遼中凹陷A21構造沙四段儲層自生綠泥石產狀、富集因素及對儲層物性的影響＊

王清斌 李建平 臧春艷 趙國祥 朱文森 王曉剛

（1．中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海油田勘探開發研究院； 2．中海油能源發展股份有限公司鉆采工程研究院）

遼中凹陷A21構造沙四段儲層自生綠泥石產狀、富集因素及對儲層物性的影響＊

王清斌1李建平1臧春艷2趙國祥1朱文森1王曉剛1

（1．中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海油田勘探開發研究院； 2．中海油能源發展股份有限公司鉆采工程研究院）

以遼中凹陷A21構造A21－2井為例，分析了沙四段儲層自生綠泥石產狀、富集因素及對儲層物性的影響，結果表明：沙四段儲層自生綠泥石分為2期，即早期包殼狀或孔隙環邊狀綠泥石和晚期孔隙充填綠泥石，其中晚期孔隙充填綠泥石含量較高。富火山巖巖屑中鐵鎂質礦物的早期水解、微咸水湖泊的三角洲前緣環境和超高壓封閉成巖環境是沙四段儲層自生綠泥石富集的主要因素。早期包殼狀綠泥石對石英加大生長有抑制作用，但由于沙四段儲層為封閉的超壓系統，SiO2仍以大量微晶石英形式沉淀，所以儲層孔隙度與自生綠泥石含量相關性不明顯；晚期孔隙充填自生綠泥石相對發育，增加了孔隙的比表面積，使孔喉復雜化、細小化，對沙四段儲層滲透率損害較大，所以儲層滲透率與自生綠泥石含量呈弱負相關關系；沙四段儲層所表現的強酸敏性與儲層富含自生綠泥石密切相關，建議在對儲層進行酸化處理時加入鐵螯合劑和除氧劑，以降低儲層強酸敏性對油氣層的損害。

自生綠泥石 產狀 富集因素 儲層物性 沙四段 遼中凹陷

自生綠泥石對儲層物性有重要影響，有些學者［1－3］認為孔隙襯里綠泥石的存在提高了巖石的機械強度，并抑制石英次生加大，從而對砂巖孔隙的保存具有積極作用；也有學者［4－6］認為綠泥石降低了孔隙度，堵塞孔隙喉道，導致喉道直徑減小，滲透率降低。遼中凹陷沙四段儲層發育［7－8］，鉆井顯示該區沙四段綠泥石含量較高，但對其成因及其對儲層物性的影響還未開展過系統研究。A21反轉構造位于遼中凹陷南部，處于遼中凹陷與渤中凹陷的接合過渡部位，3 600 m以下A21－2井井段沙四段巖心揭示了一套綠泥石含量較高的碎屑巖儲層，本文即以該井沙四段為重點探討綠泥石高含量的原因及對儲層物性的影響。A21－2井X衍射分析表明，沙四段砂巖粘土礦物含量平均值為4．7%，其粘土礦物成分及相對含量見表1，綠泥石高含量的特點十分突出。鑄體薄片和掃描電鏡觀察A21－2井沙四段自生綠泥石具有以下產狀：

表1 A21－2井沙四段砂巖粘土礦物特征

1 自生綠泥石產狀

對A21構造沙四段儲集層段開展了砂巖粘土礦物、全巖、鑄體薄片、掃描電鏡、微量元素等分析。

（1）鑄體薄片中見少量孔隙環邊襯里綠泥石和顆粒包殼綠泥石分布，可見自生綠泥石環邊僅在一個孔隙周邊發育，同一顆粒的其他部位未見環邊生長綠泥石（圖1A）；掃描電鏡下見大量孔隙充填自生綠泥石，而這類綠泥石多呈玫瑰花狀（圖1B）。大量孔隙充填綠泥石的現象說明，在環邊膠結綠泥石發育期后有一個大規模的綠泥石發育期。

（2）綠泥石生長呈明顯的期次性，早期綠泥石包裹顆粒生長，包殼狀自生綠泥石外側見較多微晶石英生長（圖1C），微晶石英上見另一期綠泥石生長（圖1C、D）。顯然，生長在石英顆粒上的綠泥石是在石英結晶后形成的，形成時間較晚。

（3）包殼狀綠泥石發育一側石英次生加大少見，無綠泥石包殼一側則石英次生加大強烈，這證實了包殼綠泥石對石英次生加大的抑制作用，但綠泥石晶粒間也見較多石英以微晶形態沉淀（圖1E）。

（4）砂巖整體壓實作用較強，顆粒間主要以線－凹凸接觸為主，石英次生加大較強。

圖1 A21－2井綠泥石掃描電鏡、薄片照片

（5）局部見黑云母綠泥石化（圖1F），火山巖巖屑附近個別孔隙內綠泥石發育，充滿孔隙（圖1F），推測火山巖巖屑提供了大量鐵質，局部富鐵環境造成了綠泥石的集中發育。

2 自生綠泥石富集因素

2．1 巖性

綠泥石為富鐵、鎂硅酸鹽礦物，形成于富鐵的堿性環境［9］，其成因大致可歸納為以下幾種：①富鐵、鎂礦物的早期水解釋放大量鐵、鎂離子，有利于早期綠泥石的形成；②中晚成巖期粘土礦物在富鐵的條件下轉化為綠泥石；③黑云母、角閃石等礦物的蝕變形成綠泥石。研究區沙四段儲層主要為中—粗粒長石巖屑砂巖，其中火山巖巖屑含量為20%～45%，主要為酸性噴出巖、花崗巖和少量安山巖。這些巖屑中雖然鐵、鎂礦物含量不高，但由于火山巖巖屑總體含量高，鐵、鎂礦物水解對早期包殼綠泥石的形成應該起到了重要作用。

