基于埋藏溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)的白云巖儲(chǔ)層孔隙效應(yīng)研究
——以塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組為例

鄭劍鋒，沈安江，黃理力，陳永權(quán)，佘 敏

(1.中國(guó)石油集團(tuán) 碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310023； 2.中國(guó)石油 杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；3.中國(guó)石油 塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

基于埋藏溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)的白云巖儲(chǔ)層孔隙效應(yīng)研究
——以塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組為例

鄭劍鋒1,2，沈安江1,2，黃理力1,2，陳永權(quán)3，佘 敏1,2

(1.中國(guó)石油集團(tuán) 碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州 310023； 2.中國(guó)石油 杭州地質(zhì)研究院，杭州 310023；3.中國(guó)石油 塔里木油田分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

埋藏溶蝕作用是白云巖儲(chǔ)層發(fā)育的控制因素之一，但其對(duì)儲(chǔ)層的孔隙效應(yīng)不清，從而制約埋藏溶蝕型白云巖儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)與勘探。以塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組白云巖為例，優(yōu)選藻砂屑白云巖、疊層石白云巖和凝塊石白云巖3種最常見(jiàn)的巖相為樣品，用0.2%的乙酸溶液代表埋藏環(huán)境中的有機(jī)酸，開(kāi)展高溫高壓條件下、開(kāi)放連續(xù)流動(dòng)體系中的儲(chǔ)層溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，不同溫壓條件、不同巖相特征樣品的孔隙度都有所增大，但滲透率呈指數(shù)級(jí)增大；藻砂屑白云巖的儲(chǔ)集空間類型從孔隙型演變?yōu)榭紫丁锥葱?，疊層石白云巖和凝塊石白云巖的儲(chǔ)集空間類型從孔隙型演變?yōu)槿芸住芸p型。由此說(shuō)明在埋藏環(huán)境中，有機(jī)酸對(duì)白云巖具有較強(qiáng)的溶蝕性，白云巖儲(chǔ)層的初始孔隙結(jié)構(gòu)控制著最終儲(chǔ)集空間類型；埋藏溶蝕作用從開(kāi)始相對(duì)均勻溶蝕逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷鶆蛉芪g，導(dǎo)致溶孔、溶縫非均質(zhì)發(fā)育，局部孔隙間連通性變好。因此埋藏溶蝕作用對(duì)改善白云巖儲(chǔ)層滲透率的貢獻(xiàn)更大。

埋藏溶蝕；模擬實(shí)驗(yàn)；孔隙效應(yīng)；白云巖儲(chǔ)層；肖爾布拉克組；塔里木盆地

目前對(duì)于白云巖儲(chǔ)層的成因，主要認(rèn)為沉積相、層序界面和埋藏(熱液)溶蝕作用是儲(chǔ)層發(fā)育的主控因素[1-9]。其中優(yōu)勢(shì)相帶控制基質(zhì)孔規(guī)模發(fā)育，層序界面控制暴露面之下洞穴、溶孔和溶縫規(guī)模發(fā)育的機(jī)理明確。對(duì)于埋藏(熱液)溶蝕作用，勘探證實(shí)埋藏過(guò)程中形成的次生溶蝕孔洞是白云巖儲(chǔ)層的重要儲(chǔ)集空間[10-12]。地質(zhì)研究者認(rèn)為有機(jī)酸、H2S 和深部熱液等地質(zhì)流體能在高溫高壓的埋藏環(huán)境中溶蝕白云巖，從而形成了這些次生溶蝕孔洞[13-15]。但埋藏(熱液)溶蝕作用能多大程度地改造白云巖儲(chǔ)層，以及對(duì)不同巖相、不同原始孔隙結(jié)構(gòu)的白云巖是否具有不同的孔隙效應(yīng)等問(wèn)題仍然不明確，因此有必要通過(guò)埋藏溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)來(lái)研究埋藏溶蝕作用對(duì)白云巖儲(chǔ)層的孔隙效應(yīng)。

目前關(guān)于白云巖溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)的報(bào)道主要以近地表?xiàng)l件下溶蝕模擬為主[16-19]，而對(duì)于埋藏環(huán)境下的白云巖溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)研究則較少。佘敏等通過(guò)對(duì)比高溫高壓下白云巖和灰?guī)r的溶蝕速率，認(rèn)為溶蝕速率隨埋藏深度的增加而增大，白云巖的溶蝕速率逐漸與灰?guī)r趨于一致[20]；并通過(guò)對(duì)四川盆地的亮晶含灰鮞粒白云巖、亮晶鮞粒白云巖和粉細(xì)晶白云巖進(jìn)行高溫高壓溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為隨埋藏深度的增加，有機(jī)酸對(duì)白云巖的溶蝕能力降低，溶蝕作用使白云巖的孔隙度增加了5%，滲透率增加了近300%[21]。

塔里木盆地下古生界廣泛發(fā)育白云巖，但勘探一直沒(méi)有取得突破，其中儲(chǔ)層成因問(wèn)題是重要的制約因素之一[22-23]。下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組白云巖儲(chǔ)層是當(dāng)前塔里木盆地鹽下領(lǐng)域的勘探重點(diǎn)[24-25]。本文以塔里木盆地巴楚地區(qū)舒探1井和柯坪地區(qū)蘇蓋特布拉克剖面的肖爾布拉克組白云巖為例，開(kāi)展高溫高壓儲(chǔ)層溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)，研究深埋藏環(huán)境中有機(jī)酸溶蝕作用對(duì)白云巖儲(chǔ)層的孔隙效應(yīng)，以期為白云巖儲(chǔ)層成因的認(rèn)識(shí)提供實(shí)驗(yàn)參考依據(jù)。

