有机酸对致密砂岩储层孔隙结构的影响机制及其石油充注效应

Oil accumulation in tight sandstone reservoirs is characterized by near-source charging, and its enrichment is influenced by pore structure. The mineral dissolution in organic acid can improve the physical property of tight sandstone reservoir. However, the research about pore structure changes caused by the mineral dissolution and their influence on oil charging is few. This project collects tight sandstone samples from the Qingshankou Formation in Songliao Basin to analyze pore structure using CT scanning, mercury intrusion, NMR, etc. Dynamic and static simulation experiments of sandstone dissolution in organic acid are performed to study the pore structure changes. Whole rock analysis, fluid element detection and microscope observation are used to determine the dissolved mineral composition, and then establish the model of tight sandstone pore structure changes caused by organic acid. Oil charging simulation experiments using the samples mentioned above are performed to reveal charging progress variation caused by pore structure changes. The TOUGHREACT numerical simulation is carried out to transfer the experimental results into geological scale. Finally, the pore structure changes caused by organic acid and successively the oil charging influenced by pore structure changes are studied, to reveal the charging and accumulation process of tight oil.

致密砂岩储层石油成藏以近源充注为主，其富集程度受到孔隙结构的控制。有机酸溶蚀可以改善致密砂岩储层的物性，但对于孔隙结构的改造机制以及这种机制对石油充注的影响则研究较少。本项目以松辽盆地青山口组致密砂岩为研究对象，利用CT扫描、压汞、核磁共振等方法研究致密砂岩储层孔隙结构特征；开展有机酸溶蚀砂岩的动态和静态模拟实验，分析致密砂岩储层物性和孔隙结构的变化，并利用全岩分析、流体元素检测及镜下观察等手段确定矿物成分变化，揭示有机酸溶蚀对致密砂岩孔隙结构的影响机制；对前述模拟实验前后的样品分别进行石油充注模拟实验并进行对比，探索致密砂岩有机酸溶蚀对石油充注的影响；使用TOUGHREACT软件进行数值模拟并将前述物理模拟实验结果外推到砂体尺度和地质历史时期。最终研究地质条件下有机酸溶蚀对致密砂岩孔隙结构的改造及这种改造对石油充注的影响，揭示致密油的充注和成藏过程。

致密砂岩油富集程度主要取决于孔隙结构和充注动力的匹配关系。烃源岩中有机质热演化释放大量有机酸并强烈溶蚀矿物而形成大量次生孔隙。研究有机酸溶蚀在不同地质条件下如何改变致密砂岩孔隙结构，以及这种改变对致密油充注的影响，对刻画致密油聚集过程、预测有利富集区具有重要意义。.本课题以济阳坳陷博兴洼陷沙四段致密砂岩为研究对象，分析了孔隙结构特征、有机酸溶蚀对孔隙结构改造作用及其致密油充注的影响。研究表明：致密油渗流表现为非达西流，存在启动压力梯度。致密油充注的难易程度和含油饱和度增长过程受渗透率、孔喉半径、孔喉分选控制作用明显。粒径越粗、粒度分选越好、碎屑矿物含量越高、胶结物含量越低的致密砂岩越容易发生充注。.有机酸溶蚀能改变储层矿物含量及孔隙结构。有机酸溶蚀导致斜长石、方解石、白云石、钾长石减少，石英、铁白云石、硬石膏增多，并使地层水中Ca2+、Mg2+等离子含量上升明显。储层物性提升明显（尤其是渗透率）。有机酸溶蚀导致大喉道孔喉增多，连通性变好；而使部分小喉道发生堵塞，与之相连的孔隙体积无效，孔喉分选变差。由此推断溶蚀作用首先发生在相对大孔喉中，使其孔喉更大、连通性更好，但水岩反应产物极有可能沉淀在相对小孔喉中，使其堵塞而导致孔喉分选整体变差。有机酸溶蚀致密储层后，石油充注所需压力梯度变小；但由于储层孔喉分选变差，小孔喉连接的孔隙不再有效，使最终含油饱和度变小。.地质条件下有机酸溶蚀水岩反应数值模拟表明：有机酸浓度越大，溶蚀作用越明显，孔隙度和渗透率提升幅度越大；矿物溶蚀/沉积沉淀速率先快后慢；不同矿物在有机酸溶度浓度变大时的溶蚀/沉积沉淀速率变化不同。充注点附近的有机酸浓度高，储层的物性改善最明显，这种改善随着距充注点距离变大逐渐减小。