砂岩储层黏土矿物溶解实验研究

为了搞清砂岩储层黏土矿物溶解情况,提出效果较好的解堵体系;针对不同酸液与储层黏土矿物发生反应易造成储层堵塞等问题,开展了盐酸、氢氟酸、氟硼酸和乙酸单独溶蚀矿物实验;研究了反应温度和酸液浓度的影响以及矿物解除效果评价;在此基础上,进行了混合酸液以及混合碱盐溶液对矿物溶蚀实验研究。结果表明:1)盐酸、氢氟酸、氟硼酸和乙酸的最佳单酸溶液的矿物溶蚀浓度分别为6%~8%,2%~4%,4%~6%和1%~5%,4种酸均起到了降低岩心强度的作用,盐酸的影响最大,乙酸影响最小(5%)。2)4种酸液对石英、长石和黏土等矿物溶蚀的影响顺序为氢氟酸>氟硼酸>盐酸>乙酸。3)氢氧化钠和氢氧化钾对矿物的溶蚀效果较差,硅酸钠和氯化铵对矿物溶蚀后,岩心强度得到提高。4)提出黏土矿物解除体系为(2%~4%)氢氟酸+(6%~8%)盐酸+(4%~6%)氟硼酸+(1%~5%)乙酸,系统的酸液浓度可在浓度范围内调节。以上成果认识,对解除储层黏土矿物时保护储层骨架有一定的指导意义。

鄂尔多斯盆地姬塬地区长8致密储层溶蚀作用模拟及其影响因素

在明确鄂尔多斯盆地姬塬地区西部长8致密储层基本特点的基础上,利用高温高压储层流体-岩石相互作用模拟仪,模拟了长8储层岩石与有机酸溶蚀反应的过程。依据地质条件,采用0.15mol·L-1乙酸溶液(pH=2.65)作为反应溶液,模拟温度选溶蚀窗口对应深度的实际古地温(87℃~103℃),模拟压力范围为24.70~30.18MPa。通过反应前后样品储层特征的变化及溶蚀率对比,分析了长8致密储层的溶蚀特征及影响因素,探讨了其溶蚀过程及溶蚀增孔过程。结果表明:在乙酸的作用下,致密储层长石(钠长石、钾长石)和方解石矿物发生明显的溶蚀反应,并产生沉淀物;根据矿物相对溶蚀率发现,碳酸盐矿物的溶解速率整体上大于长石矿物,其中方解石大于白云石,斜长石大于钾长石;随着温度和压力的增加,方解石溶蚀率先增加后不变,而长石溶蚀率基本呈线性增加,但是方解石刚开始溶蚀率高于长石;致密储层溶蚀过程主要分为3个阶段,分别为方解石胶结物溶蚀过程、长石溶蚀过程和溶蚀后沉淀物充填过程。溶蚀作用使得致密储层的孔隙明显增加,是致密储层增孔的主要成岩作用类型,也是寻找致密储层中"甜点"的关键因素之一。

王庄油田粘土矿物转化对储层的影响

王庄油田是水敏性稠油油藏的典型代表，其水敏性在热采过程中的变化直接关系到油田开发方式的选择。针对这一问题，从直接影响水敏性变化的储层粘土矿物入手，在模拟地层环境的基础上通过室内高温高压静态和动态物模实验，并结合X衍射、扫描电镜、元素分析、粒度检测等多种分析测试手段，研究了粘土矿物在100-300℃之间的变化过程，从而找到水敏性的变化规律，进而从机理上解释了渗透率的变化原因，为数值模拟和开发方案制定提供室内研究依据。

微生物对scCO_2-咸水-砂岩体系中矿物反应的影响

利用Illumina MiSeq对sc CO_2-咸水-砂岩体系中微生物16S rRNA基因V3-V4区进行分析,探究高压反应釜体系中微生物对sc CO_2的响应及微生物对矿物反应的作用.结果显示,生物量受pH值影响较大,初始pH值为7.02,生物量11.02×10~6gene/mL,30d时pH值降至5.65,生物量降至0.26×10~6gene/mL;随着矿物溶蚀,90d时pH值增至5.87,生物量增至4.61×10~6gene/mL.群落结构中,phylum Proteobacteria(52.60%(30d),55.34%(90d))与phylum Firmicutes(46.89%(30d),43.89%(90d))为优势菌门.在属水平,30,90d时Exiguobacterium,Citrobacter,Acinetobacter与Pseudomonas为优势菌属.产酸菌(Exiguobacterium,Acinetobacter与Pseudomonas)促进了长石与粘土溶蚀,咸水中K^+,Na^+,Ca^(2+),Mg^(2+),T-Fe浓度高于空白组;铁还原菌(Citrobacter)提高了Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)比值;微生物膜对Ca^(2+)?Mg^(2+)?Fe^(2+)具有吸附作用.SEM结果显示,微生物介导下先于空白组出现菱铁矿沉淀. scCO_2^-咸水-砂岩体系中适应菌能促进矿物溶蚀与碳酸盐矿物捕获.