1 樣品及實(shí)驗(yàn)方法

1.1實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)樣品的選擇一般需滿足2個(gè)條件：一是要有代表性；二是樣品的滲透率必須要達(dá)到0.1×10-3μm2以上(流體能通過(guò)樣品的內(nèi)部)。塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組主要的儲(chǔ)集巖類型為與藻(微生物)有關(guān)的藻砂屑、疊層石和凝塊巖白云巖[26-27]，研究?jī)?yōu)選巴楚地區(qū)舒探1井肖爾布拉克組粒間孔發(fā)育的藻砂屑白云巖、格架孔發(fā)育的疊層石白云巖和柯坪地區(qū)蘇蓋特布拉克剖面粒間溶孔發(fā)育的凝塊石白云巖為溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)象，用巖心取樣機(jī)分別鉆取25 mm×30 mm的柱塞樣，同時(shí)制作鑄體薄片進(jìn)行顯微分析(圖1)。由于部分孔隙中含有瀝青，因此柱塞樣品首先用苯和酒精3∶1的混合溶劑進(jìn)行14d的洗油，然后進(jìn)行孔滲測(cè)定：藻砂屑白云巖的孔隙度和滲透率分別為9.61%和3.50×10-3μm2，疊層石白云巖的孔隙度和滲透率為7.31%和2.35×10-3μm2，凝塊石白云巖的孔隙度和滲透率為5.78%和0.11×10-3μm2，3個(gè)樣品都滿足實(shí)驗(yàn)對(duì)滲透率的要求。此外，在把樣品裝入實(shí)驗(yàn)裝置的反應(yīng)釜前，用去離子水對(duì)其進(jìn)行超聲清洗，然后在105 ℃的烘箱內(nèi)干燥12 h。

圖1 塔里木盆地下寒武統(tǒng)

1.2實(shí)驗(yàn)設(shè)備

白云巖溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)前后儲(chǔ)層的表征都在杭州地質(zhì)研究院的中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。樣品物性測(cè)試的儀器為FYKS-3型覆壓氣體孔滲聯(lián)合測(cè)試儀，測(cè)試環(huán)境為大氣壓101.1 kPa，溫度25 ℃，濕度60%RH。樣品三維表征的儀器為德國(guó)產(chǎn)的定制化工業(yè)CT裝置VtomeX，25 mm樣品的掃描分辨率達(dá)到7.55 μm。溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)采用杭州地質(zhì)研究院自主設(shè)計(jì)的高溫高壓溶蝕動(dòng)力學(xué)模擬裝置，可模擬流體連續(xù)流動(dòng)狀態(tài)，最高理論工作溫度和壓力分別為400 ℃和100MPa。測(cè)定實(shí)驗(yàn)反應(yīng)生成液中Ca2+和Mg2+濃度的儀器為L(zhǎng)eeman Prodigy全譜直讀光譜儀。

表1 塔里木盆地下寒武統(tǒng)肖爾布拉克組儲(chǔ)層溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)條件

1.3實(shí)驗(yàn)方法

近年來(lái)人們對(duì)深部含烴儲(chǔ)層進(jìn)行了深入的研究，發(fā)現(xiàn)埋藏溶蝕作用常與有機(jī)質(zhì)熱演化過(guò)程中伴生的有機(jī)酸溶蝕碳酸鹽礦物有關(guān)[28-29]，因此本次實(shí)驗(yàn)主要研究埋藏環(huán)境中有機(jī)酸溶蝕作用對(duì)白云巖儲(chǔ)層的溶蝕孔隙效應(yīng)。一般油田水所含有機(jī)酸以乙酸為主，塔里木盆地油田水中乙酸含量多占總酸的60%～90%[30]，故采用乙酸進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。通常高有機(jī)酸含量油田水的pH值為3.8～6[30]。為了加快反應(yīng)速度，減少反應(yīng)時(shí)間，實(shí)驗(yàn)用純乙酸試劑和去離子水配制成質(zhì)量濃度為0.2%、pH值為3.6的較強(qiáng)酸性的乙酸溶液。針對(duì)3個(gè)不同孔隙結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)樣品，設(shè)計(jì)了3種開(kāi)放—連續(xù)流動(dòng)體系下的實(shí)驗(yàn)方案(表1)：①粒間孔發(fā)育的藻砂屑白云巖在變溫度、壓力和恒定流速下的溶蝕模擬，測(cè)量特定溫度、壓力下溶蝕量的變化，來(lái)確定不同溫壓下的孔隙效應(yīng)；②格架孔發(fā)育的疊層石白云巖在恒定溫度、壓力和恒定流速下的溶蝕模擬，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)反應(yīng)過(guò)程中滲透率的變化及不同時(shí)間點(diǎn)溶蝕量的變化，來(lái)確定孔隙演化過(guò)程；③粒間溶孔發(fā)育的凝塊石白云巖在恒定溫度、壓力和恒定流速下的溶蝕模擬，測(cè)量不同時(shí)間點(diǎn)溶蝕量的變化，來(lái)確定孔隙演化過(guò)程。整個(gè)埋藏溶蝕實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如圖2所示。

