黄 丹，伊向艺，2，杨 哲，郭冰柔，黄文强，吴 霞

（1.成都理工大学能源学院，四川成都 610059；2.油气藏地质及开发工程国家重点实验室·成都理工大学，四川成都 610059）

酸化压裂是白云岩储层最有效的增产改造措施之一，并已在现场得到广泛应用。长庆油田新探区高灰质白云岩储层，储层薄且致密，矿物组成复杂，硬石膏含量较其他地区高，各种矿物含量变化起伏大，均一性差，应力遮挡差，裂缝发育和连通性较差。新探区储层酸压改造难度大，酸压改造效果与酸蚀过程有关[1-4]。因此，本文从矿物类型及储集空间、矿物产状及孔隙结构、岩石矿物化学成分三方面分析不同条件下的高灰质白云岩微观酸蚀机理，为后续该探区高灰质白云岩储层酸压改造设计及参数优化提供指导性建议[5-8]。

1 矿物类型及储集空间酸蚀机理

未酸蚀长庆储层的岩心致密，白云石含量较高，部分岩心硬石膏含量高，灰质含量低，部分发育微裂缝。利用薄片鉴定对比不同条件下酸岩反应前后薄片的变化，如：各种矿物的反应程度，薄片因酸蚀减少的质量等，了解矿物类型及储集空间酸蚀微观机理。

1.1 酸液浓度影响

对比分析在90℃，45 s反应时间条件下，5%、10%、15%和20%盐酸分别与岩石的反应情况（见图1）。

图1（a）中，裂缝中的方解石反应较多，白云石反应程度较轻，几乎看不出损耗。图1（b）中方解石反应完全，并在薄片表面留下了少量的泥质及有机质，白云石有一定的溶蚀。图1（c）中，方解石是后期快速充填形成的，故而反应较为彻底，泥质有机质成分较少，白云石有明显的破裂现象，反应较为明显，损耗相对较大。图1（d）主要由泥晶白云石组成，少量硬石膏，以片状分布在白云石间，岩石表面溶孔较大，酸岩反应更为剧烈。

在盐酸浓度为5%～20%的范围内，随着盐酸浓度的增大，不同类型矿物的溶蚀程度增加。储集空间的变化表现为白云石出现不同程度的破裂现象，岩石的溶蚀孔径增大。

1.2 反应温度影响

对比分析在酸液浓度15%，45 s反应时间条件下，70℃、80℃、90℃和100℃不同反应温度下酸液与岩石的反应情况（见图2）。

图2（a）中，主要为粉晶白云石，以半自形-自形粒状分布，发育两组裂缝，主要充填有机质，白云石反应程度较轻，几乎看不出损耗。图2（b）中，溶蚀孔隙增大。图2（c）中，方解石反应较为彻底，泥质有机质成分较少，白云石有明显的破裂现象，反应较为明显，损耗相对较大。图2（d）中，发育有裂缝，充填有白云岩，白云石反应较为明显，损耗相对较大。得出结论，在70℃～100℃范围内，随着温度的升高，酸岩反应程度逐渐增大。

1.3 反应时间影响

对比分析在酸液浓度15%，90℃温度条件下，15 s、30 s、45 s和60 s不同反应时间下酸液与岩石的反应情况（见图3）。

图1 不同浓度盐酸与岩石反应的微观形态

图2 不同温度下盐酸与岩石反应的微观形态

图3 15%盐酸与岩石反应不同时间的微观形态

图3（a）以白云石和硬石膏为主，呈条带状顺层分布，白云石分布不均，白云石反应程度较轻。图3（b）岩样表面具有网状结构，白云石有一定的溶蚀。图3（c）中方解石反应较为彻底，泥质有机质成分较少，白云石有明显的破裂现象，反应较为明显，损耗相对较大。图3（d）中，15%盐酸经过60 s的反应方解石全部反应完毕。得出结论：反应时间越长，酸岩反应越彻底。

通过薄片分析，不同条件下矿物类型及储集空间酸蚀机理即酸蚀后方解石和白云石含量大量减少；白云石岩面产生破裂现象，这有利于降低破裂压力，在酸压前可注入少量酸。裂缝中的充填物发育位置溶蚀反应较集中，溶蚀孔隙变大，或被微小颗粒充填，这可能会使酸液向裂缝、孔隙滤失，建议在反应过程中加入降滤失剂。

2 矿物产状及孔隙结构酸蚀机理

酸蚀前岩石致密，疑似有石膏溶蚀孔，见黄铁矿颗粒，见粒间缝，颗粒断面形态多样。利用电镜扫描分析不同条件下酸液与岩石反应后扫描电镜的变化，如矿物的产状、孔隙结构、排列形态等，了解岩石矿物产状及孔隙结构受盐酸影响的微观机理。

图4 不同酸液浓度下矿物产状及孔隙结构变化

2.1 酸液浓度影响

对比分析在90℃，45 s反应时间条件下，5%、10%、15%和20%盐酸分别与岩石的反应情况（见图4）。

图4（a）酸岩反应后，矿物胶结结构出现少量破坏，溶蚀孔径小。图4（b）晶粒较过酸前松散，矿物骨架破坏明显。图4（c）表面存在微粒脱落现象；受到流体压力而导致孔隙坍塌，有明显压实现象。图4（d）岩石表面变平坦，溶蚀孔径较大。

