CO_2流体与储层砂岩相互作用机理实验

储存于地下岩层中的CO2与矿物发生化学反应导致次生碳酸盐矿物的沉淀,CO2将以碳酸盐矿物的形式长时间地固结在储层岩石中,从而有效减少CO2向大气中的排放。通过对不同温度下CO2-H2O-砂岩相互作用机理的研究,以及反应后样品的扫描电镜观察、质量损失量和剩余反应液中总矿化度变化的分析发现:砂岩样品的溶蚀程度随温度的升高而逐渐增强;100℃和175℃时样品表面分别有方解石和白云石生成,250℃时新生成的矿物因温度过高而溶解。这表明CO2能够以碳酸盐矿物的形式固定在矿物中,175℃为本实验所证明较适合的贮存温度。     

CO2流体对火山碎屑岩改造作用的实验研究

以塔木察格盆地火山碎屑岩为研究对象,研究不同温度下(100、120、140、160、180℃)CO2流体对火山碎屑岩(流纹质凝灰岩、沉凝灰岩)成分的改造.研究发现:在CO2流体的作用下,火山碎屑岩中的长石、碳酸盐矿物发生溶蚀,且其溶蚀强度随温度的升高而增大,石英的溶蚀程度较弱;火山碎屑岩中的凝灰质成分易溶蚀,并且是CO2流体溶蚀火山碎屑岩的主要对象;通过扫描电镜观察发现沉凝灰岩在160℃下样品表面有绿泥石(?)和一水软铝石(?)生成.结合塔木察格盆地中的碳酸盐矿物(尤其是片钠铝石)的存在及盆地中次生溶孔大量发育的特征,认为盆地内有CO2流体活动且CO2流体对塔木察格盆地次生孔隙的形成有重要的贡献.     

砂岩储层次生孔隙形成机制的研究进展

砂岩中次生孔隙的形成与长石在埋藏成岩过程中溶解或转化密切相关,形成有丰富的可溶矿物、酸性流体和水、有利的迁移条件。通过对砂岩中长石溶蚀的研究发现,相比钙长石和钠长石,钾长石的溶解速率最慢,也是次生孔隙得以保存的最主要矿物。而对于长石溶蚀的酸性流体来源中CO2主要来源为:是大气水中溶解的CO2、有机酸脱羧酸形成的CO2以及碳酸盐分解;有机酸的来源主要为:有机质热演化过程中形成的短链酸,泥质转变而来以及烃类氧化反应所产生。     

鄂尔多斯盆地伊金霍洛旗附近二叠系石千峰组岩石学、地球化学特征及其固碳能力分析

鄂尔多斯盆地是我国CO2地下埋藏的潜在目标区,位于伊金霍洛旗附近的中神监X井与CO2地下注入井中神注1井相邻,两者钻遇地层系统和岩石组合一致。为对示范区储层的固碳潜力和泥岩改造状况做出预测,为CO2地质储存的数值模拟研究提供基础地质信息和相关数据,通过偏光显微镜、扫描电镜、X射线衍射、X射线荧光等多种技术手段,开展了中神监X井石千峰组的岩石学和地球化学特征研究。结果表明石千峰组的砂岩岩石类型主要为长石岩屑砂岩和岩屑长石砂岩;泥岩主要由石英、粘土矿物和长石组成,其中,粘土矿物主要为伊利石,其次为蒙皂石、高岭石和绿泥石。预测在CO2注入后的流体-砂岩长期相互作用过程中,石千峰组砂岩可以通过形成片钠铝石、方解石、铁白云石和菱铁矿等固碳矿物,形成对CO2泄露而言的矿物圈闭,进而实现CO2的长期和安全封存;红色泥岩夹层将发生金属离子活化,导致泥岩褪色。     

