咸化湖盆中酸性流体对碎屑岩储层的改造作用

黄成刚　袁剑英　曹正林　张世铭　王莹　佘敏

摘要：柴达木盆地西部南区新生界主要为咸化湖盆沉积，咸化环境提高了其烃类转化率，但其对储层的控制作用尚待进一步明确。通过高温高压试验模拟了地层条件下成岩流体与岩石矿物之间的物理化学作用，进而研究咸化环境中有机质演化过程中产生的有机酸对储层的改造作用。结果表明：酸性流体对岩石矿物的溶蚀作用增加了其孔隙度，但渗透率的变化存在差异性；当岩石中含有石膏和铁白云石时，铁白云石在石膏的催化作用下极易发生溶蚀作用，反应生成的Fe2+、Mg2+促进了高岭石向针叶状绿泥石的转化，从而堵塞孔隙喉道，造成岩石渗透率的下降；岩石中石膏的发育是造成高温高压地层中方解石发生沉淀的主要原因，相同条件下石膏比方解石更易溶解，其产生的过饱和钙造成方解石的沉淀，但岩石的孔隙度有所增大，因为方解石的沉淀作用造成的储集空间减小量小于石膏和长石等易溶矿物溶解造成的储集空间增大量。

关键词：咸化湖盆；有机酸；高温高压；石膏；方解石；白云石；绿泥石；柴达木盆地

中图分类号：TE122.2；P618.130.2+1文献标志码：A

0引言

自从沉积盆地油田水中检测出高浓度的有机酸以来[12]，储层中流体与岩石的相互作用备受关注[3]，相关领域的研究工作已取得了一定进展[4]。Sjoberg等利用静态流体对碳酸盐岩进行了大量溶解动力学试验研究[59]；后来，Zhang等研究了方解石、莹石和钠长石等矿物与水溶液的反应动力学向题[1011]。通过一系列水岩作用试验研究，王琪等发现储层的物理性质受到储层中水岩作用的影响最为重要，水岩作用特征主要受控于储层的成岩环境，例如温度、压力、储层矿物成分、水动力条件、孔隙流体性质等[12]。

对于储层岩石中主要矿物的溶解作用，国内外学者已得出一系列成果[1322]。于川淇等认为长石为砂岩储层中分布最为广泛的易溶骨架颗粒，其溶蚀作用在砂岩次生孔隙形成过程中占有重要地位，是次生孔隙形成的主要原因[23]。罗静兰等通过对延长油区侏罗系上三叠统砂岩的研究，指出孔隙水中大量的有机酸对储层骨架岩石的溶解是造成孔隙度增加的主要原因，其中以斜长石和钾长石的溶解最为显著[24]。张萌等通过对鄂尔多斯盆地上古生界和四川盆地三叠系须家河组砂岩成岩作用和次生孔隙形成机制的研究，认为碎屑岩成岩过程中长石、高岭石、伊利石之间的物质交换对其次生孔隙的形成具有重要影响，在热力学上最不稳定且低温条件下更易溶解的偏基性斜长石在同生到埋藏成岩作用初期时已大量溶解，并伴随高岭石的沉淀，在热力学上相对稳定的钾长石是保存时间最长的长石类型，在后期埋藏成岩过程中对次生孔隙贡献最大[14，2526]。碳酸盐颗粒或者胶结物为碎屑岩储层中较为普遍存在的一种岩石组分，因占据大量粒间孔隙而对岩石物性主要起负面作用。黄思静等研究认为分散的早期胶结作用可以提升岩石机械强度，增加岩石抗压实能力[27]，晚期溶蚀作用可以产生次生孔隙。郭春清等研究认为有机酸与CO2一起共同控制着体系中碳酸盐矿物的溶解或沉淀[28]。Sjoberg等通过酸性流体对碳酸盐岩中方解石矿物溶蚀作用的试验研究，认为温度对方解石的溶解度具有一定影响[5]。范明等认为温度在60 ℃～90 ℃时，乙酸对方解石的溶解能力最强，当温度大于90 ℃时，其溶解能力逐步减弱[29]；但是，曹中宏等对此持不同观点，认为在温度由50℃ 升高至250 ℃的过程中，方解石的溶解速度都是逐步增大的，到250 ℃时才达到最大值，之后随着温度的升高而开始减小[30]。关于白云岩的溶蚀作用，金振奎等研究证明酸性流体会对白云岩进行溶蚀，形成次生孔隙[31]，石膏的存在可不同程度地加速白云岩的溶解，但随着试验温度和压力的升高，石膏对白云岩溶解的这种积极作用逐渐降低[32]。

咸化湖盆沉积的碎屑岩储层中因沉积了大量盐类矿物，且孔隙水中含有一定盐度，而使得水岩作用具有一定特殊性，有机质演化过程中释放的有机酸对其碎屑岩储层具有一定的改造作用，其反应机理与非咸化湖盆具有一定差异性[3335]。本次试验模拟了地层条件下咸化湖盆中有机酸与岩石矿物间的反应过程，并研究了这一反应过程对岩石物性和孔隙结构的影响及其形成机理。

