CN105044286A - 一种鲕粒灰岩溶解动力学特征的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鲕粒灰岩溶解动力学特征的确定方法，从酸-岩溶解力学的角度，用平衡实验式方法，表征溶解过程中鲕粒灰岩样品中释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和与鲕粒灰岩的溶解速率，确定鲕粒灰岩溶解动力学的特征。效果是：为研究鲕粒灰岩的溶蚀孔洞形成和发育过程、影响因素与溶解机制提供有借鉴的理论依据，也为判断储层的非均质性提供理论支撑。

Description

一种鲕粒灰岩溶解动力学特征的确定方法

技术领域

本发明涉及石油与天然气地质学技术领域，尤其涉及一种鲕粒灰岩溶解动力学特征的确定方法。

背景技术

众所周知，鲕粒灰岩是重要的油气储集层之一。但鲕粒灰岩不同种类的溶孔通过什么过程怎么形成的，虽然国内外诸多学者从沉积模式、成岩作用和构造演化等不同角度对其溶洞发育及驱动力进行了很好的解释，但对孔洞的具体过程和溶解机制尚不完全清楚，其溶解动力学特征国内外的学者仍在探索之中。

发明内容

本发明的目的是：提供一种鲕粒灰岩溶解动力学特征的确定方法，通过鲕粒灰岩与盐酸反应，从酸-岩溶解力学的角度，用溶解过程中鲕粒灰岩样品中释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和与鲕粒灰岩的溶解速率来确定鲕粒灰岩溶解动力学的特征，为研究鲕粒灰岩的溶蚀孔洞形成和发育过程、影响因素与溶解机制提供有借鉴的理论依据。

本发明为解决技术问题所采取的技术方案是：

第一步：鲕粒灰岩溶解过程中样品释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和M_i的确定，采用平衡式实验进行；

所述的平衡式实验方法采用的设备及实验方法是石油与天然气地质学技术领域技术人员所熟知的，在此不详述；

首先量取500mL浓度为1mmol的盐酸于圆底烧瓶中，在恒温水浴中预热至实验温度35℃后，称取120～130nm的鲕粒灰岩粉末4个样品各2g置于不同的反应器内进行35℃、45℃、55℃、65℃等4个温度进行恒温水浴加热30min，然后在4个反应器内加入50mL恒温预热至35℃的盐酸，并继续保持恒温反应3h，每间隔30min从反应器中取出3mL反应液，再加入一定量恒温预热至35℃的盐酸至反应器中，使反应器中的盐酸保持在50mL，然后测定取出反应溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度；

$M_i=\{C_i\×[N+\underset{i,j}{\overset{i=1,j=1}{\mathrm{\Σ}}}(N-X_i+Y_j)\left]\right\}\×e^{0.0312}+\underset{j}{\overset{j=1}{\mathrm{\Σ}}}(C_j\×Y_j)\×e^{0.0618}\·\·\·\left(1\right)$

(1)式中：M_i，第i个温度反应溶液鲕粒灰岩样品中释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和，mmol；C_i，第i个反应温度溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，mmol/L；N，在反应器内加入恒温预热的盐酸量，L；X_j，取第j个反应溶液样品时，反应容器内剩余溶液体积，L；C_j，第i温度反应条件下第j个反应溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，mmol/L；Y_j，取第j个反应溶液样品体积为：3×10^-3L；e是一个无理数，约等于2.718281828。

第二步：鲕粒灰岩的溶解速率的确定

$r=\frac{k\×{(1-\frac{C_i}{C_{\exp }})}^n\×e^{0.0312}}{T}\·\·\·\left(2\right)$

$C_{\exp }=\frac{M_i}{\frac{\underset{i}{\overset{i=1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{\mathrm{\Δ}}}{36.5\mathrm{\ρ}}\×{10}^3+M}\·\·\·\left(3\right)$

$X_{\mathrm{\Δ}}=N+\underset{i,j}{\overset{i=1,j=1}{\mathrm{\Σ}}}(N-X_i+Y_j)\·\·\·\left(4\right)$

(2)、(3)、(4)式中：r，鲕粒灰岩的溶解速率mol/s；C_i，第i个反应溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，mmol/L；C_exp，鲕粒灰岩的溶解度，即平衡浓度，mmol/L；k，反应常数，取1.5～2.0×10^-10，对于鲕粒灰岩为白云石时，取1.5×10^-10；对于鲕粒灰岩为方解石时，取2.0×10^-10；n，反应级数，对于鲕粒灰岩为方解石时，n＝1；对于鲕粒灰岩为白云石时，n＝0.5～0.7；M，鲕粒灰岩样品的量，mmol；e是一个无理数，约等于2.718281828；ρ，浓度为1mmol的盐酸密度，取1.015g/mL；T，实验时间，s；N，在反应器内加入恒温预热的盐酸量，L；X_Δ，反应总共消耗浓度为1mmol盐酸的量，L；X_j，取第j个反应溶液样品时，反应容器内剩余溶液体积，L；Y_j，取第j个反应溶液样品体积为：3×10^-3L；