對(duì)于實(shí)驗(yàn)①，首先在室溫、常壓、1 mL/min流速的條件下，利用反應(yīng)溶液對(duì)白云巖樣品進(jìn)行30min的預(yù)處理，然后將溫度和壓力按低到高的順序升至設(shè)定值(50 ℃和 10 MPa，70 ℃和20 MPa，90 ℃和30 MPa，110 ℃和40 MPa，130 ℃和50 MPa)。當(dāng)溫度和壓力達(dá)到每一個(gè)設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行1.5 h的溶蝕反應(yīng)(反應(yīng)體系達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài))，采集反應(yīng)生成液2份，體積各6 mL，最后用全譜直讀光譜儀分析生成液中Ca2+和Mg2+的濃度(指示白云巖的溶蝕量)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)②，根據(jù)佘敏等[21]實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，在不發(fā)生異常壓力的埋藏環(huán)境下，造成有機(jī)酸對(duì)白云巖溶蝕差異的主要因素是溫度，壓力影響相對(duì)有限，因此采用恒定溫度為100 ℃，恒定壓力為10 MPa。該溫壓條件可以代表埋藏環(huán)境，流體的流速與實(shí)驗(yàn)①一樣為1 mL/min。當(dāng)溫度和壓力達(dá)到設(shè)定值，反應(yīng)體系達(dá)到穩(wěn)定態(tài)后，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)每10 s進(jìn)行一次滲透率值測(cè)定，并且每隔1 h采集一次反應(yīng)生成液，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間預(yù)設(shè)為7 h。對(duì)于實(shí)驗(yàn)③，采用恒定溫度為80 ℃，恒定壓力為10 MPa，流體流速為1 mL/min，每隔1 h采集一次反應(yīng)生成液，整個(gè)反應(yīng)時(shí)間預(yù)設(shè)為7 h。

圖2 白云巖溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)方案示意

為了更好地從定性和定量2個(gè)方面表征白云巖溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)前后的孔隙效應(yīng)，除了進(jìn)行孔滲測(cè)定外，研究還設(shè)計(jì)了基于工業(yè)CT的儲(chǔ)層表征，定性分析孔隙在三維空間的變化。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1實(shí)驗(yàn)①結(jié)果

粒間孔發(fā)育的藻砂屑白云巖在開(kāi)放流動(dòng)體系下，受到1 mL/min恒定流速、0.2%質(zhì)量濃度的乙酸溶蝕，在不同溫度、壓力點(diǎn)所采集到的2份生成液的Ca2+、Mg2+濃度基本一致，說(shuō)明測(cè)量的準(zhǔn)確性。據(jù)此建立Ca2++Mg2+(溶蝕量)隨溫度、壓力變化的關(guān)系圖(圖3)，從中可以直觀地看出，白云巖的溶蝕量在整個(gè)變溫度、壓力溶蝕過(guò)程經(jīng)歷2個(gè)階段：①溶蝕量相對(duì)穩(wěn)定階段，即壓力10～30 MPa、溫度50～90 ℃階段，Ca2++Mg2+的濃度穩(wěn)定在(13～14)×10-3mol/L區(qū)間；②溶蝕量逐漸減少階段，即在壓力30～40 MPa、溫度90～110 ℃階段，Ca2++Mg2+的濃度降至9×10-3mol/L左右；在壓力40～50 MPa、溫度110～130 ℃階段，Ca2++Mg2+的濃度降至7×10-3mol/L左右。

圖3 開(kāi)放流動(dòng)體系下藻砂屑白云巖溶蝕實(shí)驗(yàn)中Ca2++Mg2+濃度隨溫度和壓力變化0.2%的乙酸，1 mL/min恒定流速

2.2實(shí)驗(yàn)②結(jié)果

格架孔發(fā)育的疊層石白云巖在100 ℃溫度、10 MPa壓力的開(kāi)放流動(dòng)體系下，受到1 mL/min恒定流速、0.2%質(zhì)量濃度的乙酸溶蝕，根據(jù)不同時(shí)間點(diǎn)所采集到的生成液中的Ca2+、Mg2+濃度值變化(圖4)可以看出，白云巖的溶蝕量是逐漸降低的，整體呈線性關(guān)系。根據(jù)滲透率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖(圖5)可以看出，整個(gè)恒溫壓溶蝕過(guò)程經(jīng)歷3個(gè)階段：①滲透率緩慢升高階段，即時(shí)間從1 000～4 000 s左右，滲透率從初始的3.50×10-3μm2升至20×10-3μm2附近；②滲透率快速升高階段，即時(shí)間從4 000～8 000 s左右，滲透率從初始的20×10-3μm2升至300×10-3μm2附近；③滲透率急速升高階段，即時(shí)間從8 000～10 000 s左右，滲透率從初始的300×10-3μm2升至測(cè)量的極限值(10 000×10-3μm2)。圖5中，1000s之前是增溫壓的預(yù)設(shè)值階段，此時(shí)反應(yīng)系統(tǒng)不穩(wěn)定，故不記錄滲透率值。

圖4 開(kāi)放流動(dòng)體系下疊層石白云巖溶蝕實(shí)驗(yàn)中Ca2++Mg2+濃度隨時(shí)間變化

圖5 開(kāi)放流動(dòng)體系下疊層石白云巖溶蝕實(shí)驗(yàn)中滲透率隨時(shí)間變化

2.3實(shí)驗(yàn)③結(jié)果

粒間溶孔發(fā)育的凝塊石白云巖在80 ℃溫度、10 MPa壓力的開(kāi)放流動(dòng)體系下，受到1 mL/min恒定流速、0.2%質(zhì)量濃度的乙酸溶蝕，根據(jù)不同時(shí)間點(diǎn)所采集到的生成液中的Ca2+、Mg2+濃度值變化(圖6)可以看出，白云巖的溶蝕量經(jīng)歷相對(duì)快速下降和緩慢下降2個(gè)階段，最終逐漸變?yōu)榉€(wěn)定。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果討論

通過(guò)對(duì)比溶蝕前后實(shí)驗(yàn)樣品的孔隙度和滲透率，可以定量表征有機(jī)酸溶蝕作用對(duì)白云巖儲(chǔ)層物性的改造；通過(guò)對(duì)比溶蝕前后的CT掃描圖像，可以定性表征有機(jī)酸溶蝕作用對(duì)白云巖儲(chǔ)層的孔隙效應(yīng)。

