發布時間：2019-12-26所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：鄂爾多斯盆地姬塬地區長8儲層中長石含量較高，且普遍存在長石溶蝕現象，對致密儲層物性的改善具有重要意義。在對長8致密儲層特征的研究基礎上，利用高溫高壓流體巖石相互作用模擬實驗，并結合偏光顯微鏡、掃描電鏡(SEM)和X-射線衍射(XRD)等分析技術，
摘要：鄂爾多斯盆地姬塬地區長8儲層中長石含量較高，且普遍存在長石溶蝕現象，對致密儲層物性的改善具有重要意義。在對長8致密儲層特征的研究基礎上，利用高溫高壓流體—巖石相互作用模擬實驗，并結合偏光顯微鏡、掃描電鏡(SEM)和X-射線衍射(XRD)等分析技術，模擬研究區長8儲層巖石樣品與有機酸的相互作用，分析了溶蝕作用類型及其特征，并解釋了相關溶蝕作用機理，定量計算了溶蝕作用對儲層孔隙度的影響。為使模擬實驗更接近實際地質情況，流體采用0.15mol/L、pH=2.65的乙酸溶液，模擬溫度為87～103℃，模擬壓力為24.70～30.18MPa。研究表明：長8儲層主要巖石孔隙類型為原生粒間孔和長石溶蝕孔，其中長石溶蝕孔較發育，占總孔隙的39%左右，計算得其視溶蝕率為37.8%～50.0%，呈中等溶蝕程度;長石類和碳酸鹽類礦物在酸性條件下均能發生不同程度的溶蝕，碳酸鹽類礦物的相對溶蝕率整體大于長石類礦物的相對溶蝕率;在95℃左右時礦物的溶蝕作用最為明顯，依據地溫梯度計算其對應的埋藏深度約為2370～2710m，該深度可能是長8儲層中有利儲層的主要分布區域;溶蝕作用導致長8致密儲層的孔隙度增加約3.57%～3.69%，其平均孔隙度增加3.63%，溶蝕作用是研究區長8儲層孔隙度增加的關鍵成巖作用類型，是儲層“甜點”發育的主要控制因素。
關鍵詞：致密儲層;溶蝕作用;流體—巖石相互作用;模擬實驗;長8儲層;姬塬地區
0引言
致密油氣是非常規油氣資源的一種類型，其主要富集于相對高孔高滲的“甜點”儲層內，一直是致密油氣儲層勘探的主要目標[1-3]。成巖過程中的壓實、膠結作用使得儲層中的原生孔隙度大大降低，而溶蝕作用對致密儲層的儲集空間的改善顯得尤為重要[4]，是形成“甜點”的有利因素。自1984年首次提出“有機酸對致密儲層次生孔隙的形成具有重要意義”的觀點之后[5]，大量的流體—巖石相互作用模擬實驗相繼展開[6-9]，結果表明地質酸性流體是改善儲層物性的重要原因。由地質酸性流體引起的溶蝕作用是致密砂巖儲層中次生孔隙發育的關鍵因素之一[10，11]，有機質生烴過程中有機酸和CO2的釋放，導致孔隙流體的pH值降低，酸性流體在高溫高壓作用下，對易溶礦物長石、方解石等的溶解作用加強[12]。有機酸對易溶礦物組分的溶蝕導致儲層內部孔隙體積增加、數量減少，喉道之間的連通性增強，對孔隙度和滲透率的提高具有明顯的效果，有利于油氣的儲集與運移[9]，該過程中形成的粒內溶孔、粒間溶孔和鑄模孔等也是主要的油氣儲集空間[8]。長石溶蝕形成的次生孔隙對儲層物性具有顯著的改善作用，尤其對深埋壓實條件下砂巖儲層孔滲條件具有重要意義[13];受應力作用形成大量微裂縫的碳酸鹽巖在酸性流體的充注下，易形成大量針孔狀或毫米級大小的溶孔[14];近年來對石英顆粒的溶蝕模擬實驗也逐漸展開，發現在堿性和酸性環境下石英顆粒均有不同程度的溶蝕，酸性條件下石英的溶蝕程度較低，但仍能提供一定的油氣富集空間，對埋藏較深、時代較老的致密碎屑巖中有利儲層的發育具有重要意義[15]。因此，致密砂巖儲層中大部分的礦物均易被酸性地質流體溶蝕，其溶蝕作用對致密儲層中“甜點”的形成具有重要作用。
