一种量化表征生烃伴生酸对碳酸盐岩溶蚀改造的方法

技术领域

本发明涉及石油地质勘探模拟技术领域，具体涉及一种基于人工柱塞样和氮气吸附的量化表征生烃伴生酸对碳酸盐岩溶蚀改造的方法。

背景技术

在全球范围内，碳酸盐岩是油气勘探的重要领域之一。其中，溶蚀作用在碳酸盐岩储层形成与演化中占据着至关重要的地位，这一过程不仅对储层的储集性能产生深远影响，还在储层内流体运移和储存等方面扮演重要角色。因此，溶蚀作用研究对于揭示碳酸盐岩储层演化机制具有重要意义。

水岩溶蚀模拟实验作为研究溶蚀作用的关键手段，可以通过正演模拟的方式，在设定的实验条件下，模拟真实地质背景中的温度与压力环境，还原碳酸盐岩与流体之间的复杂相互作用，为深入探究储集性能及预测有利储层发育区域提供实验依据。

此外，随着水-岩溶蚀作用研究的进一步深入，烃源岩生烃半生的有机酸和CO2等酸性流体对碳酸盐岩微米孔孔隙发育有着不可忽视的作用，需要对此进行进一步的实验研究。在水岩溶蚀模拟实验中，天然柱塞样本被认为是最佳的岩石样本。然而，天然柱塞样本存在获取成本高昂、数量有限、尺寸受限等问题。此外，由于碳酸盐岩储集层的孔隙结构复杂性强，导致不同柱塞样本之间的溶蚀演化存在较大差异，而单一岩心的重复利用可能会造成实验周期延长。

基于以上难点，提出了一种量化表征生烃伴生酸对碳酸盐岩溶蚀改造的方法，从而为碳酸盐岩储层溶蚀孔隙演化机制研究提供依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种量化表征生烃伴生酸对碳酸盐岩溶蚀改造的方法，以解决现有技术中实验重复性受限以及孔隙结构特征分类不明确的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

一种量化表征生烃伴生酸对碳酸盐岩溶蚀改造的方法，包括如下步骤：

对样品进行铸体薄片观察以及气体吸附测试试验，根据铸体薄片所观察的孔隙类型和气体吸附测试试验所测试的孔隙结构特征分类筛选获得制样样品；

将制样样品进行预处理后制备成统一规格的柱塞样；

构建溶蚀模拟实验条件，并基于所述实验条件开展开放体系的溶蚀模拟实验；

对溶蚀模拟实验后的柱塞样进行预处理后进行称重并再次进行气体吸附测试，同时收集生成液并测试其化学成分；

定量分析碳酸盐岩在实验条件下的溶蚀能力以及改造演化方向。

进一步地，对所述样品进行分类筛选的依据包括孔隙类型分析、孔径分布特征和孔隙结构特征。

进一步地，所述孔隙类型分析具体包括如下步骤：

通过铸体薄片观察以确定样品的孔隙类型，开展氮气吸附测试分析，获得样品的等温吸附曲线，当所测试样品的等温吸附曲线的吸附-脱附曲线不完全可逆时，根据IUPAC分类标准分析样品等温吸附曲线的吸附-脱附曲线，以判断样品的孔隙结构特征；

其中：

根据BJH模型，计算样品的孔径分布特征。

进一步地，在计算样品的孔径分布特征时：

比较样品孔径分布曲线的相似性，逐点计算每条孔径分布曲线所对应孔隙体积差值的绝对值，如果所有点的孔隙体积差值的绝对值均小于容许误差，则两样品的孔径分布曲线视为同一类别，其具体计算方式为：

在任一孔径di处，两条孔径分布曲线所对应的孔隙体积分别为Va和Vb，其绝对差值为|Va-Vb|，如果所有孔径分布点处都满足|Va-Vb|＜Er，Er为容许误差。

进一步地，记录样品的初始BET比表面积、BJH总孔隙体积和平均孔径，根据FHH模型计算样品的分形维数以分析样品的初始孔隙结构复杂程度。

进一步地，制备柱塞样的具体步骤为：

将分类筛选后的制样样品进行粉碎，并经两级筛网过筛，筛选出指定目数的样品颗粒；

通过去离子水配合超声波清洗对样品颗粒进行清洗，并对清洗后的颗粒烘干后按照指定样品量与胶结剂混合搅拌至无松散颗粒或团状胶结剂存在时添加至岩心模具中压制成固结的柱塞样后装入提篮。

进一步地，所述溶蚀模拟实验条件包括模拟地层水类型、温压条件和流体流速；

模拟地层水类型具体为有机酸-CO

其中：

有机酸根据研究区储层地层水有机酸分布特征确定配制浓度，采用去离子水作为溶剂，分析纯有机酸试剂作为酸性介质；

CO

进一步地，溶蚀模拟实验结束后，通过去离子水配合超声清洗对柱塞样进行清洗，对烘干后的样品进行称重，并开展氮气吸附测试分析；采用ICP-OES分析所取水样品的离子成分浓度；