摘要：柴达木盆地西部南区新生界主要为咸化湖盆沉积，咸化环境提高了其烃类转化率，但其对储层的控制作用尚待进一步明确。通过高温高压试验模拟了地层条件下成岩流体与岩石矿物之间的物理化学作用，进而研究咸化环境中有机质演化过程中产生的有机酸对储层的改造作用。结果表明：酸性流体对岩石矿物的溶蚀作用增加了其孔隙度，但渗透率的变化存在差异性；当岩石中含有石膏和铁白云石时，铁白云石在石膏的催化作用下极易发生溶蚀作用，反应生成的Fe2+、Mg2+促进了高岭石向针叶状绿泥石的转化，从而堵塞孔隙喉道，造成岩石渗透率的下降；岩石中石膏的发育是造成高温高压地层中方解石发生沉淀的主要原因，相同条件下石膏比方解石更易溶解，其产生的过饱和钙造成方解石的沉淀，但岩石的孔隙度有所增大，因为方解石的沉淀作用造成的储集空间减小量小于石膏和长石等易溶矿物溶解造成的储集空间增大量。

关键词：咸化湖盆；有机酸；高温高压；石膏；方解石；白云石；绿泥石；柴达木盆地

中图分类号：TE122.2；P618.130.2+1文献标志码：A

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自从沉积盆地油田水中检测出高浓度的有机酸以来[12]，储层中流体与岩石的相互作用备受关注[3]，相关领域的研究工作已取得了一定进展[4]。Sjoberg等利用静态流体对碳酸盐岩进行了大量溶解动力学试验研究[59]；后来，Zhang等研究了方解石、莹石和钠长石等矿物与水溶液的反应动力学向题[1011]。通过一系列水岩作用试验研究，王琪等发现储层的物理性质受到储层中水岩作用的影响最为重要，水岩作用特征主要受控于储层的成岩环境，例如温度、压力、储层矿物成分、水动力条件、孔隙流体性质等[12]。

对于储层岩石中主要矿物的溶解作用，国内外学者已得出一系列成果[1322]。于川淇等认为长石为砂岩储层中分布最为广泛的易溶骨架颗粒，其溶蚀作用在砂岩次生孔隙形成过程中占有重要地位，是次生孔隙形成的主要原因[23]。罗静兰等通过对延长油区侏罗系上三叠统砂岩的研究，指出孔隙水中大量的有机酸对储层骨架岩石的溶解是造成孔隙度增加的主要原因，其中以斜长石和钾长石的溶解最为显著[24]。张萌等通过对鄂尔多斯盆地上古生界和四川盆地三叠系须家河组砂岩成岩作用和次生孔隙形成机制的研究，认为碎屑岩成岩过程中长石、高岭石、伊利石之间的物质交换对其次生孔隙的形成具有重要影响，在热力学上最不稳定且低温条件下更易溶解的偏基性斜长石在同生到埋藏成岩作用初期时已大量溶解，并伴随高岭石的沉淀，在热力学上相对稳定的钾长石是保存时间最长的长石类型，在后期埋藏成岩过程中对次生孔隙贡献最大[14，2526]。碳酸盐颗粒或者胶结物为碎屑岩储层中较为普遍存在的一种岩石组分，因占据大量粒间孔隙而对岩石物性主要起负面作用。黄思静等研究认为分散的早期胶结作用可以提升岩石机械强度，增加岩石抗压实能力[27]，晚期溶蚀作用可以产生次生孔隙。郭春清等研究认为有机酸与CO2一起共同控制着体系中碳酸盐矿物的溶解或沉淀[28]。Sjoberg等通过酸性流体对碳酸盐岩中方解石矿物溶蚀作用的试验研究，认为温度对方解石的溶解度具有一定影响[5]。范明等认为温度在60 ℃～90 ℃时，乙酸对方解石的溶解能力最强，当温度大于90 ℃时，其溶解能力逐步减弱[29]；但是，曹中宏等对此持不同观点，认为在温度由50℃ 升高至250 ℃的过程中，方解石的溶解速度都是逐步增大的，到250 ℃时才达到最大值，之后随着温度的升高而开始减小[30]。关于白云岩的溶蚀作用，金振奎等研究证明酸性流体会对白云岩进行溶蚀，形成次生孔隙[31]，石膏的存在可不同程度地加速白云岩的溶解，但随着试验温度和压力的升高，石膏对白云岩溶解的这种积极作用逐渐降低[32]。

咸化湖盆沉积的碎屑岩储层中因沉积了大量盐类矿物，且孔隙水中含有一定盐度，而使得水岩作用具有一定特殊性，有机质演化过程中释放的有机酸对其碎屑岩储层具有一定的改造作用，其反应机理与非咸化湖盆具有一定差异性[3335]。本次试验模拟了地层条件下咸化湖盆中有机酸与岩石矿物间的反应过程，并研究了这一反应过程对岩石物性和孔隙结构的影响及其形成机理。

