碳酸盐岩礁滩储层的形成和发育规律——溶蚀模拟实验

通过选取不同结构组分的石灰岩样品开展大气水溶蚀模拟实验,结合地质背景认识,总结了碳酸盐岩礁滩储层的发育规律和控制因素。结果表明:(1)碳酸盐岩的岩石组构和孔隙发育状况对岩石溶蚀效率控制明显,颗粒灰岩的可溶性最好;(2)岩相是控制礁滩储层发育和分布的重要因素,礁滩储层选择颗粒岩相发育;(3)初始孔隙度是决定礁滩储层发育程度的关键,它控制了后期溶蚀改造的发生范围,初始孔隙度大小由同沉积期暴露和溶蚀时间两个因素决定。综合研究指出:塔里木盆地塔中地区良里塔格组台内区的勘探应重视后期叠加改造因素的分析,而台缘带开发过程中,应强化岩相、层序界面和同生断裂等因素造成的储层非均质性刻画。     

鄂尔多斯盆地奥陶系不同组构碳酸盐岩埋藏溶蚀实验

鄂尔多斯盆地奥陶系碳酸盐岩储层受埋藏溶蚀作用控制明显,而地层深部复杂的水-岩反应造成埋藏溶蚀研究难度较大,并进而影响了储层的评价与预测。分别利用CO₂溶液和乙酸溶液为流体介质进行溶蚀模拟实验,探讨埋藏条件下温度、压力、流体等因素对不同矿物及组构碳酸盐岩溶蚀作用的影响。结果表明:1）随着温度与压力升高,碳酸盐岩样品在乙酸溶液中的溶解速率均相应提高,在CO₂溶液中的溶解速率则先增加后减小,且在110℃~130℃区间内溶蚀速率最大;深埋藏环境下,各岩类溶蚀速率差异减小,并趋于一致;2）岩石矿物成分和组构,原岩初始孔隙度的大小及其连通关系,以及晶体的产状对成岩后期的埋藏溶蚀作用也具有重要的影响。不溶组分含量低、颗粒/灰泥比高、矿物成分复杂的碳酸盐岩由于组构选择性溶蚀作用而更易被溶蚀;碳酸盐岩的溶蚀速率随方解石含量的增加而增加,但深埋藏环境下,矿物成分含量差异对溶蚀速率的影响作用减弱;硬石膏与白云岩相伴生时,可优先溶蚀形成膏模孔,并促进白云石的溶解,改善储层效果。不同岩性,总体上灰岩较白云岩及过渡岩类更易发生埋藏溶蚀作用。结合研究区实际地质条件分析,砂屑灰岩、膏质白云岩等埋藏溶蚀强度较大,通过对原岩早期组构选择性溶蚀形成孔隙的继承和调整,叠加埋藏期岩溶作用后,可形成规模优质储层。     

TSR对深部碳酸盐岩储层的溶蚀改造——四川盆地深部碳酸盐岩优质储层形成的重要方式

四川盆地海相层系发现的大气藏都含或高含硫化氢,都发育一定厚度的优质储层,而且优质储层与硫化氢分布具有密切的关系,即气藏硫化氢含量越高,储层性质越好,气藏产能也越大。研究发现,在TSR（硫酸盐热化学还原反应）过程中,随着膏质岩类的溶解（为TSR反应提供SO4^2-）,使储集孔隙初步得到改善;而TSR产生的硫化氢溶于水形成的氢硫酸,具有强烈腐蚀性,加速了储层中白云岩的溶蚀,形成孔隙极其发育的海绵状孔洞体系,并呈层状分布。电镜下可以清晰看到白云石晶面的溶蚀坑及溶孔中TSR产生的硫磺晶体。溶孔中自生碳酸盐的碳同位素在-10.3‰～-18．2‰,而地层碳酸盐的碳同位素在＋3.7‰～＋0．9‰,证实了TSR过程中有机-无机的相互作用,即有机成因烃类中的碳转移到次生碳酸盐岩中。包裹体分析表明,次生方解石中的包体富含硫化氢,且均一温度多数在160℃以上,具备TSR发生的温度条件;硫化氢和硫磺的硫同住素比地层硫酸盐的硫同住素偏轻8‰左右,是TSR作用的证据。因此高含硫化氢气藏的优质储层是在早期埋藏溶蚀作用的基础上。后期发生TSR及其形成的酸性流体对深埋碳酸盐岩储层再次进行深刻改造和强烈溶蚀作用的结果;同时可以运用硫化氢来预测碳酸盐岩优质储层的分布。     