3.1實(shí)驗(yàn)①結(jié)果分析

溶蝕前孔隙度為9.61%，滲透率為3.50×10-3μm2；溶蝕后孔隙度為10.73%，滲透率為678×10-3μm2。很明顯，埋藏開(kāi)放體系下，有機(jī)酸的溶蝕作用使白云巖儲(chǔ)層的孔隙度增大1.12%，而滲透率卻呈指數(shù)級(jí)增大。從溶蝕前后CT掃描圖像切片(圖7a-c,d-f)可以看出，巖石內(nèi)部不是所有孔隙發(fā)育的地方都具有明顯的溶蝕改造特征，而是局部發(fā)生較強(qiáng)的溶蝕作用，形成了溶蝕孔洞，并且溶蝕作用強(qiáng)的地方往往是原來(lái)孔隙相對(duì)大或者密集的部位。對(duì)比三維CT孔隙成像圖(圖7g,h)，根據(jù)不同體積大小的孔隙具有不同顏色可以看出，溶蝕作用后大孔隙比例明顯增多，原來(lái)相對(duì)較大的孔隙被溶蝕成了大孔隙，并且相互連通，而多數(shù)小孔隙并沒(méi)有明顯變大。

圖7 塔里木盆地肖爾布拉克組藻砂屑白云巖儲(chǔ)層溶蝕前后CT成像特征

根據(jù)上述溶蝕前后物性的定量分析和CT掃描的定性表征，可以分析圖3中溶蝕量變化出現(xiàn)2個(gè)階段的原因。溶蝕量穩(wěn)定階段：在初始階段，流體進(jìn)入巖石樣品內(nèi)部，對(duì)所有連通孔隙的表面進(jìn)行均勻溶蝕，此時(shí)乙酸溶液與巖石的接觸面積最大，溶蝕量也最大，孔隙體積略有增加，因此這個(gè)階段相對(duì)穩(wěn)定。溶蝕量逐漸減少階段：隨著溶蝕作用的進(jìn)一步進(jìn)行，孔隙相對(duì)密集發(fā)育區(qū)域的孔隙相互間會(huì)連通，并且逐漸擴(kuò)大，從而局部形成一些相對(duì)較大的溶蝕孔洞；隨后這些溶蝕孔洞逐漸演變?yōu)閮?yōu)勢(shì)通道；最終，流體幾乎只順優(yōu)勢(shì)通道運(yùn)移，此時(shí)流體與圍巖的相對(duì)接觸面積變小，從而導(dǎo)致了溶蝕量的減少，因此這時(shí)為一個(gè)非均勻溶蝕階段。經(jīng)過(guò)高溫高壓環(huán)境下有機(jī)酸對(duì)粒間孔發(fā)育的藻砂屑白云巖的溶蝕作用，儲(chǔ)集空間類型從原來(lái)相對(duì)均質(zhì)的孔隙型演變?yōu)榉蔷|(zhì)的孔洞型。

3.2實(shí)驗(yàn)②結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)樣品溶蝕前孔隙度為7.31%，滲透率為2.35×10-3μm2；溶蝕后孔隙度為9.39%，滲透率為10 100×10-3μm2，說(shuō)明在埋藏開(kāi)放體系下，有機(jī)酸的溶蝕作用使儲(chǔ)層的孔隙度增大2.08%，而滲透率卻達(dá)到測(cè)量的極限值。對(duì)比溶蝕前后沿XZ方向上的CT切片(圖8a，d)可以看出，巖石內(nèi)部溶蝕改造總體并不強(qiáng)烈，多數(shù)孔隙擴(kuò)溶程度不高。但對(duì)比沿YZ方向的切片(圖8b，e)卻發(fā)現(xiàn)，疊層石白云巖的孔隙順層發(fā)育特征明顯，局部經(jīng)過(guò)有機(jī)酸溶蝕作用后形成了一條溶縫，而其他部位同樣溶蝕改造作用不明顯。對(duì)比沿XY方向的切片(圖8c，f)，只在局部形成一個(gè)大的溶蝕孔，該溶蝕孔與YZ方向上的溶縫相對(duì)應(yīng)，是其橫截面。對(duì)比三維CT孔隙成像圖(圖8g，h)也可以發(fā)現(xiàn)，小孔隙內(nèi)的溶蝕作用并不強(qiáng)烈，大孔隙增多，并且順一個(gè)連通層位溶縫。

根據(jù)上述溶蝕前后物性的定量分析和CT掃描的定性表征，可以分析圖5中滲透率變化出現(xiàn)3個(gè)階段的原因。滲透率緩慢升高階段：在初始階段，流體進(jìn)入巖石樣品內(nèi)部，對(duì)所有連通孔隙的表面進(jìn)行均勻溶蝕，此時(shí)乙酸流體與巖石表面的接觸面積最大，導(dǎo)致白云巖的溶蝕量也最大，孔隙度均勻增大、連通性逐漸提高。滲透率快速升高階段：該階段為非均勻溶蝕階段，由于疊層石白云巖孔隙的發(fā)育與巖石結(jié)構(gòu)相關(guān)，主要呈水平狀順層發(fā)育，隨著溶蝕作用的進(jìn)一步進(jìn)行，水平方向上局部原來(lái)連通性就較好的層會(huì)更容易連通，從而形成局部水平狀優(yōu)勢(shì)通道，流體主體逐漸在優(yōu)勢(shì)通道中運(yùn)移，此時(shí)連通性快速提高。滲透率急速升高階段：隨著溶蝕作用持續(xù)進(jìn)行，流體最終幾乎只順優(yōu)勢(shì)通道運(yùn)移，并且進(jìn)一步溶蝕擴(kuò)大這些水平通道，最終完全演化為溶縫，此時(shí)白云石溶解量最小。經(jīng)過(guò)高溫高壓環(huán)境下有機(jī)酸對(duì)格架孔發(fā)育的疊層石白云巖的溶蝕作用，儲(chǔ)集空間類型從原來(lái)的孔隙型演變?yōu)槿芸住芸p型。

