储层矿物溶解动力学探究及机理分析

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoshumin82
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碳酸岩(方解石、白云石)与硅酸岩(长石)作为渤海湾储层的典型矿物,在埋藏条件下与地层流体的相互作用是优质储集层形成的主要作用方式。水-岩相互作用是复杂的溶蚀-沉淀动态耦合过程,因此明确其溶蚀-沉淀过程与控制因素、定量厘定其速率及机理对于储层孔隙发育评估与预测有重要意义。本文通过大量的动力学模拟实验,主要探究了以下内容:(1)方解石在乙酸体系溶蚀过程中的主要影响因素(温度、矿化度、离子类型、pH)、相关动力学分析、热力学动力学关系以及溶蚀特征与相应机理;(2)白云石在乙酸体系溶蚀过程中的主要影响因素(温度、pH)、相关动力学分析、以及溶蚀特征与相应机理;(3)钾长石-乙酸-水体系(pH=3、7)以及碱性长石-乙酸-氯化钠体系下长石溶解-沉淀过程、相关动力学以及溶解-沉淀机理。研究结果表明:(1)方解石溶蚀速率随温度(50-150℃)、矿化度(0-1 mol·L-1)的增大呈现先增大后减小趋势,随pH(3-7)增加而减小,随离子类型价态增加而增大。其动力学拟合关系表明,方解溶蚀过程主要受扩散作用控制,并且得到ΔG-r相关方程。同时溶蚀机理为溶蚀反应优先发生在高吉布斯自由能的表面,并且整个溶蚀过程由溶孔到溶蚀坑,再到溶蚀带,随后形成溶蚀晶锥,最后裸露出新晶面的过程进行;(2)白云石溶蚀速率随温度升高而增大,pH增大而减小。线性动力学拟合结果显示温度升高会减弱浓度效应。整个溶蚀过程呈现明显的去白云化现象,并且出现溶蚀缝、溶蚀孔、菱形蚀缝等多种溶蚀现象。得到其溶蚀机理为,先形成蚀缝,而后到蚀孔,最终形成蜂窝状白云石。(3)钾长石-乙酸-水体系pH=3条件下,其过程主要分为三个阶段(勃姆石区、高岭石区、白云母区),并通过计算溶蚀过程对储层孔隙贡献度为4.58%。pH=7条件下,其过程大致可以分为两个阶段(勃姆石区、白云母区),计算得到相应储层贡献度仅为0.74%;碱性长石-乙酸-氯化钠体系pH=7条件下碱性长石先与勃姆石达到平衡,而后反应达到钾长石与白云母的稳定相区,期间还会发生钾长石与钠长石之间的转化。大致估算出其增孔效应为0.3%;长石的溶解行为可以分为三个pH区间:(a)在高H+离子浓度下,对于H+离子反应级数为0.5,(b)在低H+离子浓度下,对于H+离子反应级数为0.25,(c)在碱性区间内,对于OH-离子的反应级数为0.5。
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