碳酸盐岩表牛岩溶与埋藏溶蚀比较——以塔北和塔中地区为例

表生岩溶与埋藏溶蚀是碳酸盐岩储层发育的最重要成岩作用，两者受岩石等内在因素的影响基本相同，但所受的外部主控因素差异显著。表生岩溶受构造不整合面、古构造等影响较大；埋藏溶蚀主要受断裂与深部流体控制。表生岩溶主要表现为垂向分带性明显的复杂孔洞缝网络结构，而埋藏溶蚀主要呈受断裂—裂隙控制的“V”形洞穴样式或与断裂有关的阶梯状分布。表生岩溶发育一些标型特征，如钙质壳，古土壤，铝土矿，淡红色方解石晶体，溶蚀沟、坑、天坑，新月形状、悬垂和纤维状渗滤砂或胶结物，岩溶角砾及与地下暗河有关的机械流水沉积；埋藏溶蚀往往发育与中低温热液有关的异形铁白云石、萤石、闪锌矿、磁黄铁矿等密西西比河谷型矿物以及塌陷构造、裂隙结构、不规则的角砾（化）岩体等。塔里木盆地塔北地区主要发育表生岩溶作用；塔中地区西北部不具备发育大规模表生岩溶的地质条件，以发育埋藏溶蚀作用为主。     

塔中地区奥陶系碳酸盐岩埋藏溶蚀特征及初步预测

塔中地区奥陶系碳酸盐岩发育多种形式岩溶作用,其中埋藏溶蚀是形成有利储层的重要机制之一.录井岩心分析化验资料及宏观地质背景分析表明,塔中地区奥陶系碳酸盐岩主要发育4期埋藏溶蚀,其中Ⅰ、Ⅱ期溶蚀孔洞基本已被充填,Ⅲ期残留部分孔隙和Ⅳ期溶蚀孔洞为现今储层有效储集空间.上奥陶统良里塔格组现今未被充填的粒内溶孔及铸模孔可能主要形成于埋藏溶蚀,并非准同生溶蚀.埋藏溶蚀发生的流体介质主要为有机质演化过程中形成的有机酸和CO2,在更深部或经历更高热史经历的区域,H2S对储层的形成可能会有较大贡献,热水-热液溶蚀对储集空间贡献有限.初步分析表明,卡塔克隆起西北部埋藏溶蚀孔隙较发育,塔中南部台地边缘带可能是埋藏溶蚀另一相对较发育地区.     

碳酸盐岩溶蚀模拟实验技术进展及应用

碳酸盐岩溶蚀作用是指流动的侵蚀性流体与碳酸盐岩之间相互作用的过程及由此产生的结果,从地表到深埋藏地层中均可发生。碳酸盐岩溶蚀模拟实验是指通过模拟地层环境来再现碳酸盐岩溶蚀作用的过程和结果,是研究碳酸盐岩储层规模溶蚀有利条件和分布规律的重要方法。中国石油集团碳酸盐岩储层重点实验室自主研发高温高压溶解动力学模拟装置,最终建成由岩石内部溶蚀、岩石表面溶蚀和高温高压原位可视化检测组成的碳酸盐岩溶蚀模拟实验技术。利用高温高压溶解动力学模拟实验装置,开展了碳酸盐岩埋藏溶蚀温度窗口和孔隙演化样式的实验研究,取得2个方面的认识:①高盐度流体背景模拟实验表明,随着温度增加,碳酸盐岩的溶蚀量具有缓慢下降—缓慢上升—快速下降的特征,由于地层水两种相反离子效应的作用,在80～110℃范围内存在一个有利于碳酸盐岩溶蚀的温度窗口;②通过粒间孔隙型、晶间孔隙型、溶蚀孔洞型、鲕模孔隙型和格架孔隙型5种碳酸盐岩溶蚀模拟的对比实验,认识到连通孔隙是埋藏溶蚀发生的先决条件和有利区域,碳酸盐岩内部组构差异会进一步加剧储集空间在孔、洞和缝组合上的复杂性。     