摘要：柴达木盆地西部南区新生界主要为咸化湖盆沉积，咸化环境提高了其烃类转化率，但其对储层的控制作用尚待进一步明确。通过高温高压试验模拟了地层条件下成岩流体与岩石矿物之间的物理化学作用，进而研究咸化环境中有机质演化过程中产生的有机酸对储层的改造作用。结果表明：酸性流体对岩石矿物的溶蚀作用增加了其孔隙度，但渗透率的变化存在差异性；当岩石中含有石膏和铁白云石时，铁白云石在石膏的催化作用下极易发生溶蚀作用，反应生成的Fe2+、Mg2+促进了高岭石向针叶状绿泥石的转化，从而堵塞孔隙喉道，造成岩石渗透率的下降；岩石中石膏的发育是造成高温高压地层中方解石发生沉淀的主要原因，相同条件下石膏比方解石更易溶解，其产生的过饱和钙造成方解石的沉淀，但岩石的孔隙度有所增大，因为方解石的沉淀作用造成的储集空间减小量小于石膏和长石等易溶矿物溶解造成的储集空间增大量。

关键词：咸化湖盆；有机酸；高温高压；石膏；方解石；白云石；绿泥石；柴达木盆地

中图分类号：TE122.2；P618.130.2+1文献标志码：A

0引言

自从沉积盆地油田水中检测出高浓度的有机酸以来[12]，储层中流体与岩石的相互作用备受关注[3]，相关领域的研究工作已取得了一定进展[4]。Sjoberg等利用静态流体对碳酸盐岩进行了大量溶解动力学试验研究[59]；后来，Zhang等研究了方解石、莹石和钠长石等矿物与水溶液的反应动力学向题[1011]。通过一系列水岩作用试验研究，王琪等发现储层的物理性质受到储层中水岩作用的影响最为重要，水岩作用特征主要受控于储层的成岩环境，例如温度、压力、储层矿物成分、水动力条件、孔隙流体性质等[12]。

对于储层岩石中主要矿物的溶解作用，国内外学者已得出一系列成果[1322]。于川淇等认为长石为砂岩储层中分布最为广泛的易溶骨架颗粒，其溶蚀作用在砂岩次生孔隙形成过程中占有重要地位，是次生孔隙形成的主要原因[23]。罗静兰等通过对延长油区侏罗系上三叠统砂岩的研究，指出孔隙水中大量的有机酸对储层骨架岩石的溶解是造成孔隙度增加的主要原因，其中以斜长石和钾长石的溶解最为显著[24]。张萌等通过对鄂尔多斯盆地上古生界和四川盆地三叠系须家河组砂岩成岩作用和次生孔隙形成机制的研究，认为碎屑岩成岩过程中长石、高岭石、伊利石之间的物质交换对其次生孔隙的形成具有重要影响，在热力学上最不稳定且低温条件下更易溶解的偏基性斜长石在同生到埋藏成岩作用初期时已大量溶解，并伴随高岭石的沉淀，在热力学上相对稳定的钾长石是保存时间最长的长石类型，在后期埋藏成岩过程中对次生孔隙贡献最大[14，2526]。碳酸盐颗粒或者胶结物为碎屑岩储层中较为普遍存在的一种岩石组分，因占据大量粒间孔隙而对岩石物性主要起负面作用。黄思静等研究认为分散的早期胶结作用可以提升岩石机械强度，增加岩石抗压实能力[27]，晚期溶蚀作用可以产生次生孔隙。郭春清等研究认为有机酸与CO2一起共同控制着体系中碳酸盐矿物的溶解或沉淀[28]。Sjoberg等通过酸性流体对碳酸盐岩中方解石矿物溶蚀作用的试验研究，认为温度对方解石的溶解度具有一定影响[5]。范明等认为温度在60 ℃～90 ℃时，乙酸对方解石的溶解能力最强，当温度大于90 ℃时，其溶解能力逐步减弱[29]；但是，曹中宏等对此持不同观点，认为在温度由50℃ 升高至250 ℃的过程中，方解石的溶解速度都是逐步增大的，到250 ℃时才达到最大值，之后随着温度的升高而开始减小[30]。关于白云岩的溶蚀作用，金振奎等研究证明酸性流体会对白云岩进行溶蚀，形成次生孔隙[31]，石膏的存在可不同程度地加速白云岩的溶解，但随着试验温度和压力的升高，石膏对白云岩溶解的这种积极作用逐渐降低[32]。

咸化湖盆沉积的碎屑岩储层中因沉积了大量盐类矿物，且孔隙水中含有一定盐度，而使得水岩作用具有一定特殊性，有机质演化过程中释放的有机酸对其碎屑岩储层具有一定的改造作用，其反应机理与非咸化湖盆具有一定差异性[3335]。本次试验模拟了地层条件下咸化湖盆中有机酸与岩石矿物间的反应过程，并研究了这一反应过程对岩石物性和孔隙结构的影响及其形成机理。