鄂爾多斯盆地姬塬地區延長組發育著巨厚的碎屑巖沉積建造，長8儲層中長石、方解石等易溶礦物含量豐富，也含有部分的云母和塑性巖屑[16]，為該區的溶蝕作用提供了一定的物質基礎。且在姬塬地區儲層中發育垂直構造裂縫，裂縫密度雖然較低，但具有成組發育的特征[16]，鉆井巖心中偶爾也見到構造微裂縫[17]，在長石和方解石礦物中多見到沿解理縫或破裂縫溶蝕形成的溶孔、溶縫[17，18]，為酸性溶蝕流體的運移提供了一定的空間通道。而靠近長8儲層的長7烴源巖層有機質豐富，在有機質熱成熟過程中產生的有機酸易沿裂縫垂向運移，為溶蝕作用提供化學動力來源，導致長8儲層中溶蝕作用較強烈。研究區長8油層組砂巖中長石顆粒因發育不同程度的溶蝕作用而形成粒內溶孔和鑄模孔，是致密儲層中主要的儲集空間類型，對儲層孔滲條件的改善具有重要意義[19]。同時，研究致密儲層中溶蝕孔隙的發育特征和作用機理，可為將來尋找致密油氣儲層中“甜點”的分布以及有利儲層的預測提供理論依據。筆者在明確姬塬地區長8致密儲層的基本地質特征的條件下，對長8儲層的地層壓力、溫度等演化地質條件進行了計算，針對不同的溫壓地質條件，設定了不同的反應時間來模擬研究區長8儲層與乙酸相互作用過程，通過實驗前后對比分析了長石(斜長石、鉀長石)和方解石礦物的溶蝕作用發生過程及溶蝕作用形成機理，并定量分析了其溶蝕增孔率。
1地質背景
鄂爾多斯盆地從三疊紀以后受到燕山運動的影響，盆地西緣發生強烈的逆沖活動，斷裂較為發育，而盆地東部逐漸抬升，形成自西向東傾斜的箕狀坳陷。姬塬地區位于鄂爾多斯盆地中西部，在區域構造上橫跨伊陜斜坡和天環坳陷2個一級構造單元[18，20]。中生代發育較厚的河流—湖泊相沉積，新生代盆地周邊發生裂陷，形成若干地塹，呈現如今的地貌格局[21](圖1)。
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鄂爾多斯盆地三疊系延長組沉積物反映了湖盆發生—發展—消亡的全過程，其時間跨度約有12Ma，主要屬于河流、三角洲以及湖泊沉積環境。延長組從下向上細分為5個巖性段、10個油層組，研究區長8油層組位于上三疊統延長組中下部，包括長81和長822個小油層，發育一套灰色砂巖、暗色泥巖及薄煤層互層組合，其沉積體具有淺水三角洲沉積特征[17，22]。在穩定的構造背景條件下，沉積砂體主要受東北部陰山古陸和西北部阿拉善古陸兩大主要物源區的控制[23]，主要發育淺水三角洲前緣水下分流河道微相和河口壩微相[19，23]，砂體單層厚度較大，具有較好的垂向和橫向連續性，但是砂體的垂向疊加期次不明顯，屬于物源供給充足的近物源沉積[23-25]。這種物源供給充足、構造背景穩定、湖盆地勢相對平緩等地質條件，為長8油層組巖性油藏的形成創造了十分有利的地質條件。同時在漫長的地質歷史時期中，長8儲層經歷了復雜的成巖改造過程，現今總體表現為巖性致密、物性較差、孔隙類型多樣、結構復雜、非均質性強的特點[26]，這直接制約了研究區致密油氣勘探開發的效果和開采質量[27]。
2儲層基本特征
2.1儲層巖石學特征
通過研究區鉆井巖心樣品的巖石薄片統計觀察發現，長8儲層巖石類型以長石巖屑砂巖和巖屑長石砂巖為主，含少量的長石砂巖(圖2)。巖性整體具有“相對高長石、相對低石英、巖屑含量較高”的特征(圖3)，礦物含量變化較大，其中石英體積含量為16%～53%，平均含量為29.4%，長石體積含量為0%～68%，平均含量為26.6%;巖屑以變質巖巖屑為主，其平均含量為12.8%，火山巖巖屑含量次之，平均含量為8.2%，沉積巖巖屑含量最低為3.3%;膠結物主要由黏土礦物、碳酸鹽和硅質組成，其中黏土礦物平均含量為6.3%，碳酸鹽礦物平均含量為4.5%，硅質含量為2.0%。可溶性礦物以長石和碳酸鹽礦物為主，部分巖屑和黏土礦物溶蝕少見，石英幾乎不溶。長石和碳酸鹽礦物含量占總體礦物含量的31.1%左右，高含量的可溶性礦物可能是造成長8儲層次生孔隙較為發育的物質基礎;石英雖在酸性環境下不易發生溶蝕，但作為一種脆性礦物在較高的應力作用下易產生微裂縫，可為地質流體提供一定的運移通道，從而導致區域溶蝕作用更易發生。
2.2儲層溶蝕孔隙特征
