咸化湖盆中酸性流體對(duì)碎屑巖儲(chǔ)層的改造作用

黃成剛　袁劍英　曹正林　張世銘　王瑩　佘敏

摘要：柴達(dá)木盆地西部南區(qū)新生界主要為咸化湖盆沉積，咸化環(huán)境提高了其烴類(lèi)轉(zhuǎn)化率，但其對(duì)儲(chǔ)層的控制作用尚待進(jìn)一步明確。通過(guò)高溫高壓試驗(yàn)?zāi)M了地層條件下成巖流體與巖石礦物之間的物理化學(xué)作用，進(jìn)而研究咸化環(huán)境中有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層的改造作用。結(jié)果表明：酸性流體對(duì)巖石礦物的溶蝕作用增加了其孔隙度，但滲透率的變化存在差異性；當(dāng)巖石中含有石膏和鐵白云石時(shí)，鐵白云石在石膏的催化作用下極易發(fā)生溶蝕作用，反應(yīng)生成的Fe2+、Mg2+促進(jìn)了高嶺石向針葉狀綠泥石的轉(zhuǎn)化，從而堵塞孔隙喉道，造成巖石滲透率的下降；巖石中石膏的發(fā)育是造成高溫高壓地層中方解石發(fā)生沉淀的主要原因，相同條件下石膏比方解石更易溶解，其產(chǎn)生的過(guò)飽和鈣造成方解石的沉淀，但巖石的孔隙度有所增大，因?yàn)榉浇馐某恋碜饔迷斐傻膬?chǔ)集空間減小量小于石膏和長(zhǎng)石等易溶礦物溶解造成的儲(chǔ)集空間增大量。

關(guān)鍵詞：咸化湖盆；有機(jī)酸；高溫高壓；石膏；方解石；白云石；綠泥石；柴達(dá)木盆地

中圖分類(lèi)號(hào)：TE122.2；P618.130.2+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

自從沉積盆地油田水中檢測(cè)出高濃度的有機(jī)酸以來(lái)[12]，儲(chǔ)層中流體與巖石的相互作用備受關(guān)注[3]，相關(guān)領(lǐng)域的研究工作已取得了一定進(jìn)展[4]。Sjoberg等利用靜態(tài)流體對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行了大量溶解動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究[59]；后來(lái)，Zhang等研究了方解石、瑩石和鈉長(zhǎng)石等礦物與水溶液的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)向題[1011]。通過(guò)一系列水巖作用試驗(yàn)研究，王琪等發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層的物理性質(zhì)受到儲(chǔ)層中水巖作用的影響最為重要，水巖作用特征主要受控于儲(chǔ)層的成巖環(huán)境，例如溫度、壓力、儲(chǔ)層礦物成分、水動(dòng)力條件、孔隙流體性質(zhì)等[12]。