石英在碱性成岩环境中的溶蚀作用规律探讨及实验模拟

碱性成岩作用是总体以碱性地层水的活动为背景所形成的、以石英溶解以及石英溶解型次生孔隙的存在为主要特征的成岩作用类型。通过调研,归纳总结碱性流体产生的情况。通过对巴麦地区巴开8井东河砂岩成岩作用的分析,确定石英溶蚀作用在成岩序列中的发生顺序;通过包裹体分析确定其发生的深度,进行不同的砂岩样品的溶蚀试验分析,确定石英溶蚀随着温度压力的变化溶蚀率、离子变化以及溶蚀孔隙的变化规律。根据对研究样品成岩作用的分析以及胶结物产状和包裹体温度的分析,可以对其成岩序列进行确定,成岩序列为压实作用-粘土包壳-石英次生加大-方解石胶结-石英溶蚀-方解石溶蚀-长石溶蚀。根据胶结物的产状分析,石英次生加大早于方解石胶结,表明酸性流体早于碱性流体对储层产生作用。根据两种胶结物中包裹体温度平均为93.6℃和106.9℃分析,石英次生加大在埋深2 450 m左右发生,而方解石胶结在埋深2 900 m时发育,表明地层流体已经转变为碱性。现今地层埋深4 900~5 000 m,在对其地层水分析中,地层水呈弱碱性的特征。地层水的样品分析中,主要的阳离子有钾离子、钠离子、钙离子、镁离子,主要的阴离子是氯离子、硫酸根离子、碳酸氢根离子,PH值分别为7.5和8,为弱碱性。由此可以分析出,地层埋深在2 900~4 900 m时,该地区的流体环境至少曾经出现过一次碱性流体环境,石英颗粒的溶蚀则主要发生在碱性流体出现时期,即埋深在2 900~4 900 m。根据研究样品的地层水的离子组成,配成主要的石英溶蚀反应溶液,并根据其发生石英溶蚀的深度,设定了石英溶蚀模拟的条件,五个不同的温压条件分别是:110℃30 MPa、125℃35 MPa、140℃40 MPa、155℃45 MPa、170℃50 MPa。使用饱和的Na HCO3溶液进行溶蚀实验,每组样品进行120 h,溶蚀仪器为XYD-1型水-岩反应速度测定仪,溶蚀溶液的流速为2 mL/min。对样品的溶蚀前质量称重对比,其中细粒石英砂岩的溶蚀率在相同的温压条件下都比中粒石英砂岩和中粒岩屑石英砂岩的溶蚀率高:相同粒度的中粒岩屑石英砂岩的溶蚀率为110~155℃,均大于中粒石英砂岩,在170℃时则小于中粒岩屑石英上砂岩。随着温度和压力的增加,Si2+以及K+、Ca2+、Fe2+、Mg2+、Al3+都呈增加的趋势,其中Si离子的变化最大,其单独的溶蚀量为其他离子溶蚀量总量的3~6倍。可见,其中主要为石英的溶蚀贡献的Si离子,样品分析中从大到小依次为细粒石英砂岩、中粒石英砂岩以及中粒岩屑石英砂岩孔隙呈蜂窝状和针孔状分布在石英颗粒的晶面上,溶蚀程度大的石英颗粒有的部分消失或全部消失,但是方解石胶结物却并没有受到影响,仍然以胶结物的形态存在,同时随着温度压力的增大,反应流体中方解石达到饱和会结晶析出方解石晶体。     

钾长石—CO_2相互作用水热实验研究

利用高压釜在不同温度下(100℃、125℃、150℃和175℃)开展了CO2-钾长石水热实验。通过扫描电镜、X--衍射技术及紫外分光光度计等对反应前后样品及溶液进行观察或测试,结果表明,随着温度的升高,钾长石溶蚀程度增加,150℃时在钾长石表面识别出新生的碳酸盐等矿物。这说明温度达到150℃时,CO2就能够以新生矿物的形式稳定固结在地层中,为CO2的地下封存提供了实验依据。     

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。     

多种流体体系与砂岩水岩反应的实验研究

针对珠江口盆地珠三坳陷文昌A凹陷渐新统珠海组砂岩次生孔隙成因问题,为确定不同流体对砂岩次生孔隙发育的影响,分别设置了草酸、乙酸、CO_2和大气淡水四种流体反应体系,对研究区珠海组二段、三段的砂岩岩心柱进行水岩反应观测。通过扫描电镜观察、离子浓度测量、反应液pH值测量、岩心孔隙度测量等实验,得出如下结论:(1)草酸体系的溶蚀速率最快,乙酸体系次之,碳酸体系(CO_2体系)最慢。(2)有机酸体系反应前后pH值变化较大,而CO_2体系基本无变化。(3)有机酸溶蚀最强的温度区间为90℃附近,长石大量溶蚀生成高岭石,同时引起孔隙度增加;CO_2体系在30～180℃区间内持续缓慢增孔,在150℃附近增孔明显。(4)草酸分解过量的CO_2,在反应过程中产生了碳酸钙的沉淀,而乙酸分解的CO_2,不足以产生碳酸盐矿物的沉淀。实验结果对碎屑岩溶蚀孔隙的成因和形成机理研究具有借鉴意义和参考价值。     

CO2流体-长石相互作用实验研究

不同温度下(100、200、300℃)CO2流体与富钾长石和斜长石的水热实验表明:随着温度的升高,长石的溶蚀强度逐渐加大,且钠长石的溶蚀程度强于钾长石。在CO2流体与富钾长石及斜长石反应后,200℃和300℃时样品表面均有球粒状、棒状及花状的水铝矿生成,且200℃时样品表面有菱铁矿生成;在CO2流体与斜长石反应后,300℃时样品表面有球形的氧化亚铁析出。这表明CO2能够以碳酸盐的形式在矿物中"固定",其被"固定"的上限温度为200℃左右。