水－岩作用模型及其在水－玄武岩反应研究中的应用

采用线性规划的方法模似地下水与岩石之间的作用，计算地下水与岩石之间的矿物溶蚀量是水－岩作用研究的一个新方法．本文以江苏六合玄武岩地区水－岩作用研究为例讨论了水一岩作用模型的应用，并对其目前仍存在的问题进行了探讨．

深部煤层CO_2注入过程中煤体积参数变化的模拟实验

CO_2注入煤层会改造储层孔裂隙结构,对提高CO_2埋藏和强化甲烷抽采能力产生重要影响。为探究CO_2注入后的煤体结构演化规律,选择山西沁水盆地寺河矿无烟煤和新源矿焦煤样品进行模拟实验,通过测试并分析CO_2注入前后煤体积参数的变化,得到以下结论:CO_2的注入可以溶蚀煤中矿物,增加连通孔隙体积并引起有机质的膨胀;矿物溶蚀对孔隙体积变化的贡献不显著,却导致大量封闭孔转换为连通孔,其中大于40μm的大孔孔隙体积增幅最大;有机质的膨胀量较大,其对孔隙的挤压作用可能会降低煤体的连通性;CO_2注入对煤体结构的改造作用受煤级和模拟埋深条件的共同影响。

风化作用对页岩孔隙的改造作用——以湘北地区下寒武统牛蹄塘组为例

对新区域、新层系页岩气的勘探需要使用露头样品开展储层评价,但基于风化后露头样品的孔隙结构去评价地下页岩的孔隙系统则存在着不确定性,并且目前对于风化作用是如何改造页岩孔隙的机理认识也尚不清楚。为了明确风化作用对黑色页岩孔隙的影响,选取湘北地区下寒武统牛蹄塘组不同风化程度的露头样品与井下岩心样品,应用氩离子抛光、场发射扫描电镜以及气体吸附技术开展孔隙综合表征与对比分析,进而探讨风化作用对黑色页岩孔隙的改造作用。研究结果表明:①露头页岩的碳酸盐矿物/长石溶蚀孔、黄铁矿晶间孔、有机质孔以及矿物基质裂缝较地下页岩更为发育;②随着风化程度的增高,页岩孔隙度增大,比表面积先减后升;③页岩岩石矿物风化作用具有先后顺序,不稳定矿物溶蚀与黄铁矿氧化最先发生,随后有机质被氧化,最后为基质矿物的松散破碎;④页岩风化程度可分为微、中、高3级,微风化页岩的次生孔隙主要来源于碳酸盐矿物与长石的溶蚀以及黄铁矿的氧化,孔隙度最高可达12%,中等风化页岩有机质大量被氧化,孔隙度可达30%,高风化页岩主要发生黏土等基质矿物的松散化,微裂缝逐渐发育直至岩石破碎。结论认为,该研究成果有助于推动露头研究在页岩气储层评价中的应用,可以为页岩气新区域、新层系的勘探提供帮助。

储层砂岩-盐水-超临界CO_2体系相互作用

为实现二氧化碳地质储存与资源化利用,利用高压釜控制温度和转速,模拟不同条件下二氧化碳地质储存过程中砂岩-盐水-超临界CO2的相互作用,对反应后岩石矿物进行扫描电镜观察,分析溶液pH,HCO3-和阳离子含量变化.结果表明:随着温度的升高,矿物溶蚀加剧;175℃条件下岩石矿物表面有碳酸盐矿物生成,有利于二氧化碳的地质储存;加入扰动条件后可以促进反应溶液混合,使岩石矿物表面溶液局部含量下降,导致岩石矿物的溶蚀加剧,新矿物生成量减少;随着扰动的加大,矿物溶蚀消耗H+过多,引起pH升高,溶液中出现OH-,部分阳离子形成氢氧化物沉淀,阻碍了碳酸盐矿物的生成,不利于二氧化碳的地质储存.

高演化页岩纳米孔隙在过熟阶段的形成演化特征及主控因素:中扬子地区寒武系水井沱组页岩含水热模拟实验

我国中-上扬子地区海相寒武系页岩现今普遍处于过熟阶段,该套页岩储层内地质流体活动相对频繁,然而其对页岩储层孔隙发育影响程度及作用机制尚不清楚.选取中扬子宜昌黄陵隆起区演化程度相对较低的寒武系水井沱组页岩样品进行了封闭体系含水热模拟实验,获得了热成熟度介于Ro=2.26%~4.01%之间的页岩储层样品,对这些页岩样品进行了碳-硫和矿物组成、氮气吸附和扫描电镜观测等分析.实验结果显示:随有机质演化程度增加,页岩TOC变化不明显,硫、无机碳和粘土矿物含量持续减少,长石含量持续增加,在Ro≥2.7%时,石英含量显著降低,透辉石含量显著增加.这表明实验条件下,高演化页岩生排烃能力相对较弱,黄铁矿、碳酸盐岩、粘土矿物和石英均发生了不同程度的溶蚀,与此同时,形成了长石和透辉石等矿物.地质流体作用下,高演化页岩内纳米孔隙发育主要受黄铁矿、碳酸盐岩、粘土矿物和石英等矿物溶蚀控制,矿物溶蚀有利于页岩内介孔,尤其宏孔发育,宏观上表现为矿物含量与总孔和宏孔体积之间具有显著负相关关系;矿物生成对页岩内微孔发育不利,对介孔和宏孔发育较有利,这是矿物溶蚀占据主导地位的进一步体现;烃类生成和排出对高演化页岩纳米孔隙发育影响较小,这与该阶段页岩生排烃能力较弱相吻合.随矿物溶蚀或有机质演化程度增加,微孔丰度、体积和比表面积逐渐降低,并逐步向介孔和宏孔转化,表现为微孔体积和比表面积与介孔和宏孔体积和比表面积呈负相关.该研究成果对于进一步深入认识地质流体作用下高演化页岩储层内纳米孔隙发育机理及主控因素具有重要意义.