克拉2气田砂岩储层中成岩方解石-白云石的平衡及其对储层质量的影响.pdf

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$ E ( 8 , ( W $ $ E (<B ( 8
$E ! $E ! 其中 X 为平 衡 常 数 ( 和( 分别为 ( (<B ( 8 , 8 W
矿物 水溶液相互作用体系缺乏直接的低温实验证 & 据 6 本文拟通过相 关 的 矿 物 热 力 学 数 据 库 ! 结 合 实
# # " & # ) & $ # 收稿 !$ # # " & # ( & ! ’ 收修改稿 !$
%#& < $ < ! ! Q$ c . . , + T理论模型 ! / G8 G<B C!6 其 , C!Q$ < $ ! 中 !G8 分别指 < !G< $位和 < !位上 8 ,和 < B , < B 的摩尔分数 6 时为完全无序 白 云石 时 为 ! Q# / /Q!
的参考态下!有 关 方 解 石 和 白 云 石 的 热 力 学 热 参
Байду номын сангаас
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" 卷 ! 第 # 期 !$ % % "年#月 !第!
石和白云石为纯组 分 矿 物 ! 且 不 考 虑 白 云 石 有 序 度 的问题 ! 因此 !( 这样上述的平衡常数 ( 8Q W Q!6
$E* $E 6 表达式就可简化为 !X Q ( (<B 8 ,
结物中出现白云 石 逐 渐 取 代 方 解 石 的 现 象 ( 而 当 水 溶液中 8 * , < B 升 高 时! 将 出 现 白 云 石 溶 解 并 被 方 解石取 代 的 现 象 6 平 衡 常 数 X 是 温 度 与 压 力 的 函 数 ! 它们之间有下述的热力学关系式
白云石中可 含 有 相 当 数 量 的 G 其摩尔分数, 2 8 = %" ! 但它们 对 上 述 反 应 平 衡 影 响 很 小 ! #6 # ’: )! ?: $ 尤其是不会明显改变该平衡体系中 水 溶液 的 8 * , < B
& ! % $E ! 因此 可 忽 略 白 云 石 的 活 度 表 达 式 中 G 比值 % 2
可以获得方解石 白云石 水体系的热力学相关系图 & & " 图 !$ 6
有序白云石 6 因此 ! 白 云 石 晶 体 中 有 序 白 云 石 组 分 " $ $ 和无序白云石组分 " 的活度分别为 ( ( H W 3 W
流体相互作用 %! 库车坳陷克拉 % 气田孔隙 "
塔里木盆地北部 库 车 坳 陷 的 克 拉 $ 气 田 是 我 国
白云石 孔隙水平衡体系 $! 成岩作用方解石 " "
成岩作用 中 方 解 石 白云石 孔隙水之间的平衡 & & 关系可用下述反应式表示 #
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物热力学资料仍十 分 缺 乏 并 有 较 大 的 争 议 6 争 议 的 核心就是白云石 ! 即 在 实 验 室 仍 无 法 模 拟 自 然 界 中
& ?! ( 白云石的 形 成 过 程 % 6这直接导致了上述碳酸盐
离子排列的部分有 序 现 象 仍 然 存 在 ! 故 本 文 在 确 定 $ 上述平衡常数时引进了有序度变量 " / 6 理想白云 石 " 的晶体化学式为 8 , < 8 = ,和 < B离 B %$ $ 6 其 中 !8 子分 别 主 要 分 布 在 < $和 < ! 位 上6 基 于 A > , & B B
& D 等% 称其 为 原 白 云 石 " $ > H [ H 3 H . H + [ 2 6即使成岩期 5 的白云石成分十 分 接 近 理 想 白 云 石 的 化 学 成 分 ! 但
# 其 中 !, 标准态下平衡反应的 b V N N T自 由 能 差 ’ 值!是 温 度 压 力 的 函 数6其 中!在 $ ’L !! # P ,
%) & 近) 岩反应相关系及矿 & #年 ! " !但 与 之 相 关 的 水 $ $ E E $Q 8 " " $ $ 8 , 8 = , < 8 = , , , B B " h h %E< %$ $ E8 方解石 白云石
际岩石孔隙结 构 ’ 孔 隙 度 ’ 渗 透 率 等 物 理 性 质 ! 对 塔里 木盆地 库车坳 陷克拉 $ 气田的 碎屑岩 储层 成 岩 期方解石 ’ 白云石等 碳 酸 盐 胶 结 物 与 孔 隙 水 之 间 的 相互作用体系进行分析研究 6
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< $ 8 ,
该白 云石 的活度即 可代入 上述 的平衡 常 数 表达 式 中 进行相关的计算 6 碎屑岩的成岩作 用 中 ! 白 云 石 可 以 作 为 后 期 胶 结物 ! 这已为砂岩的 埋 藏 成 岩 作 用 的 研 究 资 料 明 确
& ! !! ! $ $E ! 而且其含量随 地证实 % 6 这种白云石常含 G 2 !& 深度增加而 增 加 ! 以 至 于 出 现 铁 白 云 石 % 6 虽 然!