圖8 塔里木盆地肖爾布拉克組

3.3實(shí)驗(yàn)③結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)樣品溶蝕前孔隙度為5.78%，滲透率為0.11×10-3μm2；溶蝕后孔隙度為6.45%，滲透率為2 300×10-3μm2。與實(shí)驗(yàn)①和②結(jié)果相似，在埋藏開(kāi)放體系下，有機(jī)酸的溶蝕作用使儲(chǔ)層的孔隙度略有增大，而滲透率卻呈指數(shù)級(jí)增大。從溶蝕前CT掃描圖像切片(圖9a-c)可以看出，該樣品孔隙的大小、分布都相對(duì)不均；溶蝕后(圖9d-f)具有原始孔徑越大、孔隙擴(kuò)溶作用越強(qiáng)烈的特征。同實(shí)驗(yàn)①的樣品相似，局部形成了溶蝕孔洞，孔隙大小的非均質(zhì)性更加強(qiáng)烈。根據(jù)三維CT孔隙成像圖(圖9g，h)可以清晰地看出，溶蝕作用后不僅大孔隙比例有所增多，而且這些部分孔徑較大的溶孔相互間連通，在局部區(qū)域形成了一條不規(guī)則的溶縫。

圖9 塔里木盆地肖爾布拉克組凝塊石白云巖儲(chǔ)層溶蝕前后CT成像特征

根據(jù)上述溶蝕前后物性的定量分析和CT掃描的定性表征，可以分析圖6中溶蝕量變化出現(xiàn)2個(gè)階段的原因。溶蝕量快速下降階段：這是由于孔隙大小不均造成的，一開(kāi)始流體就多數(shù)進(jìn)入較大溶孔中，2 h后乙酸溶液與巖石的接觸面積基本到達(dá)最小值，這與實(shí)驗(yàn)①和②樣品孔隙大小、分布相對(duì)均質(zhì)不同，前者導(dǎo)致溶蝕量快速減少，后兩者溶蝕量緩慢減少。溶蝕量緩慢減少階段：溶蝕初期就導(dǎo)致了較大溶孔間相互基本連通，形成了流體運(yùn)移的優(yōu)勢(shì)通道，因此溶蝕后期流體與巖石的相對(duì)接觸面積變小，從而導(dǎo)致了溶蝕量變化率緩慢變小，最終趨于穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)高溫高壓環(huán)境下有機(jī)酸對(duì)粒間孔發(fā)育的凝塊石白云巖的溶蝕作用，儲(chǔ)集空間類型從原來(lái)溶孔不均勻發(fā)育的孔隙型，演變?yōu)榉蔷|(zhì)更加強(qiáng)烈的孔縫型。該實(shí)驗(yàn)結(jié)果同時(shí)也間接反映了該類儲(chǔ)層如果在埋藏期受到酸性流體或熱液的溶蝕改造，很容易形成高滲透率的優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層。

綜合上述3個(gè)白云巖溶蝕模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以說(shuō)明，在高溫高壓的埋藏環(huán)境中，有機(jī)酸對(duì)白云巖具有溶蝕性，但隨著溶蝕時(shí)間的推移，白云巖的溶蝕量呈逐漸下降趨勢(shì)，總體表現(xiàn)為一個(gè)非均勻的溶蝕過(guò)程，導(dǎo)致局部形成較大的溶蝕孔洞和溶縫。很明顯，不同原始孔隙結(jié)構(gòu)的白云巖儲(chǔ)層受到有機(jī)酸溶蝕作用會(huì)形成不同的儲(chǔ)集空間，溶蝕作用對(duì)改善白云巖儲(chǔ)層的孔隙度的貢獻(xiàn)相對(duì)較小，但對(duì)改善其滲透率貢獻(xiàn)非常大。

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)一個(gè)小的開(kāi)放體系來(lái)模擬地下大的相對(duì)開(kāi)放的埋藏環(huán)境，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溶蝕產(chǎn)物直接流出了巖石樣品，因此實(shí)驗(yàn)結(jié)果是理想化的。但自然界的物質(zhì)是平衡的，有溶解作用的發(fā)生，必有沉淀作用的發(fā)生，地下埋藏環(huán)境中的實(shí)際情況是白云巖溶蝕產(chǎn)物會(huì)隨流體的持續(xù)運(yùn)移，被帶到流體勢(shì)能的末端或開(kāi)放體系的邊緣并發(fā)生沉淀。因此許多學(xué)者認(rèn)為埋藏(熱液)溶蝕作用是一把“雙刃劍”，既可以在一個(gè)區(qū)域改善儲(chǔ)層物性，又可以在另一個(gè)區(qū)域破壞儲(chǔ)層[31-32]。作為石油地質(zhì)工作者，我們更關(guān)注的是所發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層的成因和有效性問(wèn)題，并通過(guò)儲(chǔ)層的成因及有效性的認(rèn)識(shí)來(lái)預(yù)測(cè)規(guī)模儲(chǔ)層。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明有機(jī)酸在深埋藏環(huán)境中對(duì)白云巖具有溶蝕作用，明確了埋藏溶蝕作用對(duì)白云巖儲(chǔ)層的孔隙效應(yīng)。

