富CO2流体作用下储层和盖层溶蚀及充填作用机理—以黄桥富CO2油气藏为例

Nowadays, the CO2 geological storage project is concerned by global scientists, and the accumulations of hydrocarbon with CO2 are explored around the world. But it is still not clear about the mechanism of original minerals dissolution and secondary minerals precipitation after the charging of CO2. The interaction between CO2 and reservoir & caprock has not yet formed a dynamic systemic theory, which restricts the risk evaluation of CO2 geologic storage, as well as the understanding of hydrocarbon accumulation mechanism with CO2. The study is taking the CO2-rich Huangqiao oil and gas reservoir as the main object. The petrological comparison is carried out between the Huangqiao reservoir and CO2-free Jurong district. It is also conducted the analysis of geochemistry, and experiment of CO2-satratured fluid flooding sandstone + mudstone core. The study is aiming at ascertaining the dissolution and precipitation mechanism during the interaction between CO2-rich fluid and sandstone reservoir & mudstone caprock, revealing the geochemical behavior of CO2-rich fluid around the interface of reservoir and caprock, and finally establishing the interaction model between CO2-rich fluid and the whole system of sandstone reservoir & mudstone caprock. This study could not only enrich the mechanism of CO2 - rock interaction, but also provide important information to the study of CO2 geological storage, as well as the study of relationship between CO2 and hydrocarbon accumulation.

现今CO2地质埋存受到广泛关注，而深部CO2流体活动与油气共同成藏的现象屡见不鲜，但目前对CO2充注后原生矿物的溶蚀溶解及次生矿物的沉淀作用机理了解较少，对CO2与储层和盖层发生的水岩相互作用尚未形成动态系统性的认识，制约了人们对CO2地质埋存风险评估，及对富CO2油气藏的成藏机理认识。本项目以苏北盆地黄桥含CO2油气藏为主要研究对象，通过与不含CO2气藏的句容地区进行比较研究，结合岩石地球化学分析，以及饱和CO2流体对砂岩+泥岩组合长岩心的驱替实验等方法，查明富CO2流体对砂岩储层和泥岩盖层的溶蚀沉淀作用机理，揭示富CO2流体在储层-盖层界面的地球化学行为，建立富CO2流体对砂岩储层+泥岩盖层整体系统相互作用的模式。这方面研究不仅能够完善富CO2流体-岩石相互作用机理，还可以为CO2地质埋存及CO2与油气成藏关系的研究提供信息。

富CO2流体充注成藏过程中发生的溶蚀和沉淀作用改造了围岩的物性和矿物组成，查明富CO2流体对围岩的改造机制，不仅能够为富CO2油气藏成藏机制提供理论基础，也是CO2地质封存工程选址和安全性评估的重要依据。由于富CO2流体充注成藏是一个连续的物理化学过程，本文将储层-盖层作为一个整体，揭示这一系统内发生的连续变化规律。.以下扬子地区黄桥和句容油气田分别作为遭受和未遭受富CO2流体作用的研究对象，选取二叠系龙潭组-大隆组这一储盖组合，通过岩芯的岩石学、地球化学研究，查明了黄桥地区龙潭组储层砂岩岩石类型以长石/岩屑石英砂岩为主，句容地区以长石岩屑砂岩为主；黄桥地区储层的自生矿物以石英次生加大边和高岭石充填为主，少量片钠铝石，句容地区无片钠铝石，且次生石英含量不高；黄桥地区储层孔隙度高于句容地区，且孔隙类型以溶蚀孔隙为主；黄桥地区盖层发育再充填方解石的微裂隙愈合的现象。.为了进一步查明富CO2流体充注引起的储-盖系统内矿物变化机制，设计并搭建了高温高压开放式储层-盖层协同反应实验平台，开展了溪1井龙潭组砂岩-大隆组泥岩在真实地层条件下饱和CO2流体充注37天的实验研究。实验结果表明富CO2流体的充注对砂岩储层以溶蚀作用为主，长石、粘土矿物发生溶蚀溶解，几乎无次生矿物沉淀；而流体继续流经泥岩盖层时，先发生碳酸盐矿物的溶蚀溶解，持续伴随着次生粘土矿物的沉淀，次生矿物不仅充填了方解石溶蚀孔洞，还在岩石颗粒表面大量析出沉淀，沉淀作用主导泥岩中的水岩反应。.数值模拟也验证了富CO2流体对砂岩中长石和粘土矿物的溶蚀溶解作用，在地质时间尺度下，沉淀片钠铝石这一特征矿物。模拟结果表明富CO2流体充注溪1井砂岩储层，在4个百万年后达到平衡的矿物组成与实际产出CO2的溪3井矿物组合类似。.以上研究成果揭示了富CO2流体充注储-盖系统引起的物质调整过程。富CO2流体充注引起储层砂岩中长石和粘土矿物的溶蚀溶解，增加孔隙空间，片钠铝石、次生石英和高岭石自生矿物组合序列的沉淀，同时富CO2流体与砂岩的水岩相互作用导致流体性质和离子浓度变化，流体在到达盖层时引起泥岩盖层发生方解石等碳酸盐矿物的沉淀，充填盖层孔隙和裂缝的行为，有利于盖层的封盖能力。