對(duì)于儲(chǔ)層巖石中主要礦物的溶解作用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已得出一系列成果[1322]。于川淇等認(rèn)為長(zhǎng)石為砂巖儲(chǔ)層中分布最為廣泛的易溶骨架顆粒，其溶蝕作用在砂巖次生孔隙形成過(guò)程中占有重要地位，是次生孔隙形成的主要原因[23]。羅靜蘭等通過(guò)對(duì)延長(zhǎng)油區(qū)侏羅系上三疊統(tǒng)砂巖的研究，指出孔隙水中大量的有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層骨架巖石的溶解是造成孔隙度增加的主要原因，其中以斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石的溶解最為顯著[24]。張萌等通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界和四川盆地三疊系須家河組砂巖成巖作用和次生孔隙形成機(jī)制的研究，認(rèn)為碎屑巖成巖過(guò)程中長(zhǎng)石、高嶺石、伊利石之間的物質(zhì)交換對(duì)其次生孔隙的形成具有重要影響，在熱力學(xué)上最不穩(wěn)定且低溫條件下更易溶解的偏基性斜長(zhǎng)石在同生到埋藏成巖作用初期時(shí)已大量溶解，并伴隨高嶺石的沉淀，在熱力學(xué)上相對(duì)穩(wěn)定的鉀長(zhǎng)石是保存時(shí)間最長(zhǎng)的長(zhǎng)石類(lèi)型，在后期埋藏成巖過(guò)程中對(duì)次生孔隙貢獻(xiàn)最大[14，2526]。碳酸鹽顆粒或者膠結(jié)物為碎屑巖儲(chǔ)層中較為普遍存在的一種巖石組分，因占據(jù)大量粒間孔隙而對(duì)巖石物性主要起負(fù)面作用。黃思靜等研究認(rèn)為分散的早期膠結(jié)作用可以提升巖石機(jī)械強(qiáng)度，增加巖石抗壓實(shí)能力[27]，晚期溶蝕作用可以產(chǎn)生次生孔隙。郭春清等研究認(rèn)為有機(jī)酸與CO2一起共同控制著體系中碳酸鹽礦物的溶解或沉淀[28]。Sjoberg等通過(guò)酸性流體對(duì)碳酸鹽巖中方解石礦物溶蝕作用的試驗(yàn)研究，認(rèn)為溫度對(duì)方解石的溶解度具有一定影響[5]。范明等認(rèn)為溫度在60 ℃～90 ℃時(shí)，乙酸對(duì)方解石的溶解能力最強(qiáng)，當(dāng)溫度大于90 ℃時(shí)，其溶解能力逐步減弱[29]；但是，曹中宏等對(duì)此持不同觀點(diǎn)，認(rèn)為在溫度由50℃ 升高至250 ℃的過(guò)程中，方解石的溶解速度都是逐步增大的，到250 ℃時(shí)才達(dá)到最大值，之后隨著溫度的升高而開(kāi)始減小[30]。關(guān)于白云巖的溶蝕作用，金振奎等研究證明酸性流體會(huì)對(duì)白云巖進(jìn)行溶蝕，形成次生孔隙[31]，石膏的存在可不同程度地加速白云巖的溶解，但隨著試驗(yàn)溫度和壓力的升高，石膏對(duì)白云巖溶解的這種積極作用逐漸降低[32]。

咸化湖盆沉積的碎屑巖儲(chǔ)層中因沉積了大量鹽類(lèi)礦物，且孔隙水中含有一定鹽度，而使得水巖作用具有一定特殊性，有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中釋放的有機(jī)酸對(duì)其碎屑巖儲(chǔ)層具有一定的改造作用，其反應(yīng)機(jī)理與非咸化湖盆具有一定差異性[3335]。本次試驗(yàn)?zāi)M了地層條件下咸化湖盆中有機(jī)酸與巖石礦物間的反應(yīng)過(guò)程，并研究了這一反應(yīng)過(guò)程對(duì)巖石物性和孔隙結(jié)構(gòu)的影響及其形成機(jī)理。

摘要：柴達(dá)木盆地西部南區(qū)新生界主要為咸化湖盆沉積，咸化環(huán)境提高了其烴類(lèi)轉(zhuǎn)化率，但其對(duì)儲(chǔ)層的控制作用尚待進(jìn)一步明確。通過(guò)高溫高壓試驗(yàn)?zāi)M了地層條件下成巖流體與巖石礦物之間的物理化學(xué)作用，進(jìn)而研究咸化環(huán)境中有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層的改造作用。結(jié)果表明：酸性流體對(duì)巖石礦物的溶蝕作用增加了其孔隙度，但滲透率的變化存在差異性；當(dāng)巖石中含有石膏和鐵白云石時(shí)，鐵白云石在石膏的催化作用下極易發(fā)生溶蝕作用，反應(yīng)生成的Fe2+、Mg2+促進(jìn)了高嶺石向針葉狀綠泥石的轉(zhuǎn)化，從而堵塞孔隙喉道，造成巖石滲透率的下降；巖石中石膏的發(fā)育是造成高溫高壓地層中方解石發(fā)生沉淀的主要原因，相同條件下石膏比方解石更易溶解，其產(chǎn)生的過(guò)飽和鈣造成方解石的沉淀，但巖石的孔隙度有所增大，因?yàn)榉浇馐某恋碜饔迷斐傻膬?chǔ)集空間減小量小于石膏和長(zhǎng)石等易溶礦物溶解造成的儲(chǔ)集空間增大量。