4 結(jié)論

(1)在埋藏環(huán)境中，有機(jī)酸對(duì)白云巖具有較強(qiáng)的溶蝕性，但隨著溶蝕時(shí)間的推移，溶蝕作用從相對(duì)均勻溶蝕逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷鶆蛉芪g，導(dǎo)致白云巖的溶蝕量逐漸降低，溶孔、溶縫非均質(zhì)發(fā)育，局部孔隙間連通性變好。

(2)粒間孔相對(duì)均勻發(fā)育的藻砂屑白云巖儲(chǔ)層、格架孔發(fā)育的疊層石白云巖儲(chǔ)層和粒間溶孔發(fā)育的凝塊石白云巖儲(chǔ)層，在高溫高壓條件下受有機(jī)酸溶蝕作用，三者的孔隙度都有所增大，但滲透率呈指數(shù)級(jí)增大，前者的儲(chǔ)集空間類型從孔隙型演變?yōu)榭紫丁锥葱?，后兩者的?chǔ)集空間類型從孔隙型演變?yōu)槿芸住芸p型。埋藏有機(jī)酸溶蝕作用對(duì)改善白云巖儲(chǔ)層滲透率的貢獻(xiàn)更大，而白云巖儲(chǔ)層的初始孔隙結(jié)構(gòu)控制著最終儲(chǔ)集空間類型。

[1] Moore C H.Carbonate reservoirs:Porosity evolution and diagenesis in a sequence stratigraphic framework[M].Amsterdam:Elsevier,2001:145-183.

[2] 張新華,黃文輝,王安甲,等.塔里木盆地下古生界白云巖儲(chǔ)層發(fā)育控制因素分析[J].西北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,39(2):288-292.

Zhang Xinhua,Huang Wenhui,Wang Anjia,et al.Analysis of the reservoir development controlling factors of the Cambro-Lower Ordovician dolomite in Tarim Basin[J].Journal of Northwest University (Natural Science Edition),2009,39(2):288-292.

[3] 鄭劍鋒,沈安江,喬占峰,等.塔里木盆地下奧陶統(tǒng)蓬萊壩組白云巖成因及儲(chǔ)層主控因素分析：以巴楚大班塔格剖面為例[J].巖石學(xué)報(bào),2013,29(9):3223-3232.

Zheng Jianfeng,Shen Anjiang,Qiao Zhanfeng,et al.Genesis of dolomite and main controlling factors of reservoir in Penglaiba Formation of Lower Ordovician,Tarim Basin:A case study of Dabantage outcrop in Bachu area[J].Acta Petrologica Sinica,2013,29(9):3223-3232.

[4] 趙文智,沈安江,鄭劍鋒,等.塔里木、四川及鄂爾多斯盆地白云巖儲(chǔ)層孔隙成因探討及對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的指導(dǎo)意義[J].中國(guó)科學(xué)(地球科學(xué)),2014,44(9):1925-1939.

Zhao Wenzhi,Shen Anjiang,Zheng Jianfeng,et al.The porosity origin of dolostone reservoirs in the Tarim,Sichuan and Ordos basins and its implication to reservoir prediction[J].Science China(Earth Sciences),2014,57(10):2498-2511.

[5] 沈安江,趙文智,胡安平,等.海相碳酸鹽巖儲(chǔ)集層發(fā)育主控因素[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2015,42(5):545-554.

Shen Anjiang,Zhao Wenzhi,Hu Anping,et al.Major factors controlling the development of marine carbonate reservoirs[J].Petroleum Exploration and Development,2015,42(5):545-554.

[6] 費(fèi)劍煒,楊紅彩,周芳芳,等.塔里木盆地雅克拉斷凸及周緣前中生界白云巖儲(chǔ)層成因與勘探潛力[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2015,37(3):286-292.

Fei Jianwei,Yang Hongcai,Zhou Fangfang,et al.Genetic types and exploration potential of pre-Mesozoic dolomite reservoirs in Yakela fault arch and its surrounding areas,Tarim Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2015,37(3):286-292.

[7] 江文劍,侯明才,邢鳳存,等.川東南寒武系婁山關(guān)群白云巖成巖作用特征[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2016,38(3):311-319.

Jiang Wenjian,Hou Mingcai,Xing Fengcun,et al.Diagenetic characteristics of dolomites in the Cambrian Loushanguan Group in southeastern Sichuan Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2016,38(3):311-319.

[8] 李小寧,黃思靜,黃樹(shù)光,等.四川盆地南江棲霞組白云巖巖石學(xué)、地球化學(xué)特征及成因[J].石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì),2016,38(2):251-258,265.

Li Xiaoning,Huang Sijing,Huang Shuguang,et al.Petrologic and geochemical characteristics and the origin of dolomites in the Qixia Formation in Nanjiang county of the Sichuan Basin[J].Petroleum Geology & Experiment,2016,38(2):251-258,265.

[9] 畢彩芹,朱強(qiáng),楊園園.也門(mén)1區(qū)塊白云巖成因及其對(duì)油氣成藏的影響[J].油氣地質(zhì)與采收率,2017,24(3):44-49,65.

Bi Caiqin,Zhu Qiang,Yang Yuanyuan.Genetic analysis on the dolomite formation and its influence on hydrocarbon accumulation in Block1,Yemen[J].Petroleum Geology and Recovery Efficiency,2017,24(3):44-49,65.

[10] 張靜,胡見(jiàn)義,羅平,等.深埋優(yōu)質(zhì)白云巖儲(chǔ)集層發(fā)育的主控因素與勘探意義[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2010,37(2):203-210.

Zhang Jing,Hu Jianyi,Luo Ping,et al.Master control factors of deep high-quality dolomite reservoirs and the exploration significance[J].Petroleum Exploration and Development,2010,37(2):203-210.

