碳酸盐岩溶蚀模拟实验技术进展及应用
发布时间：2021-10-11 05:28
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。
【文章来源】：海相油气地质. 2020,25(01)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
高温高压溶解动力学模拟装置中岩石内部溶蚀系统的示意图
从实验结果来看，在50～160℃范围内，当流体和压力等条件相同时，随温度升高，碳酸盐岩在含有机酸地层水中的饱和溶蚀量总体呈下降趋势（图2），这一点与前期开展的模拟实验结果[22,29-31]（实验溶液由纯水加酸配制而成）基本一致。不同的是：高盐度地层水中碳酸盐岩的溶蚀量与温度的关系具有缓慢下降—缓慢上升—快速下降的特征，碳酸盐岩溶蚀量在80～110℃范围内出现明显增加，而前期实验结果是持续稳定下降。地下碳酸盐岩溶蚀遵从化学热力学原理：作为一个放热过程，随着温度的升高，其热力学平衡常数降低，碳酸盐岩溶解度相应降低，碳酸盐岩在含有机酸地层水中的饱和溶蚀量总体呈下降趋势。另外，依据当前地球化学理论，在碳酸盐岩溶蚀作用中，溶液中的Na+产生离子强度效应，SO42-产生离子对效应，这两种效应会降低对碳酸盐矿物的离子活度积，从而提高碳酸盐岩的溶解度；溶液中的Ca2+、Mg2+产生同离子效应，会增加对碳酸盐矿物的离子活度积，从而降低碳酸盐矿物的溶解度。初步推断，由于这两种相反作用的叠加效应，导致了碳酸盐岩溶蚀量在随温度增加而总体下降的过程中出现缓慢上升再快速下降的特征，但是造成这种现象的最终原因还需要开展单个离子影响碳酸盐岩溶蚀量的实验来验证。这一实验结果表明：在埋藏成岩流体背景下，随着埋藏深度增加，温度的升高会导致碳酸盐岩埋藏溶蚀量的降低，但在80～110℃范围内会形成一个保持溶蚀能力的温度窗口，这或许是碳酸盐岩埋藏溶蚀规模发生的有利温度带。2.3 应用案例
在埋藏成岩流体背景下，一方面，地层温度的增加会导致碳酸盐岩溶蚀量的下降，但在80～110℃范围内具有一个保持碳酸盐岩溶蚀量的温度窗口；另一方面，地层温度对地层水中的有机酸浓度有着重要的控制作用：80～120℃为有机酸的有利保存区，其最高浓度可达10 g/L，低于80℃时细菌的分解作用、高于120℃时有机酸脱羧作用均会使有机酸的浓度降低。为获取更加符合地质条件下的埋藏溶蚀窗口条件，需要建立碳酸盐岩溶蚀量随有机酸浓度和地层温度变化的关系曲线。目前还缺少龙王庙组地层水中有机酸浓度与地层温度关系的统计。考虑到有机酸的产生主要受控于温度，因此可以借鉴全球地层水中有机酸浓度与地层温度关系的统计结果[32],来设定龙王庙组不同地层温度所对应的有机酸浓度。由于压力对有机酸溶蚀碳酸盐岩的影响几乎可以忽略不计，故将压力统一设定为10 MPa。实验结果（图4）表明：在40～140℃范围内，设定的地层水有机酸浓度由1 g/L上升至8 g/L，再降到2 g/L，对应的碳酸盐岩溶蚀量由15.35×10-3mol/L上升至58.57×10-3mol/L，再降到13.07×10-3mol/L。龙王庙组碳酸盐岩溶蚀量随地层温度的增加具有先增后降的特征，在60～120℃（相当于地层埋深1 370～3 590 m）时形成一个溶蚀有利窗口。该曲线表明：在一定深度范围内，含有机酸的地层水对碳酸盐岩的溶蚀能力保持在较高的水平。因为在该深度范围内，地层水具有高有机酸浓度，而且正好处于碳酸盐岩溶蚀能力保持的温度窗口。