本发明的有益效果：本发明鲕粒灰岩溶解动力学特征的确定方法，修正了同行的计算方法，用溶解过程中鲕粒灰岩样品中释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和与鲕粒灰岩的溶解速率来确定鲕粒灰岩溶解动力学的特征，为研究鲕粒灰岩的溶蚀孔洞形成和发育过程、影响因素与溶解机制提供有借鉴的理论依据，也为判断储层的非均质性提供理论支撑。解释和揭示自然界鲕粒灰岩岩溶发育及其相关资源环境问题的差异方面具有重要意义。

具体实施方式

以北京西郊下苇甸剖面崮山组鲕粒灰岩为例，对本发明鲕粒灰岩溶解动力学特征的确定方法进行详细的说明。

第一步：鲕粒灰岩溶解过程中样品释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和M_i的确定，采用平衡式实验进行；

所述的平衡式实验方法采用的设备及实验方法是石油与天然气地质学技术领域技术人员所熟知的，在此不详述；

首先量取500mL浓度为1mmol的盐酸于圆底烧瓶中，在恒温水浴中预热至实验温度35℃后，称取120～130nm的鲕粒灰岩粉末4个样品各2g置于不同的反应器内进行35℃、45℃、55℃、65℃等4个温度进行恒温水浴加热30min，然后在4个反应器内加入50mL恒温预热至35℃的盐酸，并继续保持恒温反应3h，每间隔30min从反应器中取出3mL反应液，再加入一定量恒温预热至35℃的盐酸至反应器中，使反应器中的盐酸保持在50mL，然后测定取出反应溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度；

$M_i=\{C_i\×[N+\underset{i,j}{\overset{i=1,j=1}{\mathrm{\Σ}}}(N-X_i+Y_j)\left]\right\}\×e^{0.0312}+\underset{j}{\overset{j=1}{\mathrm{\Σ}}}(C_j\×Y_j)\×e^{0.0618}\·\·\·\left(1\right)$

(1)式中：M_i，第i个温度反应溶液中鲕粒灰岩样品中释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和，mmol；C_i，第i个反应温度溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，mmol/L；N，在反应器内加入恒温预热的盐酸量，L；X_j，取第j个反应溶液样品时，反应容器内剩余溶液体积，L；C_j，第i温度反应条件下第j个反应溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，mmol/L；Y_j，取第j个反应溶液样品体积为：3×10^-3L；e是一个无理数，约等于2.718281828。

实验测得数据后，代入公式(1)中进行计算，得到不同反应温度条件下的反应溶液中鲕粒灰岩样品中释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和，mmol；其计算方法是常规的计算方法，是石油与天然气地质学技术领域技术人员所熟知的，在此不详述；

表1：不同反应温度下的M_i

实验反应温度，℃	不同反应温度下的Mi，mmol
		35	0.1071
45	0.1849
		55	0.1844
65	0.2018

第二步：鲕粒灰岩的溶解速率的确定

$r=\frac{k\×{(1-\frac{C_i}{C_{\exp }})}^n\×e^{0.0312}}{T}\·\·\·\left(2\right)$

$C_{\exp }=\frac{M_i}{\frac{\underset{i}{\overset{i=1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{\mathrm{\Δ}}}{36.5\mathrm{\ρ}}\×{10}^3+M}\·\·\·\left(3\right)$

$X_{\mathrm{\Δ}}=N+\underset{i,j}{\overset{i=1,j=1}{\mathrm{\Σ}}}(N-X_i+Y_j)\·\·\·\left(4\right)$

(2)、(3)、(4)式中：r，鲕粒灰岩的溶解速率mol/s；C_i，第i个反应溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，mmol/L；C_exp，鲕粒灰岩的溶解度，即平衡浓度，mmol/L；k，反应常数，取1.5～2.0×10^-10，对于鲕粒灰岩为白云石时，取1.5×10^-10；对于鲕粒灰岩为方解石时，取2.0×10^-10；n，反应级数，对于鲕粒灰岩为方解石时，n＝1；对于鲕粒灰岩为白云石时，n＝0.5～0.7；M，鲕粒灰岩样品的量，mmol；e是一个无理数，约等于2.718281828；ρ，浓度为1mmol的盐酸密度，取1.015g/mL；T，实验时间，s；N，在反应器内加入恒温预热的盐酸量，L；X_Δ，反应总共耗浓度为1mmol盐酸的量，L；X_j，取第j个反应溶液样品时，反应容器内剩余溶液体积，L；Y_j，取第j个反应溶液样品体积为：3×10^-3L；