塔里木盆地塔河奥陶系碳酸盐岩储层埋藏成岩和构造-热流体作用及其有效性

对层状风化壳模式的认识一度支撑着塔里木盆地下古生界深层碳酸盐岩油气勘探,但这类深层碳酸盐岩储层显示出的强烈非均质性使得勘探风险愈来愈大。研究以塔里木盆地塔河地区中—下奥陶统碳酸盐岩储层为典型实例,重点论述了成岩作用和构造—热流体复合作用对储层的制约,并结合表生岩溶等其它要素开展了储层分布综合解释。研究认识到:①奥陶系碳酸盐岩正常深埋藏成岩作用的主要效应是碳酸盐的沉淀而不是碳酸盐的溶解,建设性改造主要与表生岩溶作用（古喀斯特）或构造—热流体作用有关,并导致了碳酸盐岩储层强烈的非均质性。②从中下奥陶统到上奥陶统,下部碳酸盐岩地层热流体活动迹象明显优于上部地层。③奥陶系碳酸盐岩构造—热流体的建设性改造作用主要发生在中—晚泥盆世与二叠纪叠加改造的断裂构造交汇区,以及中—晚奥陶世、前石炭纪形成的表生岩溶发育区;有效储层与高能沉积相带关系有限。为此,提出了奥陶系碳酸盐岩构造—流体作用与储层形成概念模式,这为进一步认识储层的形成分布规律提供了新的线索。     

碳酸盐岩溶蚀机制的实验探讨:表面溶蚀与内部溶蚀对比

通过表面溶蚀和内部溶蚀两种实验方式,分别对六种类型碳酸盐岩用0.2%乙酸溶液进行溶蚀实验,对比研究了从表生环境到深埋藏环境下有机酸与不同类型碳酸盐岩的溶蚀作用机制。对比研究表明:(1)在近地表环境下(25℃,1.0 MPa),泥灰岩和含生物碎屑泥晶灰岩的溶解速率大于细晶白云岩,前两者约为后者的2³倍;随着温压的增加,泥灰岩、含生物碎屑泥晶灰岩和细晶白云岩的溶解速率均相应增加,但细晶白云岩的溶解速率增加幅度更大;在深埋藏环境下(180℃,45 MPa到210℃,52.5 MPa),细晶白云岩的溶解速率逐渐与泥灰岩和含生物碎屑泥晶灰岩的溶解速率趋于一致。(2)在60℃,10 MPa时,白云质颗粒灰岩在乙酸溶液中的溶解能力大于粉细晶白云岩和亮晶鲕粒白云岩;随着温压的增加,有机酸溶液对石灰岩与白云岩的溶解能力均相应降低,且石灰岩溶蚀作用下降幅度更大,当温压达到或超过90℃、20 MPa时,粉细晶白云岩和亮晶鲕粒白云岩在乙酸溶液中的溶解能力大于白云质颗粒灰岩。根据实验结果推测:表生和相对浅埋藏的温压条件下,石灰岩的溶解速率和溶解能力大于白云岩,石灰岩的溶蚀作用较白云岩发育;但在深埋藏阶段,由于白云岩的溶解能力大于石灰岩,因此白云岩溶蚀产生的次生孔隙较石灰岩更为发育,这或许是深部的碳酸盐岩储层中多见白云岩储层的重要原因。     

碳酸盐岩表生岩溶与埋藏溶蚀比较——以塔北和塔中地区为例

表生岩溶与埋藏溶蚀是碳酸盐岩储层发育的最重要成岩作用,两者受岩石等内在因素的影响基本相同,但所受的外部主控因素差异显著。表生岩溶受构造不整合面、古构造等影响较大;埋藏溶蚀主要受断裂与深部流体控制。表生岩溶主要表现为垂向分带性明显的复杂孔洞缝网络结构,而埋藏溶蚀主要呈受断裂—裂隙控制的“V”形洞穴样式或与断裂有关的阶梯状分布。表生岩溶发育一些标型特征,如钙质壳,古土壤,铝土矿,淡红色方解石晶体,溶蚀沟、坑、天坑,新月形状、悬垂和纤维状渗滤砂或胶结物,岩溶角砾及与地下暗河有关的机械流水沉积;埋藏溶蚀往往发育与中低温热液有关的异形铁白云石、萤石、闪锌矿、磁黄铁矿等密西西比河谷型矿物以及塌陷构造、裂隙结构、不规则的角砾(化)岩体等。塔里木盆地塔北地区主要发育表生岩溶作用;塔中地区西北部不具备发育大规模表生岩溶的地质条件,以发育埋藏溶蚀作用为主。     