關(guān)鍵詞：咸化湖盆；有機(jī)酸；高溫高壓；石膏；方解石；白云石；綠泥石；柴達(dá)木盆地

中圖分類(lèi)號(hào)：TE122.2；P618.130.2+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

自從沉積盆地油田水中檢測(cè)出高濃度的有機(jī)酸以來(lái)[12]，儲(chǔ)層中流體與巖石的相互作用備受關(guān)注[3]，相關(guān)領(lǐng)域的研究工作已取得了一定進(jìn)展[4]。Sjoberg等利用靜態(tài)流體對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行了大量溶解動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究[59]；后來(lái)，Zhang等研究了方解石、瑩石和鈉長(zhǎng)石等礦物與水溶液的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)向題[1011]。通過(guò)一系列水巖作用試驗(yàn)研究，王琪等發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層的物理性質(zhì)受到儲(chǔ)層中水巖作用的影響最為重要，水巖作用特征主要受控于儲(chǔ)層的成巖環(huán)境，例如溫度、壓力、儲(chǔ)層礦物成分、水動(dòng)力條件、孔隙流體性質(zhì)等[12]。

對(duì)于儲(chǔ)層巖石中主要礦物的溶解作用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已得出一系列成果[1322]。于川淇等認(rèn)為長(zhǎng)石為砂巖儲(chǔ)層中分布最為廣泛的易溶骨架顆粒，其溶蝕作用在砂巖次生孔隙形成過(guò)程中占有重要地位，是次生孔隙形成的主要原因[23]。羅靜蘭等通過(guò)對(duì)延長(zhǎng)油區(qū)侏羅系上三疊統(tǒng)砂巖的研究，指出孔隙水中大量的有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層骨架巖石的溶解是造成孔隙度增加的主要原因，其中以斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石的溶解最為顯著[24]。張萌等通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界和四川盆地三疊系須家河組砂巖成巖作用和次生孔隙形成機(jī)制的研究，認(rèn)為碎屑巖成巖過(guò)程中長(zhǎng)石、高嶺石、伊利石之間的物質(zhì)交換對(duì)其次生孔隙的形成具有重要影響，在熱力學(xué)上最不穩(wěn)定且低溫條件下更易溶解的偏基性斜長(zhǎng)石在同生到埋藏成巖作用初期時(shí)已大量溶解，并伴隨高嶺石的沉淀，在熱力學(xué)上相對(duì)穩(wěn)定的鉀長(zhǎng)石是保存時(shí)間最長(zhǎng)的長(zhǎng)石類(lèi)型，在后期埋藏成巖過(guò)程中對(duì)次生孔隙貢獻(xiàn)最大[14，2526]。碳酸鹽顆粒或者膠結(jié)物為碎屑巖儲(chǔ)層中較為普遍存在的一種巖石組分，因占據(jù)大量粒間孔隙而對(duì)巖石物性主要起負(fù)面作用。黃思靜等研究認(rèn)為分散的早期膠結(jié)作用可以提升巖石機(jī)械強(qiáng)度，增加巖石抗壓實(shí)能力[27]，晚期溶蝕作用可以產(chǎn)生次生孔隙。郭春清等研究認(rèn)為有機(jī)酸與CO2一起共同控制著體系中碳酸鹽礦物的溶解或沉淀[28]。Sjoberg等通過(guò)酸性流體對(duì)碳酸鹽巖中方解石礦物溶蝕作用的試驗(yàn)研究，認(rèn)為溫度對(duì)方解石的溶解度具有一定影響[5]。范明等認(rèn)為溫度在60 ℃～90 ℃時(shí)，乙酸對(duì)方解石的溶解能力最強(qiáng)，當(dāng)溫度大于90 ℃時(shí)，其溶解能力逐步減弱[29]；但是，曹中宏等對(duì)此持不同觀點(diǎn)，認(rèn)為在溫度由50℃ 升高至250 ℃的過(guò)程中，方解石的溶解速度都是逐步增大的，到250 ℃時(shí)才達(dá)到最大值，之后隨著溫度的升高而開(kāi)始減小[30]。關(guān)于白云巖的溶蝕作用，金振奎等研究證明酸性流體會(huì)對(duì)白云巖進(jìn)行溶蝕，形成次生孔隙[31]，石膏的存在可不同程度地加速白云巖的溶解，但隨著試驗(yàn)溫度和壓力的升高，石膏對(duì)白云巖溶解的這種積極作用逐漸降低[32]。