实验所用的北京西郊下苇甸剖面崮山组鲕粒灰岩为方解石，n＝1，k＝2.0×10^-10；

实验测得数据后，代入公式(2)、(3)、(4)中进行计算，得到不同反应温度条件下鲕粒灰岩的溶解速率，mol/s；其计算方法是常规的计算方法，是石油与天然气地质学技术领域技术人员所熟知的，在此不详述；

表2：不同反应温度下的r

实验反应温度，℃	不同反应温度下的r，mol/s
		35	1.389×10-10
45	2.537×10-9
		55	8.103×10-9
65	3.305×10-8

本说明书中采用的表示方法，是本领域技术人员习惯用法，本领域技术人员熟知，不做更详细解释。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种鲕粒灰岩溶解动力学特征的确定方法，其特征在于：

第一步：鲕粒灰岩溶解过程中样品释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和M_i的确定，采用平衡式实验进行；

所述的平衡式实验方法采用的设备及实验方法是石油与天然气地质学技术领域技术人员所熟知的；

首先量取500mL浓度为1mmol的盐酸于圆底烧瓶中，在恒温水浴中预热至实验温度35℃后，称取120～130nm的鲕粒灰岩粉末4个样品各2g置于不同的反应器内进行35℃、45℃、55℃、65℃等4个温度进行恒温水浴加热30min，然后在4个反应器内加入50mL恒温预热至35℃的盐酸，并继续保持恒温反应3h，每间隔30min从反应器中取出3mL反应液，再加入一定量恒温预热至35℃的盐酸至反应器中，使反应器中的盐酸保持在50mL，然后测定取出反应溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度；

$M_i=\{C_i\×[N+\underset{i,j}{\overset{i=1,j=1}{\mathrm{\Σ}}}(N-X_i+Y_j)\left]\right\}\×e^{0.0312}+\underset{j}{\overset{j=1}{\mathrm{\Σ}}}(C_j\×Y_j)\×e^{0.0618}...\left(1\right)$

(1)式中：M_i，第i个温度反应溶液鲕粒灰岩样品中释放的Ca²⁺、Mg²⁺物质量的总和，mmol；C_i，第i个反应温度溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，mmol/L；N，在反应器内加入恒温预热的盐酸量，L；X_j，取第j个反应溶液样品时，反应容器内剩余溶液体积，L；C_j，第i温度反应条件下第j个反应溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，mmol/L；Y_j，取第j个反应溶液样品体积为：3×10^-3L；e是一个无理数，约等于2.718281828；

进一步地：应用实验方法得到C_i、X_i、C_j等参数；

进一步地：N是实验要求的加量，5×10^-2L；

第二步：鲕粒灰岩的溶解速率的确定

$r=\frac{k\×{(1-\frac{C_i}{C_{\exp }})}^n\×e^{0.0312}}{T}...\left(2\right)$

$C_{\exp }=\frac{M_i}{\frac{\underset{i}{\overset{i=1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{\mathrm{\Δ}}}{36.5\mathrm{\ρ}}{10}^3+M}...\left(3\right)$

$X_{\mathrm{\Δ}}=N+\underset{i,j}{\overset{i=1,j=1}{\mathrm{\Σ}}}(N-X_i+Y_j)...\left(4\right)$

(2)、(3)、(4)式中：r，鲕粒灰岩的溶解速率mol/s；C_i，第i个反应溶液样品中Ca²⁺、Mg²⁺离子的浓度，mmol/L；C_exp，鲕粒灰岩的溶解度，即平衡浓度，mmol/L；k，反应常数，取1.5～2.0×10^-10，对于鲕粒灰岩为白云石时，取1.5×10^-10；对于鲕粒灰岩为方解石时，取2.0×10^-10；n，反应级数，对于鲕粒灰岩为方解石时，n＝1；对于鲕粒灰岩为白云石时，n＝0.5～0.7；M，鲕粒灰岩样品的量，mmol；e是一个无理数，约等于2.718281828；ρ，浓度为1mmol的盐酸密度，取1.015g/mL；T，实验时间，s；N，在反应器内加入恒温预热的盐酸量，L；X_Δ，反应总共消耗浓度为1mmol盐酸的量，L；X_j，取第j个反应溶液样品时，反应容器内剩余溶液体积，L；Y_j，取第j个反应溶液样品体积为：3×10^-3L；

进一步地：应用实验方法得到C_i等参数；

进一步地：应用实验方法取得的数据，然后计算得到C_exp、X_Δ等参数。

2.如权利要求1所述的平衡式实验方法采用的设备及实验方法是石油与天然气地质学技术领域技术人员所熟知的。

3.如权利要求1所述的应用实验方法得到C_i、X_i、C_j等参数，其实验方法是石油行业技术人员熟知的。