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。     

中国近海古近纪碎屑岩储层特征与溶蚀作用规律

随着中国近海浅层（新近系为主）勘探程度日益增加,中深层（古近系为主）特别是始新统和渐新统是未来油气勘探的重要领域之一.然而,针对中国近海中深层碎屑岩储层特征及溶蚀作用规律尚缺乏系统研究.基于大量新钻井、物性数据及多种分析测试等,以辽中凹陷、西湖凹陷和白云凹陷为靶区,系统阐明了中国近海古近纪碎屑岩储层岩石学特征、物性及孔隙类型,分析并总结了其溶蚀作用规律.研究表明：中国近海古近纪砂岩储层岩石类型以长石岩屑砂岩或岩屑长石砂岩为主,同一凹陷不同构造的岩性差异明显,不同层位石英、岩屑含量略有变化;储层物性主体为中低孔-低渗,中-高孔渗储层主要发育在辽中凹陷沙一-二段和白云凹陷珠海组上段;孔隙类型均以次生孔隙为主,原生孔隙仅在西湖凹陷平湖斜坡北侧、辽中凹陷沙四段和白云凹陷珠海组上段较为发育.溶蚀作用整体以酸性流体对长石、连生方解石和部分岩屑的溶蚀为主.辽中凹陷不同构造溶蚀作用差异明显,受浅埋深火山岩母岩与中深层刚性母岩控制的砂岩储层溶蚀作用显著,而西湖凹陷西斜坡平湖组一段-平湖组三段则为早期连生方解石溶蚀,白云凹陷溶蚀作用主要为长石的高岭石化和高岭石的伊利石化.研究旨在为中国近海古近纪碎屑岩储层...     

南海珠江口盆地流花地区珠江组碳酸盐岩埋藏酸性流体溶蚀机理初探

以流花地区珠江组碳酸盐岩储集层抽提物GC、GC/MS分析为基础,结合区域构造运动史、地层水动力特征等,分析了该区埋藏酸性流体的成因与来源,探讨了"白垩状"灰岩的形成以及该区的埋藏酸性流体溶蚀模式。研究认为,埋藏酸性流体主要来自惠州凹陷文昌组烃源岩热演化成因有机酸,原油生物降解成因有机酸,岩浆活动生成的CO2等酸性流体。"白垩状"灰岩是在活跃油田底水环境下,主要由有机酸性流体长期溶蚀、浸泡和淘洗作用的结果。埋藏酸性流体以东沙构造运动形成的深大断裂及伴生的复杂裂缝网络为运移通道和物质交换空间,在流花低势汇流的强水动力条件下,与碳酸盐岩发生强烈的酸—岩反应,造成地层溶蚀垮塌,形成了现今流花地区灰岩坑的分布面貌。研究还排除了该区灰岩坑大气淡水溶蚀作用和白云岩化溶蚀作用成因的可能性。     

表生和埋藏成岩作用的温压条件下不同组成碳酸盐岩溶蚀成岩过程的实验模拟

表生到埋藏成岩作用的温度与压力（４０～１００℃，常压～２５ＭＰａ），方解石、白云石相对含量不同的碳酸盐岩的溶蚀证明，在表生与相对浅埋藏的温压条件（低于７５℃、２０ＭＰａ）下，方解石的溶解速率大大超过白云石，随着温度和压力的升高，两者溶解速率的差值变小。在相对深埋藏的温压条件（高于７５℃、２０ＭＰａ）下，白云石的溶解速率已超过方解石，在１００、２５ＭＰａ的温压条件下，微晶白云石（白云石／方解石＝９８／２）的溶解速率已是含云灰岩（白云石／方解石＝１６／８４）的２倍，造成这种现象的原因是白云石的温度、压力效应大大超过方解石之故。根据实验的结果可以预测：表生与相对浅埋藏的温压条件下，石灰岩的岩溶作用较白云岩发育；但在深埋藏阶段，由溶解作用造成的白云岩次生孔隙应比方解石更为发育，这是埋藏深度大于２０００ｍ的地层中，白云岩储层多于石灰岩的重要原因。     

表生和埋藏成岩作用的温压条件下不同组成碳酸盐岩溶蚀成岩过程的实验模拟

表生到埋藏成岩作用的温度与压力（４０～１００℃，常压～２５ＭＰａ），方解石、白云石相对含量不同的碳酸盐岩的溶蚀证明，在表生与相对浅埋藏的温压条件（低于７５℃、２０ＭＰａ）下，方解石的溶解速率大大超过白云石，随着温度和压力的升高，两者溶解速率的差值变小。在相对深埋藏的温压条件（高于７５℃、２０ＭＰａ）下，白云石的溶解速率已超过方解石，在１００、２５ＭＰａ的温压条件下，微晶白云石（白云石/方解石＝９８/２）的溶解速率已是含云灰岩（白云石/方解石＝１６/８４）的２倍，造成这种现象的原因是白云石的温度、压力效应大大超过方解石之故。根据实验的结果可以预测:表生与相对浅埋藏的温压条件下，石灰岩的岩溶作用较白云岩发育；但在深埋藏阶段，由溶解作用造成的白云岩次生孔隙应比方解石更为发育，这是埋藏深度大于２０００ｍ的地层中，白云岩储层多于石灰岩的重要原因。     

