粘土矿物对储层物性的影响_李娟_图文.doc

中国西部科技２０１１年０８月（上旬）第１０卷第２２期总第２５５期粘土矿物对储层物性的影响李娟于斌（成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，四川成都６１００５９）摘要依据化学成分的不同，可将粘土矿物分为五类，高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和绿泥石－蒙皂石混层。粘土矿物的类型、含量、产状和物理性质对储层的物性有较大的影响，粘土矿物含量越高，砂岩的孔隙度和渗透率越低，储集性能越差；粘土矿物的产状与油气层的渗透率有密切联系，其中搭桥式对储层的渗透率影响最大；粘土矿物因其具有膨胀性，对酸敏感性，也严重影响着储层物性。关键词粘土矿物；孔隙度；渗透率；含量；产状ＤＯＩ１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．２２．００４１引言中的绿泥石富含镁、铁，具有较强的酸敏性。伊利石－蒙皂石混层和绿泥石－蒙皂石混层以薄膜式贴附在砂岩颗粒表面，分别具有两种矿物的性质，具有较高的膨胀性。３粘土矿物成岩作用粘土矿物的演化对储层研究有重要意义，它既可以充在砂岩储层中粘土矿物的组成、含量、产状和分布特征直接影响到对砂岩储层的评价，它与油层储层敏感性密切相关，粘土矿物分布的广泛性和特有的物理化学性质，使它与石油地质和油气田的开发诸多发面联系起来。不同类型的粘土矿物与砂岩的渗透率有不同的相关关系，同一种粘土矿物形态和产状的不同与渗透率相关性也有差异，基于粘土矿物的重要性及复杂性对其做深入的了解。２粘土矿物的类型与物理性质根据化学成分的不同，可将粘土矿物划分为五种类型高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和绿泥石－蒙皂石混层。高岭石在砂岩孔隙中常以书页状、蠕虫状等各种形态的集合体形式存在，高岭石具有颗粒大、对砂岩颗粒的附着力弱两大特征。蒙皂石常以薄膜式贴附在碎屑颗粒表面，具有较大的比表面积，在岩层中的存在形态有多种，有时呈现出波状、褶皱层状等，蒙皂石是膨胀性很强的粘土矿物。伊利石是砂岩中最常见的粘土矿物，在地质剖面上从上至下均有分布，但存在形态有变化，在较浅的砂岩中呈鳞片状贴附在砂岩颗粒表面；在深部，伊利石呈毛发状、纤维状或条片状呈搭桥式生长［１］，把砂岩中可流动的粒间孔隙变为微细束缚孔隙，它常常是我国低渗透－特低渗透砂岩储层及致密非储集砂岩粘土矿物的主要特征之一。伊利石膨胀性介于高岭石与蒙皂石之间。绿泥石常见于较深的地层中，存在形态有板状，柳叶状，集合体状等，油层［２］填粒间孔隙，减少孔隙空间，还可以通过影响储层敏感性降低储层的渗透率。粘土矿物纵向上演化具有一定的规律性，随着埋藏深度和温度的增加，砂岩中的蒙皂石要向伊利石或绿泥石转化，同时伊利石的结晶程度随着埋藏深度的增加而变好。油气对砂岩粘土矿物的成岩作用的影响。油气进入储层以后抑制自生粘土矿物的进一步演化，如英国北海盆地侏罗系Ｂｒｅｎｔ砂岩，在油水界面之上的砂岩只含高岭石，很少含伊利石，而在油水界面之下的砂岩则以含伊利石为主，而且有证据证明伊利石呈高岭石假象，其是成岩过程中高岭石与孔隙水不断发生反应的结果。因此，油层粘土矿物的演化程度可以用来推断油气进入储层的时间［３］。