这个实验是进行碳酸盐岩储层溶蚀率仪器由实验室(图设计和制造 1)[ 12, 22, 23]。电加热器被用来加热反应堆。反应堆的温度由温度传感器监测和控制(装Pt100)。仪器的设计温度和压力是250°C和70 Mpa。反应系统的压力和流量控制的恒压恒流泵。观察表面结构通过扫描电子显微镜(SEM);德国蔡司EVO马10);Ca的浓度^{2 +}和毫克^{2 +}之前和之后的反应是衡量ICP-OES(美国安捷伦715 OES)检测极限为0.3 μg / L和0.1 μ分别g / L。矿物的类型和成分测量了x射线衍射仪(XRD);力量D8、德国)。

在实验中,反应器的温度和压力是逐渐提高到设定的值。储层中的流体是加压罐,然后通过管道流入了高温和高压反应器(Hastelloy)。六个平行石英反应器反应管可以放置。第一液体流过管,然后与碳酸盐反应样本。后( 1),减肥中碳酸盐矿物的反应可以定量描述的大小解散的过程。

后地温梯度为2.5°C / 100 m,从地球表面的温度和压力形成深度(7000)范围从25 ~ 200°C和1 ~ 70 Mpa,分别。反应堆被加热的温度逐渐5°C /分钟。液体流率设定为1毫升/分钟和0毫升/分钟的开放和半开口地质流体系统,分别为(表 1)。每个温度/压力的反应时间是3到4个小时,直到液中的钙和镁离子浓度不再改变,然后延长了两个多小时,以确保流动相互作用的平衡。当反应完成后,钙、镁离子液体测量和溶解率是由重量决定的质量损失样品。

在实验结束时,两种流体的溶解特性系统和各种碳酸盐样品温度和压力被测量的变化调查解散减肥和离子浓度的变化。

在这项研究中,方解石矿物样本标准,标准的白云石矿物,从奥陶系和泥晶灰岩样品平凉市形成,白云石灰岩样本,和细晶白云岩样本奥陶系马家沟的形成。样品的显微特征如图所示 2。收集位置和形态的样品表中列出 2。碳酸盐岩样品的矿物组成和内容列在表中 3。

样品粉碎成颗粒直径2.8毫米到4.2毫米的样品管。样本与去离子水超声清洗和干燥炉105°C的24小时。有限公司₂水溶液被选为酸性流体介质,模拟原位酸性流体环境( 24]。公司的质量分数₂溶液的pH值为4.2 0.3%。

开放系统的模拟,方解石的溶解通常超过了白云石、石灰岩和白云岩(图 3)。每个碳酸盐的溶解减肥样本显示解散窗口,在此期间减肥先上升然后下降随着温度升高( 12, 22, 23, 25]。温度显示解散窗口范围从35°C到150°C。解散减肥的标准方解石样品增加35°C和100°C之间,到达峰值在100°C,然后慢慢下降。标准的白云石样品,当溶解范围减肥增加35°C和125°C之间,和最大解散减肥达到125°C。白云石对温度变化的响应时间慢于方解石,方解石的最大溶解减肥是白云石的两倍。这些结果表明,方解石是白云石的放荡更多开放的环境和符合前者研究的开放系统( 23]。通过热力学模拟、黄等。 26]发现碳酸盐矿物在不到700米的深度往往溶解,形成和朱et al。 27)发现,碳酸盐岩的溶解性能先增加,然后随着温度的增加减少。在这个研究结果符合上述模拟。

半开口系统仿真,白云石灰岩的溶蚀减肥是最大的在所有的样品。方解石的溶解减肥是高于白云石对整个温度范围内。石灰石和白云石共享类似解散重量损失35°C ~ 125°C之间,前者高于后者的溶解速度,当温度高于125°C。所有样品的溶解减肥来到山顶150°C左右。最高的方解石溶解减肥是白云石的约1.5倍。解散窗口的温度范围从120°C到175°C。解散窗口半开口系统出现在温度/压力高于开放系统(图 4)。

在半开口系统,白云石灰岩(白云石含量< 30%)比其他碳酸盐样品有较高的减肥。泰勒et al。 28]还发现,解散减肥Kluff形成的石灰岩与白云岩30 - 40%的内容是最大的1 M盐酸溶液,在室温下。戴维斯et al。 29日)建议毫克^{2 +}白云石溶蚀破坏产生的内部晶体结构方解石和增强方解石的溶解。也观察到白云石化灰岩储层的字段通常发育良好的溶解毛孔。

半开口的模拟实验系统接近实际deep-ultradeep碳酸盐岩地层。断层系统的开放与情景相关的构造或特定的流体等相邻地层的开发有限公司₂、有机酸形成生烃或H₂年代从TSR可以使它有利于流体进入故障或骨折与碳酸盐岩反应。水/岩比相对较小的少量液体。在这种情况下,在短时间内成为过度饱和液体在反应,溶解/沉淀过程的平衡。这样短的反应影响小创建孔隙度但可能维持先前存在的气孔形成的开放系统,防止通过胶结孔隙度损失。

在这项研究中,平均体重标准的方解石样品在开放系统14倍半开口的系统。白云石样品标准,开放系统的平均体重的11倍半开口系统。因此,碳酸盐岩的溶解减肥在开放系统更高的在相同的温度和压力条件下(对应于埋深),也有利于孔隙度(图 5)。

在碳酸盐矿物的溶解过程,H⁺溶液中扩散到扩散边界层与矿物之间的解决方案并与矿物表面反应。Ca^{2 +}和毫克^{2 +}反应产物,从矿物表面扩散到解决方案。边界层的厚度决定了扩散时间和反应速率。溶解率可能是有限的。当液体的流量很低,相对较厚的扩散边界层,和缓慢的传质速度成为更高的溶解速率的限制因素,反之亦然( 30.- - - - - - 32]。在开放系统中,较强的水动力条件和更薄比这双半开口系统可能导致较高的扩散率。

当液的pH值低于4,矿物溶解率成正比⁺浓度( 33, 34]。开放的流体系统不断补充新鲜的酸性流体(pH ~ 4)的反应。然而,半开口流体系统中流体的总量相对较小,流体的平均pH值增加到5.45 ~ H⁺损耗。因此,pH值较低的液体可以保证较高的反应速率的开放系统。因此,较高的扩散率和反应速率表示,碳酸盐岩的溶解在开放系统中,解散总额大,是更重要的比半开口系统。

此外,碳酸盐岩孔隙中的水-岩作用模拟实验的封闭系统显示整个碳酸盐岩倾向于降水和胶结随着温度和压力的增加 35]。然而,我们也观察到一些单点倾向于溶解,这表明溶解/沉淀过程的动态平衡反应。因为水/岩比相当小的封闭系统,降水仅仅影响了整个孔隙度状态。

碳酸盐样品扫描电镜(SEM)观察到反应前后的开放系统。碳酸盐溶解的特点如下:方解石表面反应(图之前持平 6(一)),然后小沿着方解石溶解毛孔形成解理面或表面(图上的弱点 6 (b))。一些新白色矿物表面沉淀,后来确认为CaCO₃能量色散谱仪(图 6 (c))。白云石溶解主要从菱形晶体边缘椭球(图 6 (d))。小孔形成白云石晶体边缘被连接到形成大孔(图 6 (e)和 6 (f))。赫尔曼和白色( 36]观察选择性溶解的白云石颗粒边缘。流体和岩石的初始界面决定解散后的界面形态。一般来说,解散是扩展和连接的接触表面矿物解理,骨折,弱点。