从表生到深埋藏环境下有机酸对碳酸盐岩溶蚀的实验模拟

通过细粉晶白云岩、泥晶灰岩、泥灰岩和含生屑泥晶灰岩与2 ml/L乙酸溶液的溶解动力学实验,研究了从表生到深埋藏环境下有机酸对碳酸盐岩储层的改造作用机理。结果显示,四种类型碳酸盐岩的溶解速率在3.34×10–9~2.27×10–8 mol/(cm2·s)之间,并且溶解速率随埋藏深度(地层温度和地层压力)的增加而增大。从表生到中埋藏环境下,泥晶灰岩、泥灰岩和含生屑泥晶灰岩的溶解速率大于细粉晶白云岩;在深埋藏环境下,细粉晶白云岩的溶解速率逐渐与泥晶灰岩、泥灰岩和含生屑泥晶灰岩的一致,这揭示出在相对高温高压下,埋藏有机酸性流体对碳酸盐岩的溶蚀改造作用中,碳酸盐岩的溶蚀速率与其方解石和白云石含量的关系并不大。反应前后样品表面的扫描电子显微镜分析结果表明,细粉晶白云岩的晶间溶孔、晶内溶孔更加发育。细粉晶白云岩中白云石溶解成蜂窝状溶解孔,晶间缝溶蚀加大且相互连通,这种微观溶蚀特征更有利于油、气的储集及运移。结合岩石的溶蚀速率及其微观溶蚀演化特征,指出碳酸盐岩矿物成分和含量固然对其溶蚀作用具有控制影响,但是碳酸盐岩溶蚀形成的孔隙类型及其连通性能与碳酸盐岩有利储层形成的关系更为密切。     

埋藏条件下碳酸盐岩实验室溶蚀作用模拟的热力学模型与地质勘探方向——以陕

陕甘宁分下奥陶统马家沟组段为湖坪相碳酸盐岩夹蒸发盐沉积，马五段经历了多期复杂的成岩作用，其中溶蚀作用对马五段影响深刻，首次引用热力学理论对埋藏条件下碳酸盐岩溶蚀作用进行了理论分析和计算，其结果表明碳酸盐在埋藏成岩的不同温度压力条件下，酸性介质中溶解反应的吉布斯自由能均为负值，说明反应可自动向方解石，白云石溶解的方向进行，并随着温压的升温溶解的趋势增大，而且白云石溶解的趋势比方解石更大，碳酸盐岩溶蚀     

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。     

山东胜利油田第三系碎屑岩的埋藏成岩作用与储层评价

研究区在新生代为一持续下沉的断陷盆地,碎屑岩十分发育.有些埋藏成岩矿物,其出现深度的温度,等于或接近于其他学者对这些矿物的实测温度.这类成岩矿物包括石英(次生加大)、自生高岭石、自生石榴石、腐蚀状绿帘石及粘土矿物等.根据与温度有关的各种成岩作用,可划分出浅成、中成、深成和超深成四个岩带.业已查明,埋藏成岩带可用以划分和评价碎屑岩储油层.     

海相碳酸盐岩储层成岩作用对岩石波速的影响

海相碳酸盐岩储层在孔隙度—波速转化关系中,对于给定的孔隙度,岩石波速呈现明显的波动。这种现象的根源在于碳酸盐岩的复杂成岩作用,它可引起储层地震解释和反演的多解性。因此,对于海相碳酸盐岩油气勘探而言,建立成岩作用与岩石波速之间的预测关系是极为重要的。综述了国内外有关成岩作用与地震波速之间关系的研究成果,为了解成岩作用过程中岩石波速的变化行为奠定了一定的基础。研究发现,成岩历史、孔隙类型、白云石类型的差异均可造成碳酸盐岩储层波速对于给定的孔隙度出现明显波动:在孔隙度一定的情况下,经历早期胶结作用的储层波速低于经历早期压实作用的储层波速,以微孔隙为主的储层波速明显低于以铸模孔隙或骨架内孔隙为主的储层波速,砂糖状白云石储层波速低于具有白云石胶结物的储层波速。在此基础上,以四川盆地飞仙关组鲕粒滩为例,通过地震剖面模拟实验发现,与优质储层形成有关的成岩相在地震剖面上响应明显,地震反射表现为连续性好、振幅强,这说明根据地震资料进行储层成岩相的预测是可行的。建议今后应加强成岩作用与岩石波速之间关系的研究,为国内深部海相碳酸盐岩油气勘探提供指导。