[11] 邢鳳存,張文淮,李思田.熱流體對(duì)深埋白云巖儲(chǔ)集性影響及其油氣勘探意義：塔里木盆地柯坪露頭區(qū)研究[J].巖石學(xué)報(bào),2011,27(1):266-276.

Xing Fengcun,Zhang Wenhuai,Li Sitian.Influence of hot fluids on reservoir property of deep buried dolomite strata and its signi-ficance for petroleum exploration:A case study of Keping outcrop in Tarim Basin[J].Acta Petrologica Sinica,2011,27(1):266-276.

[12] 金振奎,余寬宏.白云巖儲(chǔ)集層埋藏溶蝕作用特征及意義：以塔里木盆地東部下古生界為例[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2011,38(4):428-434.

Jin Zhenkui,Yu Kuanhong.Characteristics and significance of the burial dissolution of dolomite reservoirs:Taking the Lower Palaeozoic in eastern Tarim Basin as an example[J].Petroleum Exploration and Development,2011,38(4):428-434.

[13] Sun S Q.Dolomite reservoirs:Porosity evolution and reservoir characteristics[J].AAPG Bulletin,1995,79(2):186-204.

[14] Davies G R,Smith Jr L B.Structurally controlled hydrothermal dolomite reservoir facies:An overview[J].AAPG Bulletin,2006,90(11):1641-1690.

[15] 朱光有,張水昌,梁英波,等.TSR對(duì)深部碳酸鹽巖儲(chǔ)層的溶蝕改造：四川盆地深部碳酸鹽巖優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層形成的重要方式[J].巖石學(xué)報(bào),2006,22(8):2182-2194.

Zhu Guangyou,Zhang Shuichang,Liang Yingbo,et al.Dissolution and alteration of the deep carbonate reservoirs by TSR:An important type of deep-buried high-quality carbonate reservoirs in Sichuan Basin[J].Acta Petrologica Sinica,2006,22(8):2182-2194.

[16] Pokrovsky O S,Golubev S V,Schott J.Dissolution kinetics of calcite,dolomite and magnesite at 25 ℃ and 0 to 50 atmpCO2[J].Chemical Geology,2005,217(3/4):239-255.

[17] Liu Zaihua,Yuan Daoxian,Dreybrodt W.Comparative study of dissolution rate-determining mechanisms of limestone and dolomite[J].Environmental Geology,2005,49(2):274-279.

[18] 黃思靜,成欣怡,趙杰,等.近地表溫壓條件下白云巖溶解過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究[J].中國(guó)巖溶,2012,31(4):349-359.

Huang Sijing,Cheng Xinyi,Zhao Jie,et al.Test on the dolomite dissolution under subaerial temperature and pressure[J].Carsologica Sinica,2012,31(4):349-359.

[19] 佘敏,壽建峰,賀訓(xùn)云,等.碳酸鹽巖溶蝕機(jī)制的實(shí)驗(yàn)探討:表面溶蝕與內(nèi)部溶蝕對(duì)比[J].海相油氣地質(zhì),2013,18(3):55-61.

She Min,Shou Jianfeng,He Xunyun,et al.Experiment of dissolution mechanism of carbonate rocks:Surface dissolution and internal dissolution[J].Marine Origin Petroleum Geology,2013,18(3):55-61.

[20] 佘敏,壽建峰,沈安江,等.從表生到深埋藏環(huán)境下有機(jī)酸對(duì)碳酸鹽巖溶蝕的實(shí)驗(yàn)?zāi)M[J].地球化學(xué),2014,43(3):276-286.

She Min,Shou Jianfeng,Shen Anjiang,et al.Experimental simulation of dissolution for carbonate rocks in organic acid under the conditions from epigenesis to deep burial environments[J].Geochimica,2009,43(3):276-286.

[21] 佘敏,壽建峰,沈安江,等.埋藏有機(jī)酸性流體對(duì)白云巖儲(chǔ)層溶蝕作用的模擬實(shí)驗(yàn)[J].中國(guó)石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2014,38(3):10-17.

She Min,Shou Jianfeng,Shen Anjiang,et al.Experimental simulation of dissolution and alteration of buried organic acid fluid on dolomite reservoir[J].Journal of China University of Petro-leum,2014,38(3):10-17.

[22] 鄭和榮,吳茂炳,鄔興威,等.塔里木盆地下古生界白云巖儲(chǔ)層油氣勘探前景[J].石油學(xué)報(bào),2007,28(2):1-8.

Zheng Herong,Wu Maobing,Wu Xingwei,et al.Oil-gas exploration prospect of dolomite reservoir in the Lower Paleozoic of Tarim Basin[J].Acta Petrolei Sinica,2007,28(2):1-8.

[23] 趙文智,沈安江,胡素云,等.塔里木盆地寒武—奧陶系白云巖儲(chǔ)層類型與分布特征[J].巖石學(xué)報(bào),2012,28(3):758-768.

Zhao Wenzhi,Shen Anjiang,Hu Suyun,et al.Types and distributional features of Cambrian-Ordovician dolostone reservoirs in Tarim Basin,northwestern China[J].Acta Petrologica Sinica,2012,28(3):758-768.

[24] 王招明,謝會(huì)文,陳永權(quán),等.塔里木盆地中深1井寒武系鹽下白云巖原生油氣藏的發(fā)現(xiàn)與勘探意義[J].中國(guó)石油勘探,2014,19(2):1-13.

Wang Zhaoming,Xie Huiwen,Chen Yongquan,et al.Discovery and exploration of Cambrian subsalt dolomite original hydrocarbon reservoir at Zhongshen-1 well in Tarim Basin[J].China Petroleum Exploration,2014,19(2):1-13.

