CN111781082A - 一种表征水岩模拟实验中长石溶蚀程度的方法 - Google Patents
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Abstract
一种评估储层中长石溶蚀程度的方法，本方法综合考虑两种长石在样品中的含量及离子浓度等因素，还要考虑成岩阶段及埋藏时间等问题，揭示了评估地质构造中的长石溶蚀的机理及对油藏形成的影响。
Description
技术领域
本发明涉及一种表征水岩模拟实验中长石溶蚀程度的方法，属于石油勘探开发领域中油气层成藏机理技术领域。
背景技术
长石是油气储集层中易溶的硅酸盐矿物，其在酸性条件下溶蚀形成的次生孔隙可以作为油气的储层空间，是晚成岩期及深埋藏条件下优质储层的主要贡献者。已有的水岩模拟实验得到的结论均认为酸性流体对于钠长石的溶蚀强于钾长石，但近期的研究发现，渤海湾盆地渤中凹陷深层钾长石的溶蚀较普遍，对优质储层的贡献较大，但其形成机理尚不明确，需要借助水岩模拟实验来探讨其形成机理。鉴于水岩模拟实验存在两方面的弊端：一是样品由岩屑(岩石)和矿物组成，岩屑中钾长石和钠长石的含量不固定，而矿物也并非100％纯的钾长石和钠长石；二是实验时间有限，无法与地质时间对比。因此在表征钾长石和钠长石溶蚀程度的时候，应综合考虑两种长石在样品中的含量及离子浓度等因素，还要考虑成岩阶段及埋藏时间等问题。目前对于地质构造中的长石溶蚀的机理及对油藏形成的影响还缺少相关的研究。
发明内容
本发明根据岩石中钠长石和钾长石两种对成藏具有重大影响的矿物在地层中的溶蚀情况，提出一种评估储层中长石溶蚀程度的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)选择水岩模拟实验需要的矿物及岩石样品，并对样品进行X-衍射全岩成分分析，确定样品中的钾长石和钠长石百分含量；
(2)称取实验前的样品质量，根据样品中钾长石和钠长石百分含量，分别计算钾长石和钠长石的总质量；
(3)根据不同成岩阶段的地层温压条件，结合地层流体类型，进行矿物及岩石溶蚀的水岩模拟实验；
(4)测定实验后反应溶液的离子浓度，根据K+、Na+离子浓度和溶液体积，计算溶液中的钾、钠离子的质量；
(5)根据钾长石、钠长石的化学式，计算钾、钠元素分别在钾长石和钠长石中的质量比；
(6)用溶液中的钾、钠离子的质量除以钾、钠元素分别在钾长石和钠长石中的质量比，即得到溶蚀的钾长石及钠长石的质量；
(7)用溶蚀的钾长石及钠长石的质量除以样品中钾长石和钠长石的总质量，即得到钾长石及钠长石的溶蚀比例；
(8)用溶蚀的钾长石及钠长石质量除以实验时间，即为钾长石及钠长石的溶蚀速率。
步骤(7)中所述钾长石及钠长石的溶蚀比例的计算公式如下所示，长石溶蚀比例A％＝
其中C是溶液中钾离子或钠离子浓度；V：溶液体积；M1：钠长石或钾长石相对分子质量；M2：钠或钾相对原子质量；M：钠长石或钾长石在岩石样品中占比；m：单个样品质量。
步骤(3)中所述实验条件是根据储层不同成岩阶段的温压条件，温度为70-250℃，压力为2-50MPa。
步骤(3)中所述矿物及岩石溶蚀的水岩模拟实验采用的酸液为富含CO2或有机酸的溶液，所述有机酸是已有Ⅱ1型干酪根热解排出的有机酸种类确定。
步骤(3)中所述实验操作条件参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5477-2003进行。
优选的，所述富CO2酸性流体是CO2的水溶液，所述有机酸是碳原子数为1-20的一元或二元羧酸、优选所述有机酸含有芳基，更优选是甲酸、乙酸、乙二酸中的一种或多种。
本发明的有益技术效果：长石是油气储集层中易溶的硅酸盐矿物，其在酸性条件下溶蚀形成的次生孔隙可以作为油气的储层空间，是晚成岩期及深埋藏条件下优质储层的主要贡献者。本方法在综合考虑地层条件下，钾长石和钠长石在样品中的含量及离子浓度等因素，给出了综合评价长石溶蚀程度及速率的方法，为评估含油气储层中的长石溶蚀的机理及对油藏形成的影响提供了很好的补充和借鉴。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明
