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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

富CO_2流体与砂岩储层水-岩反应实验研究与应用:以黄桥油气藏龙潭组砂岩为例

黄桥油气田是CO_2和油气共存的一个特殊油气田,不同井的原油和CO_2产量差异很大,且与之相关的储层差异也非常明显,富CO_2流体对储层的改造作用十分显著。基于以上背景,通过密闭容器中CO_2-地层水-砂岩体系相互作用实验,模拟地层埋深介于1500~4000 m的环境条件下(温度:60~120℃、压力:10~40 MPa),富CO_2流体对砂岩储层的溶蚀作用。实验结果表明:富CO_2流体对砂岩具有显著的溶蚀作用,溶蚀矿物主要是碳酸盐矿物,72 h即可达到平衡,平衡后的溶液中Ca离子浓度比其他离子高出两个数量级。碳酸盐矿物溶解强度与温度负相关,与压力正相关。综合来看,压力是决定性元素,它控制着CO_2在溶液中的溶解度,特别是在较高温度下,压力的溶蚀效应更为显著。长石类矿物也发生一定的溶蚀现象,但是很微弱(本次实验中尚未达到平衡)。结合该区地质背景,认为CO_2主要来自深部(幔源),受深大断裂控制,沿着断裂进入龙潭组砂岩储层,其上被巨厚的细粒碎屑岩覆盖,构成了相对封闭的高温高压流体作用系统,靠近断裂带部位,流体作用强,储层溶蚀改造显著,次生孔隙发育(如溪3井),离开断裂的部位,流体作用减弱,储层发育较差(如溪2井)。因此,断裂控制下的富CO_2流体作用模式,是控制龙潭组砂岩储集性能的主要机制。     

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。     

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。     

库车坳陷白垩系深层致密砂岩储层溶蚀作用实验模拟研究

库车坳陷前陆区白垩系发育特低物性、强非均质性和高稳产砂岩储层,溶蚀作用显著,但成因机制尚不是很明确。利用高温高压热模拟实验还原了目的层在成岩演化过程中1种表生流体和2种埋藏流体环境下溶蚀作用差异,揭示了成岩矿物演化过程及储集空间结构变化特征。结果表明,表生成岩期大气淡水淋滤弱酸性流体环境（CO₂饱和溶液,pCO₂=1 MPa）溶蚀作用最为显著,长石类矿物发生明显溶蚀,石英和黏土矿物相对难溶,Na+、Ca2+和K+等离子析出明显,Si4+和Al3+析出较少,样品表面沉淀出较多的疑似多边形石英和铝硅酸类矿物;成岩晚期油气充注酸性流体环境（乙酸溶液,2 mL/L）溶蚀作用其次,易于溶解白云石、石膏和长石类矿物,Ca2+、Mg2+、Na+和Si4+等离子析出明显,样品表面无沉淀;成岩早-中期碱性流体环境（NaHCO₃溶液,pH=7.46、HCO₃-=0.6 mol/L）溶蚀作用相对较弱,石英、长石和部分黏土矿物均发生了不同程度的溶蚀,且随着温度、压力的增加,溶蚀作用程度增加。综合分析表明:表生流体是研究区砂岩储层溶蚀孔隙发育的关键因素,其次为有机酸和碱性埋藏流体。这一认识能够丰富致密砂岩储层孔隙成岩演化理论,为下一步寻找规模储层发育区和气田有效开发提供理论支撑。     

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。