咸化湖盆沉積的碎屑巖儲(chǔ)層中因沉積了大量鹽類(lèi)礦物，且孔隙水中含有一定鹽度，而使得水巖作用具有一定特殊性，有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中釋放的有機(jī)酸對(duì)其碎屑巖儲(chǔ)層具有一定的改造作用，其反應(yīng)機(jī)理與非咸化湖盆具有一定差異性[3335]。本次試驗(yàn)?zāi)M了地層條件下咸化湖盆中有機(jī)酸與巖石礦物間的反應(yīng)過(guò)程，并研究了這一反應(yīng)過(guò)程對(duì)巖石物性和孔隙結(jié)構(gòu)的影響及其形成機(jī)理。

摘要：柴達(dá)木盆地西部南區(qū)新生界主要為咸化湖盆沉積，咸化環(huán)境提高了其烴類(lèi)轉(zhuǎn)化率，但其對(duì)儲(chǔ)層的控制作用尚待進(jìn)一步明確。通過(guò)高溫高壓試驗(yàn)?zāi)M了地層條件下成巖流體與巖石礦物之間的物理化學(xué)作用，進(jìn)而研究咸化環(huán)境中有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層的改造作用。結(jié)果表明：酸性流體對(duì)巖石礦物的溶蝕作用增加了其孔隙度，但滲透率的變化存在差異性；當(dāng)巖石中含有石膏和鐵白云石時(shí)，鐵白云石在石膏的催化作用下極易發(fā)生溶蝕作用，反應(yīng)生成的Fe2+、Mg2+促進(jìn)了高嶺石向針葉狀綠泥石的轉(zhuǎn)化，從而堵塞孔隙喉道，造成巖石滲透率的下降；巖石中石膏的發(fā)育是造成高溫高壓地層中方解石發(fā)生沉淀的主要原因，相同條件下石膏比方解石更易溶解，其產(chǎn)生的過(guò)飽和鈣造成方解石的沉淀，但巖石的孔隙度有所增大，因?yàn)榉浇馐某恋碜饔迷斐傻膬?chǔ)集空間減小量小于石膏和長(zhǎng)石等易溶礦物溶解造成的儲(chǔ)集空間增大量。

關(guān)鍵詞：咸化湖盆；有機(jī)酸；高溫高壓；石膏；方解石；白云石；綠泥石；柴達(dá)木盆地

中圖分類(lèi)號(hào)：TE122.2；P618.130.2+1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

自從沉積盆地油田水中檢測(cè)出高濃度的有機(jī)酸以來(lái)[12]，儲(chǔ)層中流體與巖石的相互作用備受關(guān)注[3]，相關(guān)領(lǐng)域的研究工作已取得了一定進(jìn)展[4]。Sjoberg等利用靜態(tài)流體對(duì)碳酸鹽巖進(jìn)行了大量溶解動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)研究[59]；后來(lái)，Zhang等研究了方解石、瑩石和鈉長(zhǎng)石等礦物與水溶液的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)向題[1011]。通過(guò)一系列水巖作用試驗(yàn)研究，王琪等發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層的物理性質(zhì)受到儲(chǔ)層中水巖作用的影響最為重要，水巖作用特征主要受控于儲(chǔ)層的成巖環(huán)境，例如溫度、壓力、儲(chǔ)層礦物成分、水動(dòng)力條件、孔隙流體性質(zhì)等[12]。