孔隙水流动特征影响粘土矿物的成岩作用。砂岩储层中孔隙流体的流动特征决定了成岩过程中物质的迁移和再分配，影响粘土矿物在砂岩储层中的分布特征。４粘土矿物对储层渗透率的影响４．１粘土矿物含量的影响国内外的研究表明，在沉积成岩条件大致相同的情况下，粘土矿物绝对含量越高，砂岩的孔隙度和渗透率越低，储集性能越差，砂岩的粘土含量为１％～５％时，为储集图１粘土矿物含量与孔渗关系［５］收稿日期２０１１－０５－２７修回日期２０１１－０６－１９作者简介李娟（１９８６－），女，硕士，研究方向为矿产普查与勘探。 08 论性能较好的油气层；当粘土含量超过１０％时，一般为储集性能较差的油气层。岔路河断陷昌３０井的研究显示出，随着粘土矿物含量的增加，砂岩孔隙度和渗透率都有所减少，但对孔隙度的影响不大（图１），如２２２３～２２２４ｍ段砂岩，粘土含量为３．５４％时，其平均孔隙度为１７．１２％，平均渗透率为５３．９８１０ μｍ；而２５６５～２５６６ｍ段砂岩，粘土含量为５．２８％，其平均孔隙度为１２．１８％，平均渗透率仅为３．８９１０ μｍ。因此，粘土矿物的含量的多少对储层渗透率的影响很大。４．２粘土矿物产状的影响粘土矿物的产状是指粘土矿物分布特征及其与岩石骨架颗粒之间的相互关系，粘土矿物对地层的损害的潜在影响不仅与地层中粘土矿物的物理、化学性质有关，还和它们在地层孔隙中的分布特征有关，不同粘土矿物之间的物理、化学性质不同，产状不同，对油气层的影响也不同，在许多情况下，粘土矿物的产状对油层损害的影响要比其它影响因素重要。粘土矿物的产状可分为三种类型，分散质点式、薄膜式和搭桥式。高岭石多为分散质点式分布，绿泥石、蒙皂石为薄膜式，伊利石呈搭桥式。分散质点式粘土砂岩原始粒间孔隙被许多松散粘土质点的微细孔隙所分割，降低渗透率。薄膜式减小孔隙的有效半径，常导致孔隙喉道堵塞，Ｇａｌｌｏｗａｙ（１９７８）研究表明，围绕碎屑岩粘土薄膜能使颗粒半径增加３．８％～６．１％，虽然颗粒半径增加不多，但却能大大减小孔隙喉道，颗粒半径增加３．８％，孔隙喉道直径就要降低２５．２％，由于渗透率大致与孔隙喉道的平方成正比，因而渗透率降低更多。搭桥式粘土矿物晶体把原始的粒间孔隙支离切割，成为微细孔隙，严重降低储层渗透率。砂岩的渗透率随粘土矿物产状降低的顺序是分散质点式薄膜式搭桥式。４．３粘土矿物酸敏性、水敏性的影响绿泥石、蒙皂石及含蒙皂石的混层粘土矿物对油层最大的影响是其酸敏性，这些粘土矿物组成是胶结物和杂基，它们与盐酸反应后释放出大量的阳离子，如Ａｌ、Ｆｅ３＋、Ｆｅ２＋、Ｃａ２＋、Ｍｇ２＋等，并生成硅酸，在酸耗尽时会产生溶解度很低的氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，其粒度一般比油层孔隙喉道大，从而导致渗透率降低。粘土矿物属层状硅酸盐，不同类型的粘土矿物其晶体主要结构单元都是二维排列的硅－氧四面体和铝－氧或镁－氧八面体，但由于两类片层之间的结构方式与数量的比例不同，造成了各类粘土矿物不同的水敏性。粘土矿物膨胀性［７］３＋［６］－３２－３２［４］［５］著由强到弱的顺序是蒙皂石，含蒙皂石的混层粘土，伊利石，高岭石。富钠的蒙皂石遇水可膨胀至原来体积的６～１０倍，减小孔隙体积，降低渗透率，并且，其膨胀后，易从骨架颗粒上脱落下来，在流体作用下分散、移动，堵塞储集层孔隙喉道，大大降低渗透率。