图5 不同反应温度下矿物产状及孔隙结构变化

图6 不同反应时间下矿物产状及孔隙结构变化

2.2 反应温度影响

对比分析在酸液浓度15%，45 s反应时间条件下，70℃、80℃、90℃和100℃不同反应温度下酸液与岩石的反应情况（见图5）。

图5（a）岩面粗糙，粒内溶孔数量增多。图5（b）细小颗粒被溶蚀，岩石表面粗糙性降低，出现凹凸起伏。图5（c）充填溶蚀孔的细小方解石被溶蚀后，溶孔孔径扩大在孔底部出现更细小的溶孔。图5（d）较大的孔壁被进一步溶蚀，孔径增大，较小的孔被细小的溶蚀颗粒充填覆盖。

2.3 反应时间影响

对比分析在酸液浓度15%，90℃温度条件下，15 s、30 s、45 s和60 s不同反应时间下酸液与岩石的反应情况（见图6）。

图6（a）可见碳酸盐岩中的黏土矿物颗粒，见粒缘缝，溶蚀较弱。图6（b）出现凹凸起伏，较大的孔壁被进一步溶蚀。图6（c）颗粒被溶蚀，岩石表面粗糙性降低。图6（d）表面较平坦，粒间缝扩大。部分颗粒形状仍能清楚辨别，出现了新的溶蚀孔。

通过扫描电镜分析，不同条件下矿物产状及孔隙结构酸蚀机理即酸蚀后颗粒接触关系方面，颗粒粒径变小，颗粒间接触变松散，黏土不稳定，可能会造成流速敏感性增加，造成地层堵塞，酸压施工过程可采用气体拌注，加快返排效率，降低储层伤害。孔隙结构方面，可形成新孔隙或扩展原来的孔隙，有助于扩大酸蚀面积，对酸压工艺有利。岩石表面形态方面，可能出现岩面局部粗糙性增加，也可能出现整个岩石表面粗糙性都降低。

3 岩石矿物化学成分酸蚀机理

未酸蚀前岩石矿物化学成分中白云石含量占主要，其次为方解石和泥质，其他含量中含有部分石膏。应用X衍射全岩检测技术测定不同条件下酸液与岩石反应后矿物化学成分含量变化，了解岩石矿物化学成分酸蚀机理。

3.1 酸液浓度影响

对比分析在90℃，45 s反应时间条件下，5%、10%、15%和20%盐酸分别与岩石的反应情况（见图7）。

由图7可知，岩石矿物与盐酸反应的溶蚀容易程度为：方解石＞白云石。泥质溶蚀含量少，其酸岩反应后的相对含量增加。

3.2 反应温度影响

对比分析在酸液浓度15%，45 s反应时间条件下，70℃、80℃、90℃和100℃不同反应温度下酸液与岩石的反应情况（见图8）。

图7 不同酸液浓度下岩石矿物成分变化程度

图8 不同反应温度下岩石矿物成分变化程度

由图8可知，增加温度，方解石和白云石的溶蚀程度呈正相关增加，泥质相对含量也增加。温度在90℃以后，方解石和白云石的溶蚀程度变缓。

3.3 反应时间影响

对比分析在酸液浓度15%，90℃温度条件下，15 s、30 s、45 s和60 s不同反应时间下酸液与岩石的反应情况（见图9）。

图9 不同反应时间下岩石矿物成分变化程度

由图9可知，白云石和方解石的溶蚀程度都呈线性增加，说明反应时间对白云石和方解石的影响较大。泥质相对含量也增加明显。

通过X衍射全岩检测分析对比酸岩反应前后岩样矿物成分变化，总结出矿物成分酸蚀机理。即各个岩石矿物成分与盐酸反应的溶蚀容易程度顺序为：方解石＞白云石＞泥质。方解石和白云石的溶蚀程度较大，说明其酸岩反应速率较大，在酸压工艺中可采用缓速酸等来延缓酸岩反应速率，控制阶段酸液用量防止过度溶蚀。泥质相对含量增加，可能会出现颗粒分散运移，酸压工艺中可适当加些黏土稳定剂来增加其颗粒稳定性。

4 结论与认识

（1）矿物类型及储集空间酸蚀机理：酸蚀后，白云石岩面产生破裂现象，这有利于降低破裂压力，在酸压前建议注入少量酸。裂缝中的充填物发育位置溶蚀反应较集中；溶蚀孔隙变大，或被微小颗粒充填，这可能会使酸液向裂缝、孔隙滤失，建议在反应过程中加入降滤失剂。

（2）岩石矿物产状及孔隙结构酸蚀机理：酸蚀后，颗粒接触关系为颗粒粒径变小，颗粒间接触变松散；可形成新孔隙或扩展原来的孔隙；可能出现岩面局部粗糙性增加，也可能出现整个岩石表面粗糙性都降低。

（3）岩石矿物成分酸蚀机理：各个岩石矿物成分与盐酸反应的溶蚀容易程度顺序为：方解石＞白云石＞泥质。方解石和白云石的酸岩反应速率较大，在酸压工艺中可采用缓速酸等来延缓酸岩反应速率，控制阶段酸液用量防止过度溶蚀。泥质相对含量增加，可能会出现颗粒分散运移，酸压工艺中可适当加些黏土稳定剂来增加其颗粒稳定性。