砂岩。     

川西中侏罗统致密砂岩次生孔隙成因分析

基于岩石学观察,运用铸体薄片鉴定、扫描电镜分析、矿物烃类包裹体成分分析,结合储层特征,研究了川西中侏罗统致密砂岩次生孔隙的形成机制。结果表明,川西中侏罗统为典型的无生烃能力的红色碎屑岩地层,上沙溪庙组砂岩气藏气源主要来自纵向上距该气藏约1000~3000m的下伏上三叠统须家河组含煤层系,储层平均孔隙度9.6%,平均渗透率0.177×10^-3μm²,为远源致密砂岩气藏。次生溶蚀孔隙对储层总面孔率的贡献达60%,其对砂岩面孔率的贡献大于原生孔隙。砂岩中沥青的分布及高岭石的分布、地层水的证据以及次生矿物烃类包体成分等表明,次生孔隙主要由有机酸对长石溶蚀形成,有机酸主要有3种来源,一是下伏须家河组烃源层生烃过程中排出的有机酸沿断裂和裂缝向上运移进入上沙溪庙组,二是从须家河组运移上来的烃类与上沙溪庙组储层中的氧化剂反应生成的有机酸,三是上沙溪庙组泥岩脱水形成的有机酸。其中以前两种有机酸形成的溶蚀孔隙最为重要,而第三种来源的有机酸由于其形成的孔隙少且保存下来的很少,对储层的意义不大。区域流体势、断裂和裂缝的发育都为下伏上三叠统须家河组有机酸进入上沙溪庙组储层提供了有利条件。控制次生孔隙形成和分布的主要地质因素是砂岩中受物源控制的易溶组分含量、沉积相、储层所处的古构造位置以及断裂、裂缝的发育情况。     

黄骅坳陷歧南凹陷古近系沙河街组储集层物性影响因素分析

黄骅坳陷歧南凹陷是个活跃的生烃凹陷, 古近系沙河街组发育良好的储集砂体,具有一定的勘探潜力。通过岩石铸体薄片、扫描电镜、阴极发光和X衍射等技术,对研究区储集层岩石组分和储集层孔隙类型进行了识别鉴定。发现次生孔隙在不同构造单元分布不同。西部羊三木-扣村-仙庄缓坡带次生孔隙主要分布于3个带：①1650～1800 m,②2300～2600 m,③2880～2920 m。埕北断阶带次生孔隙分布于2200～2800 m。凹陷中心带次生孔隙分布在2900～3500 m。研究区以岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主,成分成熟度和结构成熟度低,具备次生孔隙发育的物质基础。沉积环境对储集层物性有一定的影响。在同等埋深的几类碎屑沉积砂体中,湖岸滩坝的储集物性最好,重力流主水道和近岸水下扇扇中水道相对较好,近岸水下扇间湾、扇端沉积以及重力流水道侧翼和末梢沉积较差。次生孔隙形成的主要机理为：①黏土包膜的发育有利于次生孔隙的发育。②有机质向烃类转换中形成的有机酸以及黏土矿物蒙脱石向伊利石转换过程中形成的酸性溶液,对长石和岩屑颗粒产生溶蚀,有利于次生孔隙的发育。③进入砂岩储集层中的孔隙水的活跃性影响次生孔隙的发育。④油气充注过程中溶解作用大于胶结作用,油气充注末期次生孔隙发育。⑤断层和不整合附近由于大气淡水中溶有大量CO2,进入储集层易形成碳酸,易于溶蚀长石等矿物,有利于次生孔隙发育。      

准噶尔盆地西北缘克-百地区侏罗系成岩作用及其对储层质量的影响

准噶尔盆地西北缘克拉玛依—百口泉地区侏罗系砂岩、砂砾岩储层经历了压实、胶结、溶蚀等多种成岩作用,其中压实和溶蚀作用是控制储层物性的主要成岩作用,其次为胶结作用。压实作用以机械压实为主,是孔隙减少的主要原因。胶结作用主要为碳酸盐胶结,少量黄铁矿胶结,偶见方沸石胶结和硅质胶结。溶蚀作用导致碳酸盐胶结物、长石颗粒和少量岩屑溶解流失。储层孔隙经历了由原生到次生的演化过程。在成岩演化过程中,长石的溶蚀作用、碳酸盐矿物的沉淀与溶解作用是影响储层孔隙发育的关键因素,早期方解石的胶结有利于后期次生孔隙的形成。在克-乌断裂带上、下盘地层中,断裂带上盘埋深浅,一般小于1200m,原生孔隙非常发育;断裂带下盘埋深较深,压实作用强,原生孔隙所占比例明显减少,次生溶蚀孔隙相对发育。次生孔隙的形成受流体及断裂控制。     