实施例1
以混合矿物为研究对象，分别在富含CO2和有机酸两种不同地层流体作用下，观察钠长石、钾长石、方解石和白云石等多种矿物共存体系中，不同的温压条件下，多种矿物的溶蚀特征。
实验样品：矿物成分包括钾长石、钠长石、方解石和白云石，岩屑成分用典型的安山岩和流纹岩代替，将矿物样品和岩石样品均制成1cm见方的块状样，表面抛光；
实验流体：包括富CO2的酸性流体和有机酸。富CO2酸性流体用干冰加蒸馏水代替；有机酸据已有Ⅱ1型干酪根热解排出的有机酸种类和数量配制。
实验条件：模拟不同成岩阶段的温压条件，选取六个温度条件，分别为70℃、100℃、130℃、160℃、190℃、250℃(分别代表搬运+沉积期、早成岩B期、中成岩B期和深埋期)；对应压力分别为2.3MPa、10.0MPa、20MPa、30MPa、38MPa、50MPa；实验周期为72小时。
实验步骤：对反应前的实验样品进行扫描电镜观察；取处理过的矿物和岩石样品各2块，分别烘干称重后，按照体积比1:1进行混合；将混合好的样品放入高压反应釜的吊篮内，釜内加入500ml纯净水和81g干冰并迅速密封，或者加入500ml有机酸溶液，进行加温加压；分别在目标温压条件下反应72小时；反应后对不同温压条件下的样品称重，并进行扫描电镜观察，对反应后溶液进行pH值及离子浓度测定。
溶蚀实验后样品的表征：
①实验样品的X-衍射数据
实验前，对样品进行X-衍射全岩成分分析如表1所示，确定样品中的长石(钾长石、钠长石)百分含量。
表1实验样品的X-衍射分析数据表
②实验样品的质量
实验样品加工过程中，为了达到较好的对比效果，力求样品质量一致，所有样品的质量均保证在2.50g左右。
③反应液的离子浓度数据
对反应后的溶液进行离子浓度检测，得到离子浓度数据表(表2)。其中，C-代表富CO2酸性流体；Y-代表有机酸。
表2水岩模拟实验后反应液离子浓度数据表
(3)长石溶蚀比例的计算
根据长石溶蚀比例的计算公式进行计算，公式中的离子浓度C，已测；溶液体积V，为500ml；离子源岩相对分子质量M1，可算；离子相对原子质量M2，可算；离子源岩在各个样品中占比之和M，可算；单个样品质量m，为2.50g。
下面以有机酸-混合矿物溶蚀实验中钾长石在70℃、2.3MPa条件下为例说明计算过程。
①计算样品中钾长石的总质量
由表1可知，“钾长石”在钾长石、钠长石、方解石、白云石、安山岩、流纹岩中含量分别为60％、55％、1％、1％、15％和28％，钾长石的总质量M如下：
M＝2.50g*60％+2.50g*55％+2.50g*1％+2.50g*1％+2.50*15％+2.50*28％＝4.0g
②计算溶液中的钾离子的质量
由溶液的离子浓度分析数据可知，有机酸-混合矿物溶蚀实验70℃下溶液中钾离子浓度为1.36mg/L，溶液体积为0.5L，钾离子浓度乘以溶液体积得溶出的钾离子质量为m＝1.36*0.5＝0.68mg，即0.00068g
③将钾离子的质量换算成钾长石的质量
已知钾长石的化学式为(K2O·Al2O3·6SiO2)，相对分子质量为556，其中钾离子的相对原子质量为78，即钾元素占钾长石的质量比为78/556，用钾离子的质量除以这个比值，得出溶蚀的钾长石质量Mk＝0.00068/(78/556)＝0.00485g。
④计算钾长石的溶蚀比例
用溶蚀的钾长石质量Mk除以样品中钾长石的总质量M，即为钾长石的溶蚀比例n，
n＝Mk/M*100％＝0.00485/4.0*100％＝0.121％
⑤计算钾长石的溶蚀速率
用溶蚀的钾长石质量Mk除以实验时间，即为钾长石的溶蚀速率V1，
V1＝Mk/t＝0.00485g/72h＝0.0000673g/h＝0.0673mg/h