水敏性粘土矿物与淡水接触时，对岩心渗透率的影响最大，尽管岩心中含蒙皂石不多，但当它与淡水接触时的粘土膨胀对渗透率的损害十分严重。Ｍｏｎａｇｈａｎ等（１９５９）报导，含蒙皂石５％、石英９５％的岩心，与淡水充分接触后，其渗透率降低了１／６９，之后再用２ｍｏｌ／Ｌ的氯化钠溶液和煤油反洗后，渗透率只恢复了１／９［８］。５结论（１）根据化学成分的不同，将粘土矿物分为高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和绿泥石－蒙皂石混层五种类型。（２）粘土矿物的成岩演化对储层研究有重要意义，它既可以充填粒间孔隙，减少孔隙空间，还可以通过影响储层敏感性降低储层的渗透率。（３）粘土矿物的含量、产状和物理性质对储层的物性有较大影响，粘土矿物含量越高，砂岩的孔隙度和渗透率越低，储集性能越差；粘土矿物的产状也与油气层的渗透率有密切联系，砂岩的渗透率随粘土矿物产状降低的顺序是分散质点式薄膜式搭桥式；粘土矿物因其具有膨胀性，对酸敏感性，也严重影响着储层物性。参考文献［１］岳湘安，王尤富，王克亮．提高石油采收率基础［Ｍ］．石油工业出版社，２００７．［２］罗朝期．粘土矿物与地层微粒对低渗油田开发的影响［Ｊ］．科苑观察７７～７８．［３］王行信，周书欣．砂岩储层粘土矿物与油层保护［Ｍ］．地质出版社，１９９２．［４］王行信．泥岩中碎屑高岭石的分布及其在沉积环境研究中的意义［Ｊ］．大庆石油地质开发，１９８３，２（１）１～６．［５］何雅娟，周江羽，王旭丽．伊通盆地岔路河断陷粘土矿物特征及其对储层物性的影响［Ｊ］．沉积与特提斯地质，２００９，１２（４）５７～６１．［６］伏万军．粘土矿物成因及对砂岩储集性能的影响［Ｊ］．古地理学报，２０００，８（３）５９～６８．［７］纪友亮，张立强．油气田地下地质学［Ｍ］．同济大学出版社，２００７．［８］ＭｏｎｇｈａｎＰ．Ｈ．ｅｔａｌ．，１９５９，Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙｓｔｕｄｉｅｓｏｆｆｏｒｍａｔｉｏｎｄａｍａｇｅｉｎｓａｎｄｃｏｎｔａｉｎｇｃｌａｙｓ，ＴｒａｎｓＡＩＭＥ２１６２０９～２１５．（上接第１２页）机碳含量高，有望在本区找到页岩气。（３）奥陶系上统五峰组黑色碳质页岩虽烃源岩好，有机碳含量高，但厚度太小，页岩气勘探在本区不利。（４）志留系下统龙马溪组深水盆相沉积的黑色页岩、炭质泥岩有机碳含量高，厚度大，向北至川渝境内又增厚，是今后的页岩气勘探对象。参考文献［１］魏志红，胡熠昭，吴正永．黔中隆起及周缘地区下组合油气成藏条件［Ｊ］．南方油气，２００５，（２）２～５．［２］黄籍中．四川盆地页岩气与煤层气勘探前景分析［Ｊ］．岩性油气藏，２００９，２１（２）１１６～１２０．［３］陈波，兰正凯．上扬子地区下寒武统页岩气资源潜力［Ｊ］．中国石油勘探，２００９，（３）１０～１４．［４］陈波，皮定成．中上扬子地区志留系龙马溪组页岩气资源潜力评价［Ｊ］．中国石油勘探，２００９，（３）１５～１９．［５］李建忠，董大忠，陈更生，王世谦，程克明．中国页岩气资源前景与战略地位［Ｊ］．天然气工业，２００９，２９（５）１１～１６．［６］程克明，王世谦，董大忠，黄金亮，李新景．上扬子地区下寒武统筇竹寺组页岩气成藏条件［Ｊ］．天然气工业，２００９，２９（５）４０～４４． 09