江汉盆地西南缘白垩系渔洋组砂岩储集层成岩作用和孔隙演化

江汉盆地西南缘白垩系渔洋组储集层成岩作用主要包括机械压实、早期碳酸盐和硫酸盐胶结、石英和长石的次生加大、长石和早期碳酸盐的溶蚀、晚期碳酸盐的沉淀,成岩阶段处于晚成岩A期。压实作用和胶结作用使原生孔隙损失殆尽,溶蚀作用形成的次生孔隙是油气的主要储集空间。纵向上发育两个次生孔隙带,第一次生孔隙带埋深2 800 m～3 100 m,其形成主要与有机质成熟过程释放有机酸对碳酸盐胶结物和长石等的溶解有密切关系,第二次生孔隙带埋深3 300 m～3 600 m,其形成可能是由于硫酸盐热化学氧化还原反应的作用。次生孔隙的发育受到温度和流体性质的控制,断裂是酸性水从烃源岩注入储集岩的重要通道,长期继承性的构造高部位成为了溶蚀作用和次生孔隙发育的有利位置。     

热异常酸洗作用与鄂尔多斯盆地上古生界长石消失事件

鄂尔多斯盆地上古生界煤系砂岩储层普遍具有低长石、溶蚀孔隙发育的特点,通过大量岩石薄片鉴定、X-射线衍射、扫描电镜、地层条件下高温高压真实砂岩岩芯的酸溶溶蚀实验等手段,结合鄂尔多斯盆地的构造、热演化史分析,研究了上古生界煤系地层中长石大面积消失事件的机理。认为早白垩世"热异常酸性流体酸洗地层事件"导致上古生界煤系地层中长石大面积溶蚀消失,形成广泛分布的次生溶蚀孔隙发育带,长石的分布与埋深无关,热演化程度的差异直接控制长石的消亡与否。据此,建立了鄂尔多斯盆地上古生界煤系地层成岩演化及长石溶蚀消失次生溶孔发育模式。     

罗子沟盆地有机质热演化对砂岩物性的改造作用

基于岩石薄片观察、压汞分析、扫描电镜和X衍射分析等方法对罗子沟盆地大砬子组砂岩物性特征进行了定性-定量研究。结果表明：罗子沟盆地大砬子组砂岩成分成熟度和结构成熟度低,以岩屑长石砂岩和长石砂岩为主;岩石孔隙度高,孔隙度主要为16.2%~26.4%,次生孔隙占总孔隙度面孔率的88%,但总体渗透率极低,渗透率主要分布在（0.13~1.68）×10^-3 μm²,为高孔特低渗的物性特征。有机元素分析、色谱分析、岩石热解及显微组分镜检分析表明,罗子沟盆地大砬子组泥页岩中有机质在热演化过程中产生大量有机酸,有机酸对砂岩中长石等矿物的溶蚀作用是次生孔隙发育的主要原因,但有机酸溶蚀产生的次生矿物在一定程度上堵塞了孔隙喉道。因此,研究区砂岩形成高孔特低渗的物性特征。     

东营凹陷民丰洼陷深部天然气储层酸性溶蚀作用的流体包裹体证据

通过对东营凹陷民丰洼陷深部天然气储层岩芯描述、薄片观察、流体包裹体显微观察和拉曼光谱分析,讨论了民丰洼陷深部天然气储层的酸性溶蚀类型,描述了流体包裹体的岩相学特征和成分。实验分析表明,酸性溶蚀作用是东营凹陷民丰洼陷深部天然气储层次生孔隙形成的重要机制之一,碳酸盐、长石和岩屑的溶蚀现象较明显,石英溶蚀主要发生在颗粒边缘。储层包裹体成分分析结果显示,包裹体中CO2的含量与储层物孔隙度和渗透率呈正相关性,与储层碳酸盐含量呈负相关性。包裹体中烃类流体与CO2流体共存,证实天然气成藏过程中存在酸性流体。CO2对碳酸盐等胶结物的溶蚀作用使得储层次生孔隙发育,促进了民丰洼陷的天然气成藏。同时,包裹体中的不饱和烃类物质为民丰洼陷热解成因天然气成因给出了直接证据。本次研究为东营凹陷民丰洼陷深部储层的酸性溶蚀作用给出了证据,研究结果暗示酸性溶蚀作用形成的次生孔隙发育带在未来东部深层勘探中应当受到重视。     