對(duì)于儲(chǔ)層巖石中主要礦物的溶解作用，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已得出一系列成果[1322]。于川淇等認(rèn)為長(zhǎng)石為砂巖儲(chǔ)層中分布最為廣泛的易溶骨架顆粒，其溶蝕作用在砂巖次生孔隙形成過(guò)程中占有重要地位，是次生孔隙形成的主要原因[23]。羅靜蘭等通過(guò)對(duì)延長(zhǎng)油區(qū)侏羅系上三疊統(tǒng)砂巖的研究，指出孔隙水中大量的有機(jī)酸對(duì)儲(chǔ)層骨架巖石的溶解是造成孔隙度增加的主要原因，其中以斜長(zhǎng)石和鉀長(zhǎng)石的溶解最為顯著[24]。張萌等通過(guò)對(duì)鄂爾多斯盆地上古生界和四川盆地三疊系須家河組砂巖成巖作用和次生孔隙形成機(jī)制的研究，認(rèn)為碎屑巖成巖過(guò)程中長(zhǎng)石、高嶺石、伊利石之間的物質(zhì)交換對(duì)其次生孔隙的形成具有重要影響，在熱力學(xué)上最不穩(wěn)定且低溫條件下更易溶解的偏基性斜長(zhǎng)石在同生到埋藏成巖作用初期時(shí)已大量溶解，并伴隨高嶺石的沉淀，在熱力學(xué)上相對(duì)穩(wěn)定的鉀長(zhǎng)石是保存時(shí)間最長(zhǎng)的長(zhǎng)石類(lèi)型，在后期埋藏成巖過(guò)程中對(duì)次生孔隙貢獻(xiàn)最大[14，2526]。碳酸鹽顆?；蛘吣z結(jié)物為碎屑巖儲(chǔ)層中較為普遍存在的一種巖石組分，因占據(jù)大量粒間孔隙而對(duì)巖石物性主要起負(fù)面作用。黃思靜等研究認(rèn)為分散的早期膠結(jié)作用可以提升巖石機(jī)械強(qiáng)度，增加巖石抗壓實(shí)能力[27]，晚期溶蝕作用可以產(chǎn)生次生孔隙。郭春清等研究認(rèn)為有機(jī)酸與CO2一起共同控制著體系中碳酸鹽礦物的溶解或沉淀[28]。Sjoberg等通過(guò)酸性流體對(duì)碳酸鹽巖中方解石礦物溶蝕作用的試驗(yàn)研究，認(rèn)為溫度對(duì)方解石的溶解度具有一定影響[5]。范明等認(rèn)為溫度在60 ℃～90 ℃時(shí)，乙酸對(duì)方解石的溶解能力最強(qiáng)，當(dāng)溫度大于90 ℃時(shí)，其溶解能力逐步減弱[29]；但是，曹中宏等對(duì)此持不同觀點(diǎn)，認(rèn)為在溫度由50℃ 升高至250 ℃的過(guò)程中，方解石的溶解速度都是逐步增大的，到250 ℃時(shí)才達(dá)到最大值，之后隨著溫度的升高而開(kāi)始減小[30]。關(guān)于白云巖的溶蝕作用，金振奎等研究證明酸性流體會(huì)對(duì)白云巖進(jìn)行溶蝕，形成次生孔隙[31]，石膏的存在可不同程度地加速白云巖的溶解，但隨著試驗(yàn)溫度和壓力的升高，石膏對(duì)白云巖溶解的這種積極作用逐漸降低[32]。

咸化湖盆沉積的碎屑巖儲(chǔ)層中因沉積了大量鹽類(lèi)礦物，且孔隙水中含有一定鹽度，而使得水巖作用具有一定特殊性，有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中釋放的有機(jī)酸對(duì)其碎屑巖儲(chǔ)層具有一定的改造作用，其反應(yīng)機(jī)理與非咸化湖盆具有一定差異性[3335]。本次試驗(yàn)?zāi)M了地層條件下咸化湖盆中有機(jī)酸與巖石礦物間的反應(yīng)過(guò)程，并研究了這一反應(yīng)過(guò)程對(duì)巖石物性和孔隙結(jié)構(gòu)的影響及其形成機(jī)理。