其中，对于反应后柱塞样的氮气吸附数据，根据BJH模型计算柱塞样的孔径分布特征以确定不同实验条件下孔径分布频率的变化，并分析改条件下柱塞样的孔径分布演化方向。

进一步地，记录柱塞样反应后BET比表面积、BJH总孔隙体积和平均孔径，根据FHH模型计算样品的分形维数以分析样品的初始孔隙结构复杂程度。

进一步地，设定分形维数为D，样品的孔隙结构符合分形理论，此时分形维数D可有斜率A计算获得，其具体计算方式为：

设定：

ln(V/V

其中：

V为平衡压力下吸附气体体积，cm

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

本发明中通过制备相同孔隙结构类型的人工柱塞样，并结合模拟条件构建，针对性的控制单因素变量，从而可以对不同溶蚀条件的样品孔隙特征进行横向比对，提高了实验的可重复性，消除了样品颗粒比表面积对溶蚀模拟实验的影响，便于碳酸盐岩储层溶蚀孔隙演化机制研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种量化表征生烃伴生酸对碳酸盐岩溶蚀改造的方法，包括如下步骤：

对样品进行铸体薄片观察以及气体吸附测试试验，根据铸体薄片所观察的孔隙类型和气体吸附测试试验所测试的孔隙结构特征分类筛选获得制样样品；

将制样样品进行预处理后制备成统一规格的柱塞样；

构建溶蚀模拟实验条件，并基于所述实验条件开展开放体系的溶蚀模拟实验；

对溶蚀模拟实验后的柱塞样进行预处理后进行称重并再次进行气体吸附测试，同时收集生成液并测试其化学成分；

定量分析碳酸盐岩在实验条件下的溶蚀能力以及改造演化方向。

在本实施方式中，根据样品重量和离子浓度数据，计算样品饱和溶蚀量，分析平衡体系离子组分，定量分析一定条件下碳酸盐岩储层的溶蚀能力；另外根据孔径分布曲线、孔隙结构特征参数，分析碳酸盐岩样品受温度-压力-流体单因素或组合因素影响的孔隙结构溶蚀改造演化方向。

以下将结合具体的实施方式进行详细的说明。

对所述样品进行分类筛选的依据包括孔隙类型分析、孔径分布特征和基于氮气吸附的孔隙结构特征。

孔隙类型分析具体包括如下步骤：

通过铸体薄片观察以确定样品的孔隙类型，开展氮气吸附测试分析，获得样品的等温吸附曲线，其中，等温吸附曲线是平衡吸附量随着压力变化的曲线，分为吸附和脱附两个部分，当所测试样品的等温吸附曲线的吸附-脱附曲线不完全可逆时，根据IUPAC分类标准分析样品等温吸附曲线的吸附-脱附曲线，以判断样品的孔隙结构特征；

其中：

根据BJH模型，计算样品的的孔径分布特征。

在计算样品的的孔径分布特征时：

比较样品孔径分布曲线的相似性，逐点计算每条孔径分布曲线所对应孔隙体积差值的绝对值，如果所有点的孔隙体积差值的绝对值均小于容许误差，则两样品的孔径分布曲线视为同一类别，认为两样品孔径分布规律相似。其具体计算方式为：