【参考文献】：
期刊论文
[1]塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组白云岩储层特征及成因[J]. 严威,郑剑锋,陈永权,黄理力,周鹏,朱永进. 海相油气地质. 2017(04)
[2]深层-超深层优质碳酸盐岩储层形成控制因素[J]. 何治亮,张军涛,丁茜,尤东华,彭守涛,朱东亚,钱一雄. 石油与天然气地质. 2017(04)
[3]中国海相碳酸盐岩的分布及油气地质基础问题[J]. 马永生,何登发,蔡勋育,刘波. 岩石学报. 2017(04)
[4]热化学硫酸盐还原作用及其对油气与储集层的改造作用:进展与问题[J]. 蔡春芳,赵龙. 矿物岩石地球化学通报. 2016(05)
[5]海相碳酸盐岩储集层发育主控因素[J]. 沈安江,赵文智,胡安平,佘敏,陈娅娜,王小芳. 石油勘探与开发. 2015(05)
[6]早成岩期喀斯特化研究新进展及意义[J]. 谭秀成,肖笛,陈景山,李凌,刘宏. 古地理学报. 2015(04)
[7]埋藏有机酸性流体对白云岩储层溶蚀作用的模拟实验[J]. 佘敏,寿建峰,沈安江,贺训云,朱吟,王莹,张天付. 中国石油大学学报(自然科学版). 2014(03)
[8]基于模拟实验的原位观察对碳酸盐岩深部溶蚀的再认识[J]. 杨云坤,刘波,秦善,罗平,张单明,周明辉,石开波,田永净. 北京大学学报(自然科学版). 2014(02)
[9]碳酸盐岩溶蚀机制的实验探讨:表面溶蚀与内部溶蚀对比[J]. 佘敏,寿建峰,贺训云,王莹,朱吟,王永生. 海相油气地质. 2013(03)
[10]论碎屑岩储层成岩过程中有机酸的溶蚀增孔能力[J]. 远光辉,操应长,杨田,王艳忠,李晓艳,葸克来,贾珍臻. 地学前缘. 2013(05)
本文编号：3429878
【文章来源】：海相油气地质. 2020,25(01)北大核心CSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
高温高压溶解动力学模拟装置中岩石内部溶蚀系统的示意图
从实验结果来看，在50～160℃范围内，当流体和压力等条件相同时，随温度升高，碳酸盐岩在含有机酸地层水中的饱和溶蚀量总体呈下降趋势（图2），这一点与前期开展的模拟实验结果[22,29-31]（实验溶液由纯水加酸配制而成）基本一致。不同的是：高盐度地层水中碳酸盐岩的溶蚀量与温度的关系具有缓慢下降—缓慢上升—快速下降的特征，碳酸盐岩溶蚀量在80～110℃范围内出现明显增加，而前期实验结果是持续稳定下降。地下碳酸盐岩溶蚀遵从化学热力学原理：作为一个放热过程，随着温度的升高，其热力学平衡常数降低，碳酸盐岩溶解度相应降低，碳酸盐岩在含有机酸地层水中的饱和溶蚀量总体呈下降趋势。另外，依据当前地球化学理论，在碳酸盐岩溶蚀作用中，溶液中的Na+产生离子强度效应，SO42-产生离子对效应，这两种效应会降低对碳酸盐矿物的离子活度积，从而提高碳酸盐岩的溶解度；溶液中的Ca2+、Mg2+产生同离子效应，会增加对碳酸盐矿物的离子活度积，从而降低碳酸盐矿物的溶解度。初步推断，由于这两种相反作用的叠加效应，导致了碳酸盐岩溶蚀量在随温度增加而总体下降的过程中出现缓慢上升再快速下降的特征，但是造成这种现象的最终原因还需要开展单个离子影响碳酸盐岩溶蚀量的实验来验证。这一实验结果表明：在埋藏成岩流体背景下，随着埋藏深度增加，温度的升高会导致碳酸盐岩埋藏溶蚀量的降低，但在80～110℃范围内会形成一个保持溶蚀能力的温度窗口，这或许是碳酸盐岩埋藏溶蚀规模发生的有利温度带。2.3 应用案例