[25] 杜金虎,潘文慶.塔里木盆地寒武系鹽下白云巖油氣成藏條件與勘探方向[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2016,43(3):327-339.

Du Jinhu,Pan Wenqing.Accumulation conditions and play targets of oil and gas in the Cambrian subsalt dolomite,Tarim Basin,NW China[J].Petroleum Exploration and Development,2016,43(3):327-339.

[26] 宋金民,羅平,楊式升,等.塔里木盆地下寒武統(tǒng)微生物碳酸鹽巖儲(chǔ)集層特征[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2014,41(4):404-413.

Song Jinmin,Luo Ping,Yang Shisheng,et al.Reservoirs of Lower Cambrian microbial carbonates,Tarim Basin,NW China[J].Petroleum Exploration and Development,2014,41(4):404-413.

[27] 沈安江,鄭劍鋒,陳永權(quán),等.塔里木盆地中下寒武統(tǒng)白云巖儲(chǔ)集層特征、成因及分布[J].石油勘探與開(kāi)發(fā),2016,43(3):340-349.

Shen Anjiang,Zheng Jianfeng,Chen Yongquan,et al.Characteristics,origin and distribution of dolomite reservoirs in Lower-Middle Cambrian,Tarim Basin,NW China[J].Petroleum Exploration and Development,2016,43(3):340-349.

[28] 范明,胡凱,蔣小瓊,等.酸性流體對(duì)碳酸鹽巖儲(chǔ)層的改造作用[J].地球化學(xué),2009,38(1):20-26.

Fan Ming,Hu Kai,Jiang Xiaoqiong,et al.Effect of acid fluid on carbonate reservoir reconstruction[J].Geochimica,2009,38(1):20-26.

[29] 黃康俊,王煒,鮑征宇,等.埋藏有機(jī)酸性流體對(duì)四川盆地東北部飛仙關(guān)組儲(chǔ)層的溶蝕改造作用:溶解動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)研究[J].地球化學(xué),2011,40(3):289-300.

Huang Kangjun,Wang Wei,Bao Zhengyu,et al.Dissolution and alteration of Feixianguan Formation in the Sichuan Basin by organic acid fluids under burial condition:Kinetic dissolution experi-ments[J].Geochimica,2011,40(3):289-300.

[30] 蔡春芳,邱利瑞.塔里木盆地油田水有機(jī)配合物的模擬計(jì)算[J].新疆石油地質(zhì),1998,19(1):32-34.

Cai Chunfang,Qiu Lirui.Simulation and calculation of organic complex compound in oilfield water,Tarim Basin[J].Xinjiang Petroleum Geology,1998,19(1):32-34.

[31] Smith Jr L B.Origin and reservoir characteristics of Upper Ordovician Trenton-Black River hydrothermal dolomite reservoirs in New York[J].AAPG Bulletin,2006,90(11):1691-1718.

[32] 鄭劍鋒,沈安江,潘文慶,等.塔里木盆地下古生界熱液白云巖儲(chǔ)層的主控因素及識(shí)別特征[J].海相油氣地質(zhì),2011,16(4):47-56.

Zheng Jianfeng,Shen Anjiang,Pan Wenqing,et al.Key contro-lling factors and identification characteristics of Lower Paleozoic hydrothermal dolostone reservoirs in Tarim Basin[J].Marine Origin Petroleum Geology,2011,16(4):47-56.

(編輯徐文明)

Poreeffectofdolomitereservoirsbasedonburialdissolutionsimulation: A case study of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in the Tarim Basin

Zheng Jianfeng1,2, Shen Anjiang1,2, Huang Lili1,2, Chen Yongquan3, She Min1,2

(1.CNPCKeyLaboratoryofCarbonateReservoir,Hangzhou,Zhejiang310023,China; 2.PetroChinaHangzhouResearchInstituteofGeology,Hangzhou,Zhejiang310023,China; 3.PetroChinaTarimOilFieldCompany,Korla,Xinjiang841000,China)

Burial dissolution is one of the important factors which control the development of dolomite reservoirs, but its effect on porosity is still not clear, which restricts the evaluation and exploration of burial dissolution dolomite reservoirs. This study took arene dolomites, stromatolite dolomites and thrombolite dolomites of the Lower Cambrian Xiaoerbulake Formation in the Tarim Basin as an example, used 0.2% acetic acid solution instead of organic acids of burial environment, carried out dissolution simulation experiments of dolomite reservoirs in the condition of high temperature and high pressure. The results showed three different samples’ porosity was improved in different temperatures and pressures, but their permeability increased exponentially. The reservoir space of arene dolomites changed from pores to pores and vugs, while the reservoir space of stromatolite dolomites and thrombolite dolomites changed from pores to pores and solution fractures. It implied that organic acid had a strong solubility to dolomites, and the initial pore structure controlled the final reservoir space type. With the dissolution from homogeneous to heterogeneous, the vugs and solution fractures developed heterogeneously, and reservoir connectivity was partly improved. So, burial dissolution is of great importance in reforming the permeability of dolomite reservoirs.

burial dissolution; simulation experiment; porosity effect; dolomite reservoir; Xiaoerbulake Formation; Tarim Basin

1001-6112(2017)05-0716-08

10.11781/sysydz201705716

TE122.21

：A

2017-05-13；

：2017-07-27。

鄭劍鋒(1977—)，男，碩士，高級(jí)工程師，從事碳酸鹽巖沉積儲(chǔ)層研究。E-mail: zhengjf_hz@petrochina.com.cn。

國(guó)家重大科技專項(xiàng)(2016ZX05004002)及中國(guó)石油天然氣股份有限公司科技部項(xiàng)目(2016B-04)資助。