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克拉 % 气田砂岩储层中成岩方解石 白云石的平衡 " 及其对储层质量的影响 "
于炳松 "" ! 赖兴运 ! 高志前
中国地质大学 !6地质过程与矿产资源国家重点实验室 $6岩石圈构造 ’ 深部过程及探测技术教育部重点实验室 ! 北京 ! # # # ( %
% 为准 " $静岩压力的计算以岩石密度为 $6 * " ’ 4 + 3 B
是胶 结物 中方解石 含量的 变化 才是引 起 总 碳酸 盐 矿 物含量变化的真 正 原 因 6 因 为 自 浅 而 深 ! 白 云 石 含 量除了局部白云岩 的 层 位 之 外 ! 并 未 出 现 明 显 的 含 量变化趋势 ! 而方解 石 的 含 量 与 孔 隙 度 和 渗 透 率 之 间呈现明显的反相 关 关 系 6 在 % ( # #+ 的 深 度 附 近 ! 方解石胶结物的含 量 几 乎 为 零 ! 向 上 或 向 下 都 有 明 显的含量增加趋 势 6 因 此 ! 碳 酸 盐 含 量 的 多 少 基 本 上反映了岩石中 胶 结 物 被 溶 解 的 程 度 6 胶 结 物 中 方 解石 含 量与岩石 孔隙度和 渗透率 之 间的 联 系 反映 了 方解石的溶解 沉淀对次生孔隙的发育起了至 关重 要 & 的作用 6 尽管长石颗 粒 的 溶 解 对 次 生 孔 隙 的 形 成 也 有一定的贡献 ! 但 其 数 量 少 ! 且 在 该 层 段 纵 向 分 布
# O . 7 V X ]_E ,
由于方解 石 中 不 涉 及 阳 离 子 占 位 分 配 的 问 题 ! 故其活度可用纯组分矿物的活度 来 代替 ! 即 ( 8 Q!6 然而 ! 白云石的活 度 要 复 杂 得 多 ! 当 白 云 石 的 成 分 偏离理想成分 ! 并 且 离 子 排 列 不 完 全 有 序 时 !b > , ^
$E $E !< 8 , B 离子 ! 方 解 石 和 白 云 石 的 活 度 6 前 人
对这个反应的热力 学 相 平 衡 研 究 中 基 本 上 假 定 方 解
批准号 #) 和国家 + 九七三 , 项目 " 编号 #$ 资助 $ $ # ) ? $ # " ) # # ’ 8 A ) $ $ ! # %’$ # # ! 8 A $ # D ! # ) ! " 国家自然科学基金 " # & + , . 0 N T 0 N6 2 3 06 4 7 !" "* !4 ] B
%)& %’& 和A 的 矿 物 数 据 库( 数来自于 9 2 . 2 T H 7! 2 > + , 7! B $E $E 而8 !< , B 的热力学参数来自于有关水合离子 ! "! ! ?& 的 热 力 学 模 型% 6E 为 理 想 气 体 常 数 6 利 用 有 %(& 关的热力学相平衡模拟计算软件 a ! Z P 8 F I D $!
平衡 6 当地下水 的 8 将向 * , < !$ B值 降 低 时!反 应" 白云石沉淀 ’ 方解 石 溶 解 的 方 向 进 行 ! 碎 屑 岩 的 胶
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图 $! 方解石 白云石 水体系相图 " "
" $等值线为压力值 (" $等值线代表温度 (" $ , N 4 / 为白云石的有序度 (
的影响 6 对于接近理 想 成 分 的 白 云 石 晶 体 来 说 ! 其/ 主 要决定于温度 6 当处于一定地质环境的方 解石 白云 & 石 地下水平衡体系 ! 白云石的有序度变化 很小 ! 以 & "& 至于可视为常数 % 6 这样 ! 平衡常数 X 就 直接 变 成
$E* $E 的 度 量 6 亦 即 成 岩 环 境 中 地 了水溶液中(8 (<B , * 层水的 8 白云石之间的化学 < & , B值 控 制 了 方 解 石
摘要 !! 基于水 岩化 学 反 应 平 衡 原 理 ! 利 用 相 关 矿 物 及 流 体 的 热 力 学 数 据 库 及 白 云 石 有 序 度 参 & 数 ! 建立了成岩条件下方解石 白云石 水 溶 液 的 热 力 学 相 关 系 图 解6发 现 温 度 和 地 下 水 的 8 ) & & , < B 值对成岩环境中方解石 白云石平衡起了重要的 控 制作 用 ! 同时 ! 成 岩环 境 中 白 云 石 的 有 序 度 反 过 & ) 来又决定了孔隙水的 8 < , B 值 ! 但白云石的有序度不受水溶液 的控制 ! 而是结 晶温度 和时 间的函 数 6 据此 ! 分析了库车坳陷克拉 $ 气 田 储 层 砂 岩 中 碳 酸 盐 胶 结 物 及 孔 隙 特 征 与 孔 隙 水 化 学 之 间 的 白云石 孔隙水之间平衡体系的不同 对砂岩 储层 质量 密切关系 ! 指出在不同深度的储层内 ! 方解石 & & 的控制 6 关键词 !! 成岩作用 ! 方解石 白云石平衡 ! 次生孔隙 ! 克拉 % 气田 " !! 方解石 ’ 白云石 等 碳 酸 盐 矿 物 是 碎 屑 岩 成 岩 作 用过程中 重 要 的 自 生 矿 物 ! 其 中 方 解 石 白云石 地 & & 下水 之 间的化学 平衡直接 与岩石 中 次生 孔 隙 的生 成 作用及胶结作用 相 关 ! 并 对 岩 石 的 孔 隙 度 ’ 渗 透 率 等物理性质产生 明 显 的 影 响 ! 因 此 ! 成 岩 环 境 中 碳 酸盐胶结物 流体相互作用对探讨石油 ’ 天然 气 及 地 & 下水等矿产资源在 岩 石 中 的 运 移 ’ 储 集 等 都 具 有 重 要的地质意义 ! 长 期 以 来 受 到 石 油 地 质 学 ’ 水 文 地 质学等领域的高度重视 6 迄今为止 ! 有关低温 " 环境中方解石 & # #L $ ,$ 白云石 地下水体系的相平衡及反应动力学的 研究 将 &