在埋藏成岩流体背景下，一方面，地层温度的增加会导致碳酸盐岩溶蚀量的下降，但在80～110℃范围内具有一个保持碳酸盐岩溶蚀量的温度窗口；另一方面，地层温度对地层水中的有机酸浓度有着重要的控制作用：80～120℃为有机酸的有利保存区，其最高浓度可达10 g/L，低于80℃时细菌的分解作用、高于120℃时有机酸脱羧作用均会使有机酸的浓度降低。为获取更加符合地质条件下的埋藏溶蚀窗口条件，需要建立碳酸盐岩溶蚀量随有机酸浓度和地层温度变化的关系曲线。目前还缺少龙王庙组地层水中有机酸浓度与地层温度关系的统计。考虑到有机酸的产生主要受控于温度，因此可以借鉴全球地层水中有机酸浓度与地层温度关系的统计结果[32],来设定龙王庙组不同地层温度所对应的有机酸浓度。由于压力对有机酸溶蚀碳酸盐岩的影响几乎可以忽略不计，故将压力统一设定为10 MPa。实验结果（图4）表明：在40～140℃范围内，设定的地层水有机酸浓度由1 g/L上升至8 g/L，再降到2 g/L，对应的碳酸盐岩溶蚀量由15.35×10-3mol/L上升至58.57×10-3mol/L，再降到13.07×10-3mol/L。龙王庙组碳酸盐岩溶蚀量随地层温度的增加具有先增后降的特征，在60～120℃（相当于地层埋深1 370～3 590 m）时形成一个溶蚀有利窗口。该曲线表明：在一定深度范围内，含有机酸的地层水对碳酸盐岩的溶蚀能力保持在较高的水平。因为在该深度范围内，地层水具有高有机酸浓度，而且正好处于碳酸盐岩溶蚀能力保持的温度窗口。
【参考文献】：
期刊论文
[1]塔里木盆地下寒武统肖尔布拉克组白云岩储层特征及成因[J]. 严威,郑剑锋,陈永权,黄理力,周鹏,朱永进. 海相油气地质. 2017(04)
[2]深层-超深层优质碳酸盐岩储层形成控制因素[J]. 何治亮,张军涛,丁茜,尤东华,彭守涛,朱东亚,钱一雄. 石油与天然气地质. 2017(04)
[3]中国海相碳酸盐岩的分布及油气地质基础问题[J]. 马永生,何登发,蔡勋育,刘波. 岩石学报. 2017(04)
[4]热化学硫酸盐还原作用及其对油气与储集层的改造作用:进展与问题[J]. 蔡春芳,赵龙. 矿物岩石地球化学通报. 2016(05)
[5]海相碳酸盐岩储集层发育主控因素[J]. 沈安江,赵文智,胡安平,佘敏,陈娅娜,王小芳. 石油勘探与开发. 2015(05)
[6]早成岩期喀斯特化研究新进展及意义[J]. 谭秀成,肖笛,陈景山,李凌,刘宏. 古地理学报. 2015(04)
[7]埋藏有机酸性流体对白云岩储层溶蚀作用的模拟实验[J]. 佘敏,寿建峰,沈安江,贺训云,朱吟,王莹,张天付. 中国石油大学学报(自然科学版). 2014(03)
[8]基于模拟实验的原位观察对碳酸盐岩深部溶蚀的再认识[J]. 杨云坤,刘波,秦善,罗平,张单明,周明辉,石开波,田永净. 北京大学学报(自然科学版). 2014(02)
[9]碳酸盐岩溶蚀机制的实验探讨:表面溶蚀与内部溶蚀对比[J]. 佘敏,寿建峰,贺训云,王莹,朱吟,王永生. 海相油气地质. 2013(03)
[10]论碎屑岩储层成岩过程中有机酸的溶蚀增孔能力[J]. 远光辉,操应长,杨田,王艳忠,李晓艳,葸克来,贾珍臻. 地学前缘. 2013(05)
本文编号：3429878
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