[发明专利]一种不同镁离子浓度对碳酸盐岩溶蚀影响的模拟实验方法

说明书

本发明公开了一种不同镁离子浓度对碳酸盐岩溶蚀影响的模拟实验方法，包括以下步骤：1)测试多个平行的样品光片的物理参数、矿物组成及微形貌；2)配置一系列不同Mg²⁺离子浓度的溶蚀流体；3)对样品光片进行清洗、烘干及称重；4)将各个溶蚀流体分别置入封闭体系中，并在其中分别浸入样品光片进行水岩反应；5)反应结束后，对样品光片进行清洗、烘干并称重；之后再次测试样品光片的物理参数、矿物组成及微形貌，以对比反应前后的变化；6)计算反应前后的溶蚀量及溶蚀速率，结合反应前后样品光片的物理参数、矿物组成及微形貌的变化，以确定Mg²⁺离子浓度对碳酸盐岩溶蚀的影响。

技术领域

本发明属于石油勘探领域，具体涉及一种不同镁离子浓度对碳酸盐岩溶蚀影响的模拟实验方法。

背景技术

碳酸盐岩一直是国内外油气勘探的重点领域，近年来我国碳酸盐岩油气勘探取得了重要进展，相继发现川东北大气田、塔里木塔河—轮南油田、塔中油气田等。碳酸盐岩作为储层的找藏评价及预测靶区方面有重要的意义，及对于全球气候变暖二氧化碳隔离存储策略方面具有重要的指导意义。对于碳酸盐岩埋藏溶蚀机制、控制因素和有利条件的研究，有助于全面而深刻认识深层海相碳酸盐岩规模储层发育机制这一科学问题。

关于Mg²⁺离子对于碳酸盐岩溶蚀的影响，许多学者做了一系列研究(Berner，1967；Weyl，1967；1978；Buhmann and Dreybrodt，1987；Compton and Brown，1994；Gutjahr et al.，1996；Alkattan et al.，2002；Arvidson et al.，2006；Xu and Higgins，2011)。如Weyl(1967)和Berner(1967)注意到在中-碱性pH值条件下Mg²⁺离子的存在对于方解石溶蚀起到显著的抑制作用。同样地，Compton和Brown(1994)在含Mg²⁺离子达80mM的碱性溶液中(pH≈8.0-9.0)测定了Mg²⁺离子的存在对溶蚀速率是否具有抑制作用，实验结果显示，溶液中Mg²⁺离子的存在对于方解石的溶解展现了较强地抑制作用，并将这种抑制作用归因于方解石表面Mg²⁺和Ca²⁺竞争性的吸收。(1978)实验发现，在偏中碱性条件下(T＝25℃；Ca²⁺高达10^-5m)随着溶液中存在的MgCl₂浓度的增加，致使方解石的溶蚀速率显著减小，Mg²⁺离子的抑制作用随着溶液中方解石饱和度程度的增加而增强，并将造成这种现象的原因归因于方解石表面吸附的水相镁离子(Mg²⁺＜50mM)根据朗缪尔式吸附等温线。当抑制剂溶液组分的浓度超出一定范围，Langmuir-Volmer模型预测溶蚀速率将与抑制剂浓度无关。Gledhill和Morse(2006)实验发现Mg²⁺离子对于方解石的溶蚀速率的抑制作用不明显并将造成这种现象的原因归因于溶液中Mg²⁺离子浓度超过了抑制高地。Gutjahr等(1996)表明Mg²⁺离子对方解石的溶解速率没有影响(Mg²⁺离子≤3x10^-4M和Ω_calcite≈0.5)。Ruiz-Agudo等(2009；2010)注意到，在中性溶液中较低的Mg²⁺离子浓度(C_Mg2+＜50mM)抑制了方解石的溶解，而当Mg²⁺离子浓度＞50mM时促进了方解石的溶蚀。Gledhill和Morse(2004)调查了方解石在卤水环境下的溶蚀实验，实验发现随着溶液中Ca²⁺或Mg²⁺离子浓度的增加，SO₄^2-对于方解石的抑制作用更加明显。由上述可见，镁离子对于方解石的溶蚀速率的影响还存在争议，但有一点可以明确：在一定的抑制剂浓度范围内，Mg²⁺离子对于方解石的溶解速率起到抑制作用，当溶液具有较高的抑制剂浓度，镁离子对于方解石的溶蚀速率的作用不是很明显，可能暗示抑制作用达到最大限度。Arvidson等(2006)实验发现，在远离平衡的条件下，在碳酸盐缓冲溶液中Mg²⁺离子(＜5x10^-5 m)对方解石的溶蚀起到一定的抑制作用，但通过AFM溶蚀坑微形貌的变化没有被观察到。当Mg²⁺离子增加到0.8X10^-3m，在AFM和VSI实验中观察到独特的溶蚀坑剖面。Arvidson等(2006)将导致方解石溶蚀速率的降低的原因归因于Mg²⁺离子的吸附引起的阶布钉扎效应和缓慢脱水；对于溶蚀坑形貌的变化可能是由于选择性的阶布钉扎和过量的结点累积沿着钝角阶布边缘。Sabbides和Koutsoukos(1995)曾阐述，在Mg²⁺＝4x10^-5M和Ω_calcite＝0.004-0.02条件下，方解石的溶解速率明显降低，降低了约三倍之多。Xu and Higgins(2011)曾阐述，在接近平衡条件下，溶解的Mg²⁺离子(＜10^-4m)对方解石的溶蚀展现微弱的抑制作用，在Mg²⁺离子浓度为10^-3m中，当溶液Ω_calcite＜0.2时，Mg²⁺离子对于方解石的溶解几乎没有影响，而当Ω_calcite＞0.2时镁离子对于方解石溶解突然起到一定的抑制作用。