【摘 要】
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碎屑岩储层中长石和碳酸盐矿物的溶蚀是形成次生孔隙最重要的途径。硅酸盐矿物与碳酸盐矿物在地层中有多种溶蚀现象,会发生选择性溶蚀,因此明确长石与方解石的选择性溶蚀机理并探究条件因素对选择性溶蚀的影响对于储层孔隙发育评估与预测有重要意义。本文以长石与方解石混合矿物为研究对象,在200℃条件下开展有机酸溶蚀长石与方解石混合矿物的实验,主要探究了以下内容:(1)长石与方解石混合矿物在乙酸体系、p H=3和p
【基金项目】
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国家科技重大专项(2016ZX05006-007); 国家自然基金(青年)(416021380);
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碎屑岩储层中长石和碳酸盐矿物的溶蚀是形成次生孔隙最重要的途径。硅酸盐矿物与碳酸盐矿物在地层中有多种溶蚀现象,会发生选择性溶蚀,因此明确长石与方解石的选择性溶蚀机理并探究条件因素对选择性溶蚀的影响对于储层孔隙发育评估与预测有重要意义。本文以长石与方解石混合矿物为研究对象,在200℃条件下开展有机酸溶蚀长石与方解石混合矿物的实验,主要探究了以下内容:(1)长石与方解石混合矿物在乙酸体系、p H=3和p H=7条件下溶蚀过程中离子浓度的变化、相关动力学分析、热力学动力学关系、p H对溶蚀过程的影响以及溶蚀特征与选择性溶蚀机理;(2)长石与方解石混合矿物在草酸体系、p H=3和p H=7条件下溶蚀过程中离子浓度的变化、相关动力学分析以及草酸根的络合作用;(3)GWB地球化学软件模拟计算了5s、120s、816h条件下钾长石与方解石矿物的溶蚀速率、离子浓度、p H值变化以及饱和指数,并与室内实验的结果进行了对比,实验与理论模拟结合分析矿物溶蚀过程。研究结果表明:(1)乙酸条件下进行的长石与方解石混合矿物溶蚀实验,整个溶蚀过程表现为长石强溶蚀,方解石弱溶蚀,溶蚀过程中有二次矿物伊利石、层状硅酸盐矿物等的生成,初始反应阶段方解石的溶蚀速率要高于长石两个数量级,随着反应进行,方解石溶蚀速率大幅度降低,趋近于长石溶蚀速率。酸性条件下矿物的溶蚀较中性条件下的溶蚀更为剧烈,而p H的变化对方解石的影响要大于长石。p H不同会影响Si,Al在溶液中的存在形态以及矿物表面的吸附作用进而影响矿物溶蚀。(2)草酸条件下进行的长石与方解石混合矿物溶蚀实验结果显示矿物溶蚀表现为方解石强溶蚀,钾长石弱溶蚀。扫描电镜结果表明有草酸钙沉淀产生。p H=3条件下,不同有机酸根的络合对长石溶蚀影响不明显,主要是H+发挥作用;p H=7条件下草酸、乙酸溶蚀长石速率结果表明草酸溶蚀长石的速率大于乙酸,说明草酸根离子与长石中金属离子的络合作用促进了长石的溶蚀。利用高斯件模拟计算结果说明草酸更易与溶液中的钙离子络合,促进方解石的溶蚀,表现为方解石强溶蚀,钾长石弱溶蚀。(3)在5s、120s反应时间下的GWB软件模拟结果表明,方解石溶解速度极快,迅速达到平衡,钾长石溶解较慢,在短时间内无法达到平衡状态;Ca2+浓度迅速增高,进而达到平衡状态,钾长石中的Si O2、K+、Al3+浓度呈现缓慢升高;综合来看,在极短的反应时间下,矿物表现为方解石的强溶蚀钾长石的弱溶蚀。将反应时间为816h条件下的模拟结果与室内实验结果进行比较,无论酸性还是中性条件下实验值与模拟值的变化趋势较为一致,最终结果表现为方解石的弱溶蚀钾长石的强溶蚀。综合实验结果发现,在乙酸溶蚀混合矿物时表现为长石的强溶蚀方解石的弱溶蚀。在溶蚀液为草酸溶液时整个溶蚀过程表现为方解石强溶蚀长石弱溶蚀。
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