(4)长石溶蚀比例计算结果及分析
重复上述长石溶蚀比例的计算过程，得到不同流体类型、不同温压条件下的钾长石和钠长石的溶蚀比例和溶蚀速率，并计算了相对溶蚀比例(即两种长石溶蚀比例的比值)(表3)。其中，C-代表富CO2酸性流体；Y-代表有机酸。
表3长石溶蚀比例及速率数据表
通过有机酸-混合矿物及CO2-混合矿物长石溶蚀比例及溶蚀速率的对比发现，随温度升高，两类长石的溶蚀程度均逐渐增加，且钠长石的溶蚀程度高于钾长石，仅在有机酸-混合矿物溶蚀实验中250℃条件下两者一样，这个结果貌似跟前人研究得到的钠长石溶蚀强于钾长石的结果一致，但这里面没有考虑地质时间这个变量。
为了分析地质时间的影响，引入了相对溶蚀比例这个参数，根据这个参数的变化趋势可以分析两种长石的长期溶蚀特征。通过对比两种长石的相对溶蚀比例可以发现，随温度升高，钠长石与钾长石的相对溶蚀比例有变化，整体呈现逐渐降低的趋势，说明钾长石的溶蚀比例增加速度高于钠长石。推测在深埋藏条件下或者地质时间尺度内，钾长石的溶蚀程度最终会高于钠长石。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种评估储层中长石溶蚀程度的方法：包括以下步骤：
(1)选用水岩模拟实验需要的矿物及岩石样品，并对样品进行X-衍射全岩成分分析，确定样品中的钾长石和钠长石百分含量；
(2)称取实验前的样品质量，根据样品中钾长石和钠长石百分含量，分别计算钾长石和钠长石的总质量；
(3)根据不同成岩阶段的地层温压条件，结合地层流体类型，确定实验条件，进行矿物及岩石溶蚀的水岩模拟实验；
(4)测定实验后反应溶液的离子浓度，根据K+、Na+离子浓度和溶液体积，计算溶液中的钾、钠离子的质量；
(5)根据钾长石、钠长石的化学式，计算钾、钠元素分别在钾长石和钠长石中的质量比；
(6)用溶液中的钾、钠离子的质量除以钾、钠元素分别在钾长石和钠长石中的质量比，即得到溶蚀的钾长石及钠长石的质量；
(7)用溶蚀的钾长石及钠长石的质量除以样品中钾长石和钠长石的总质量，即得到钾长石及钠长石的溶蚀比例；
(8)用溶蚀的钾长石及钠长石质量除以实验时间，即为钾长石及钠长石的溶蚀速率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(7)中所述钾长石及钠长石的溶蚀比例的计算公式如下所示，长石溶蚀比例A％＝
其中C是溶液中钾离子或钠离子浓度；V：溶液体积；M1：钠长石或钾长石相对分子质量；M2：钠或钾相对原子质量；M：钠长石或钾长石在岩石样品中占比；m：单个样品质量。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述实验条件是根据储层不同成岩阶段的温压条件，温度为70-250℃，压力为2-50MPa。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述矿物及岩石溶蚀的水岩模拟实验采用的酸液为富含CO2或有机酸的溶液，所述有机酸是已有Ⅱ1型干酪根热解排出的有机酸种类确定。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述富CO2酸性流体是CO2的水溶液，所述有机酸是碳原子数为1-20的一元或二元羧酸，优选所述有机酸含有芳基。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述有机酸是甲酸、乙酸、乙二酸中的一种或多种。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(3)中所述实验操作条件参照中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T 5477-2003进行。
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