在任一孔径di处，两条孔径分布曲线所对应的孔隙体积分别为Va和Vb，其绝对差值为|Va-Vb|，如果所有孔径分布点处都满足|Va-Vb|＜Er，Er为容许误差。

记录样品的初始BET比表面积、BJH总孔隙体积和平均孔径，根据FHH模型计算样品的分形维数以分析样品的初始孔隙结构复杂程度。

设定分形维数为D，样品的孔隙结构符合分形理论，此时分形维数D可有斜率A计算获得，其具体计算方式为：

设定：

ln(V/V

其中：

V为平衡压力下吸附气体体积，cm

综合上述孔隙类型、形状孔径分布曲线以及孔隙结构参数，对样品进行分类，以确保后续所制备人工柱塞样孔隙结构的均一性。

在完成样品的筛选后，即需要根据制样样品进行预处理后制备成统一规格的柱塞样。

其中，对制样样品的预处理步骤为：将分类筛选后的制样样品进行粉碎，并经两级筛网过筛，筛选出指定目数的样品颗粒；通过去离子水配合超声波清洗对样品颗粒进行清洗和烘干。

针对于具体的实施例来说，具体为将分类后岩样粉碎，两级筛网过筛，筛选出18-20目的样品颗粒。去离子水配合超声波清洗所述颗粒，对清洗后的颗粒105℃烘干24小时。

将完成预处理后的制样样品按照指定样品量与胶结剂混合搅拌至无松散颗粒或团状胶结剂存在时添加至岩心模具中压制成固结的柱塞样后装入提篮。

其中，将冲洗并烘干后的样品(样品量统一为40g)装入耐酸碱材料(聚四氟乙烯/哈氏合金)提篮，制成直径1.5cm、长度12cm的人工柱塞样。

更具体制作方案如下：

1)称取胶结剂(环氧树脂)，其中胶结剂与样品颗粒质量比为1:10；

2)将胶结剂加入预处理后的样品中，并搅拌至无松散颗粒或团状胶结剂存在；

3)将原料添加至岩心模具，设置压制压力20MPa；

4)待人工柱塞样固结后，装入提篮。

根据前述可知，在本发明中，其样品并不是天然样品，而是相当于是人工制样，从而更便于在实际实验过程中模拟更加真实的地下埋藏环境。因此，对于人工制样，即柱塞样来说，需要确保后续所制备人工柱塞样孔隙结构的均一性，才需要通过前述方式进行预处理和测试。

在本实施方式中，区别于现有技术中的模拟条件考虑，其仍然是在开放式条件下开展的实验，然而，其所述的溶蚀模拟实验条件包括模拟地层水类型、温压条件和流体流速；

模拟地层水类型具体为有机酸-CO

在本实施方式中，有机酸根据研究区储层地层水有机酸分布特征确定配制浓度，采用去离子水作为溶剂，分析纯有机酸试剂作为酸性介质；

CO

C0

另外，对研究区的地层埋藏史、温压场进行分析，获得研究区实际地质条件的温压梯度，确定溶蚀模拟实验所需的温压条件；其中：温度通过地温梯度计算法推算所取样品对应深度的温度；压力应用静水压力公式计算，当研究区深埋地层中存在超压环境时，根据储层压力演化史，确定地层压力系数，选择真实超压环境的压力作为溶蚀模拟实验条件。

设定溶蚀模拟实验所需的地层水类型以及温压条件不变，按照溶蚀模拟实验的条件改变实验流速进行多次验证实验，在验证实验过程中以指定的时间间隔收集水样，并对水样进行离子成分分析，当水样的离子成分不再发生变化时，判断反应体系达到平衡状态，对应的流速即为溶蚀模拟实验的最佳流速。

在上述参数调整的过程中，通过控制变量法调整实验温压条件和流体组成，实现温度-压力-流体单因素条件控制下的溶蚀孔隙结构演化特征分析，排除干扰。

通过调整体系温压条件参数和流体成分同时按地层深度变化，实现温度压力流体同时控制的孔隙结构溶蚀演化特征分析，更接近真实成岩环境。当研究区深埋地层中存在超压环境时，控制温度/流体条件不变，分别开展该深度的超压/常压条件溶蚀模拟实验，对比分析深埋藏环境下超压环境对孔隙结构演化方向的影响。

溶蚀模拟实验结束后，使用超声清洗器配合去离子水清洗样品，将清洗后的样品置于烘箱内，105℃下持续烘干24h后称重；对烘干后的样品再次进行氮气吸附测试，获得样品的孔径分布曲线和孔隙结构特征参数；采用ICP-OES分析所取水样品的离子成分浓度。

其中，对于反应后柱塞样的氮气吸附数据，根据BJH模型计算柱塞样的孔径分布特征以确定不同实验条件下孔径分布频率的变化，并分析改条件下柱塞样的孔径分布演化方向。

记录柱塞样反应后BET比表面积、BJH总孔隙体积和平均孔径，根据FHH模型计算样品的分形维数以分析样品的初始孔隙结构复杂程度。

同样设定分形维数为D，样品的孔隙结构符合分形理论，此时分形维数D可有斜率A计算获得，其具体计算方式为：

设定：

ln(V/V

其中：

V为平衡压力下吸附气体体积，cm

在本实施方式中，BET方法全称为Brunauer-Emmett-Teller方法，该方法是基于Langmuir提出的吸附过程动力学理论，被广泛应用于多孔介质的比表面积计算。计算公式如下：

α

其中：α

BJH方法全称为Barret-Joyner-Halenda方法，即根据Kelven方程，假设样品中的孔均为圆柱状孔，通过实测样品的吸附量和相对压力数据计算孔径大小，从而计算样品的总孔隙体积和平均孔径。

计算公式如下：

其中：p/p

计算反应前后的BJH总孔隙体积和平均孔径变化率，判断溶蚀增孔的优势温压条件区间；对比反应前后BET比表面积、分形维数等参数，判断不同温压条件下，孔隙结构复杂程度的演化趋势。

以上实施例仅为本申请的示例性实施例，不用于限制本申请，本申请的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本申请的实质和保护范围内，对本申请做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本申请的保护范围内。