研究區長8儲層孔隙類型有顆粒間壓實殘留粒間孔、粒間膠結物發生溶蝕產生的粒間溶蝕孔、長石和巖屑發生溶蝕產生的粒內溶蝕孔，以及微裂縫和自生礦物中的晶間孔等(圖4)。在各種孔隙類型中，以原生粒間孔、長石溶蝕孔為主(圖4，圖5)。由巖石鑄體薄片和掃描電鏡觀察分析可知，研究區主要溶蝕、溶解物為長石、巖屑等不穩定碎屑顆粒，其中斜長石的溶蝕最為強烈，整體上溶蝕強度為強—中等[圖5(a)，圖5(b)]，溶蝕作用形成的高嶺石主要分布于長石溶蝕形成的孔內或溶蝕孔附近[圖5(c)，圖5(d)]。原生粒間孔是經成巖作用改造后保留下來的，既沒有被地質流體溶蝕，也沒有被化學物質膠結而保留的孔隙[圖5(e)，圖5(f)]，在長81和長822小層中，其原生孔隙所占比例分別為1.46%和1.85%(表1);長石溶蝕孔主要是長石碎屑顆粒在成巖中期被有機酸溶蝕而形成[圖5(g)，圖5(h)]，在長81和長82小層中，長石溶蝕孔隙所占比例僅次于原生孔隙，分別為1.42%和1.21%(表1);巖屑溶蝕孔的形成機理與長石溶蝕孔相似，主要是巖屑中的易溶類礦物被介質流體溶蝕最終被保留下來的巖石孔隙，其在長81和長82小層中所占的比例分別為0.12%和0.09%(表1)。另外，長8儲層中晶間孔較為發育，孔隙占比在0.18%～0.21%之間，而長82小層中微裂縫較長81小層發育。從圖6可以看出，原生粒間孔和長石溶蝕孔是長8儲層中主要的孔隙類型，兩者共占儲層孔隙空間的89%左右。其中，長石溶蝕孔隙占總孔隙的39%左右，是姬塬地區長8致密儲層中“甜點”形成的重要孔隙類型，也是致密儲層中油氣資源的重要儲集空間。
3實驗樣品、條件及裝置
3.1實驗樣品
通過對姬塬地區長8巖心樣品的儲層特征及物性的綜合分析，挑選出溶蝕作用不發育的12塊巖心樣品。為了便于對比實驗前后溶蝕作用特征，在同一塊巖心樣品上鉆取2塊小柱體(直徑為2.5cm、長度為5cm)。通過對巖心樣品X-射線衍射分析結果表明，所選的長8砂巖樣品的礦物成分以石英、長石(鉀長石、斜長石)、方解石為主，同時高嶺石、白云石少量發育，但不同樣品礦物成分也存在一定的差異性(表2)。
3.2實驗條件
鄂爾多斯盆地延長組長8地層水礦化度介于1.54～102g/L之間，平均為31.38g/L，其中礦化度主要分布于10～40g/L之間，其中乙酸濃度最高，占有機酸的60%以上[23]。依據長8地層水的特征和實驗要求，以濃度為0.15mol/L、pH值為2.65的乙酸溶液作為流體—巖石相互作用的反應流體。首先，研究通過樣品的實際深度計算出發生溶蝕作用實驗的模擬深度，而后根據相關地質條件再計算出實驗模擬溫度及壓力條件，也就是發生溶蝕作用相對應的地層深度下的實際古溫壓條件，通過計算可知：樣品實驗模擬溫、壓條件范圍分別為87～103℃和24.70～30.18MPa。根據調研發現，研究區長8古地表溫度為15℃，古地溫梯度為3.5～4℃/100m[24]，為了盡可能滿足實際地質情況，實現溫度對時間的補償效應，故在實驗中選取最高的古地溫梯度4℃/100m，如1號樣品實驗模擬溫度計算方法為T=15℃+1800m×4℃/100m=87℃。相關研究認為，碎屑巖儲層與乙酸流體發生相互作用而引起的溶蝕作用，其作用時間不會超過100h[20]。據此，結合本文研究的實際地質條件特征以及考慮到實驗的完整性，確定了所有樣品實驗的反應時間變化范圍為24～72h，共6個樣品，其變化梯度為12h，具體實驗條件見表3。
3.3實驗裝置
實驗所用儀器為中國科學院蘭州油氣資源研究中心自主研發的流體—巖石相互作用模擬儀，根據時間與溫度補償原理，在高溫短時間的實驗條件下模擬地質中低溫長時間的成巖過程。儀器主要包括5個大單元：加壓單元、加溫單元、自動控制與數據采集單元、分析計量單元及外圍輔助單元(圖7)。該成巖模擬裝置能夠設置并記錄不同溫度、上覆壓力、孔隙流體壓力、礦物組分、流體介質條件下的成巖過程。其中模擬溫度、靜巖壓力、孔隙流體壓力設定范圍分別為0～550℃、0～280MPa、0～120MPa。其實驗條件完全能夠滿足本文研究的要求。
在實驗過程中，首先選取特定的反應流體，通過超高壓電動泵以恒速將其注入樣品室的高壓釜內，設定不同的成巖條件，使其與樣品發生反應，從而模擬砂巖在不同條件下的成巖過程。通過實驗前后巖石孔隙結構的變化、巖石成分的變化、物性參數等方面的變化，來評價儲層中溶蝕作用對儲層孔隙的影響機理及過程。
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