酸溶蚀模拟实验与致密砂岩次生孔隙成因机理探讨： 以鄂尔多斯盆地盒8段为例

鄂尔多斯盆地盒8段发现并探明了一批目前中国内陆最大的致密砂岩气田（藏）,该致密砂岩气田的储层岩性主要为 一套“低长石、低杂基、高成分成熟度”的石英砂岩,储集空间类型以多类型的次生溶蚀孔隙为主。针对盒8段致密砂岩 次生孔隙的成因机理,本文在大量薄片观察、扫描电镜、场发射、CT扫描分析的基础上,开展了高温高压条件下真实岩心 的酸溶模拟实验,实验样品为鄂尔多斯盆地石盒子组绿灰色中粗粒含凝灰质长石石英砂岩、绿灰色中粗粒含凝灰质长石岩 屑砂岩、灰色中粗粒含凝灰质岩屑石英砂岩和灰色中粗粒含凝灰质石英砂岩等4种不同类型的砂岩岩心,采用地层水中普 遍存在的乙酸配置成0.5mol/L的反应介质,选用2mL/min流速,动态溶蚀100h后,不同类型砂岩的次生孔隙显著增加, 物性明显改善,通过对不同岩性实验前后样品的同位扫描、水-岩反应速度、离子浓度等测定分析,发现盒8段致密砂岩储 层次生孔隙的成因主要为凝灰质、长石等铝硅酸矿物和碳酸盐矿物的溶蚀,探讨了实验样品中不同矿物的溶蚀序列,凝灰 质、碳酸盐矿物主要在低温条件下发生溶蚀蚀变,高温条件下主要为长石的溶蚀。揭示凝灰质、碳酸盐岩、长石等矿物溶 蚀、次生孔隙形成、新生矿物的发育机理,结合埋藏史、热史分析,建立了盒8段致密砂岩储层埋藏-成岩-孔隙演化模 式,明确了鄂尔多斯盆地盒8段石英砂岩次生孔隙的成因机理。     

成岩作用与油气侵位对松辽盆地齐家—古龙凹陷扶杨油层物性的影响

对松辽盆地齐家—古龙地区扶杨油层砂岩岩石学特征、孔隙类型与物性特征、胶结物种类及成岩作用特点及其分布与变化规律的详细研究表明:扶杨油层主要的成岩作用包括机械压实作用、胶结作用、溶蚀溶解作用。压实作用是导致砂岩储层质量变差的主要原因之一,可使孔隙度减少0.2%～22%;方解石是造成扶杨油层砂岩物性降低的主要胶结物,其次是石英次生加大;晚成岩阶段发生的油气侵位未能阻止石英的次生加大和部分自生矿物的沉淀;油气侵位后生成的酸性孔隙流体和通过断裂带渗入的大气水淋滤造成大量长石和方解石的溶蚀溶解,对储层物性起到了一定的改善作用。     

博兴洼陷沙四上亚段滩坝砂岩次生孔隙形成机制

根据砂岩铸体薄片、扫描电镜、地层压力分析,研究了博兴洼陷沙四上亚段滩坝砂岩次生孔隙的形成机制.研究表明博兴洼陷地层中的上升流为滩坝砂岩次生孔隙的形成创造了条件,硅酸盐和碳酸盐矿物在CO2和有机酸作用下的溶蚀是次生孔隙形成的主要因素,黏土矿物的转化也为次生孔隙的发育做出了贡献.在构造高部位碳酸盐胶结程度较低或断层较发育的区域次生孔隙较发育,在构造高部位侧翼的厚层滩坝砂岩次生孔隙也较发育.依据次生孔隙的结构特征、胶结物的性质和产状、碎屑颗粒的性质将博兴洼陷滩坝砂岩划分为4种成岩相:其中不稳定碎屑溶蚀成岩相控制的区域次生孔隙最为发育,可成为较好的油气聚集区;碳酸盐胶结和压实-溶蚀成岩相控制的地区次生孔隙发育次之,但也可以成为油气聚集区;压实成岩相基本不具储集性能.     

大气水在碎屑岩次生孔隙形成中的作用——以鄂尔多斯盆地三叠系延长组为例

鄂尔多斯盆地三叠系延长组砂岩储层分布于印支期不整合面之下, 次生孔隙是最主要的石油储集空间.在大量薄片研究及资料统计的基础上, 从岩石物性、长石溶蚀形成的次生孔隙、高岭石和长石含量纵向变化等证据出发, 认为延长组砂岩储层次生孔隙的形成机制与印支期暴露时间间隔中大气水的溶解作用有关, 而不是埋藏成岩过程中有机酸溶解作用的结果, 同时人们也应对鄂尔多斯盆地延长组碎屑岩储层质量预测模式作必要更改.      

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.