2．2 沉積水體

根據A21－2井巖心泥巖微量元素分析結果，分別計算了B、Sr含量以及Sr／Ba、B／Ga等確定古鹽度的指標，其中B、Sr含量值都呈現明顯的淡水向半咸水過渡特點，Sr／Ba、B／Ga值大多落在過渡環境和微咸水—半咸水環境區間（表2）。

表2 A21－2井沙四段沉積環境判別

許多研究表明早期綠泥石的生成與早期微咸水—半咸水環境密切相關，而河流向微咸湖泊推進的三角洲前緣是早期綠泥石形成的有利部位［14］。研究區沙四段為一套辮狀河三角洲前緣相，古鹽度分析也表明沙四段沉積時期湖泊水體是微咸水—半咸水環境，因此，河流與微咸水湖泊交匯的三角洲環境是沙四段早期綠泥石發育的有利條件。

2．3 成巖環境

元素分析結果表明，A21－2井沙四段儲層上下的泥巖中鐵和鎂含量均較高，鐵平均含量4．04μg／g（8個樣品），鎂平均含量1．47μg／g（8個樣品），富鐵、鎂泥巖在粘土礦物脫水期排出的流體富含Fe2＋、Mg2＋離子，而這些離子是儲集層中綠泥石形成的重要物質條件。測試資料表明，研究區沙四段儲層為強超壓系統，壓力系數可達到1．7，研究區異常高壓的成因主要是欠壓實、粘土礦物脫水和有機質生烴作用［15］，而較好的泥巖封蓋條件也是儲集層超高壓形成的重要條件［16］。在超高壓的封閉成巖系統內，由于富含有機質的酸性水與富鐵鎂的火山巖巖屑反應所產生的Fe2＋、Mg2＋等金屬離子不能被有效遷出系統，導致鐵、鎂等金屬離子的富集，從而改變了孔隙介質組成和性質，而富鐵、鎂的堿性環境有利于綠泥石的形成，也有利于高嶺石、蒙脫石等粘土礦物向綠泥石轉化。

3 自生綠泥石對儲層物性的影響

3．1 對孔隙度的影響

圖2 A21－2井沙四段綠泥石絕對含量與孔隙度、滲透率的相關性（12個樣品）

通過X衍射全巖分析和粘土礦物分析計算的A21－2井沙四段自生綠泥石絕對含量與孔隙度相關性較差（圖2），這與自生綠泥石有利于儲層孔隙度保持的觀點不符合。分析認為，造成上述現象的原因與A21構造沙四段強超壓的封閉成巖環境、晚期孔隙充填綠泥石發育、綠泥石整體含量低等因素限制了綠泥石對儲層孔隙度的保護作用有關。

很多學者認為綠泥石包殼主要通過降低砂巖顆粒上單晶生長部位的數量來阻止石英加大［1］，掃描電鏡和薄片下也觀察到A21－2井沙四段自生綠泥石包殼發育的地方很少有石英加大，但也見到在綠泥石包殼之外大量的自生石英顆粒沉淀，這說明雖然綠泥石包殼可以阻止石英加大，但仍不能阻止石英以雛晶形態在孔隙中的沉淀，局部仍可見綠泥石包殼間自生石英生長的現象。

分析認為，研究區沙四段儲層為一典型強超壓封閉成巖環境，在封閉的成巖系統內粘土礦物轉化、壓溶作用、長石溶蝕等提供的大量硅質不能被有效帶出體系，過飽和的SiO2必然會沉淀下來，因此，自生綠泥石阻止石英加大生長對孔隙的貢獻并不明顯，這可能是孔隙度與綠泥石絕對含量相關性較差的主要原因。

3．2 對滲透率的影響

通過X衍射全巖分析和粘土礦物分析計算的A21－2井沙四段滲透率與自生綠泥石絕對含量為弱負相關關系，且在綠泥石含量低值段投點較分散（圖2），說明自生綠泥石對滲透率保持可能是不利的，綠泥石并不是影響A21構造儲層滲透率的決定性因素，低滲可能是多因素疊加的結果。

分析認為，研究區沙四段儲層環邊膠結綠泥石和包殼綠泥石含量低，而晚期綠泥石相對發育，這限制了環邊膠結綠泥石對儲層的保護作用，并且晚期綠泥石對儲層滲透率的影響更多地體現在充填孔隙（圖1D）、堵塞喉道（圖1B）、增加孔隙比表面積（圖1E）、使孔隙及喉道復雜化等方面。

3．3 對儲層敏感性的影響

自生綠泥石為酸敏礦物，酸化時被HCl溶解并釋放出鐵，當酸耗盡（p H＝5．3）或環境含氧時會形成Fe（OH）3沉淀，造成酸敏性油氣層損害［17］。敏感性分析表明，A21－2井沙四段多數儲層表現出強鹽酸敏、強土酸敏的特征，酸敏指數為30%～60%（圖3），這與儲層富含自生綠泥石密切相關，因此在對儲層進行酸化時可考慮加入鐵螯合劑和除氧劑，降低儲層強酸敏性對油氣層的損害。

圖3 A21－2井沙四段儲層鹽酸（上圖，3 673．67 m）和土酸（下圖，3 673．64 m）敏感性分析

4 結論

（1）A21構造沙四段自生綠泥石可分為早期包殼狀或孔隙環邊綠泥石和晚期孔隙充填綠泥石，其中早期綠泥石含量較低，晚期孔隙充填綠泥石含量較高。

（2）富火山巖巖屑砂巖中鐵鎂礦物早期水解、微咸水—半咸水湖泊三角洲前緣環境、超高壓封閉成巖環境促進了A21構造沙四段自生綠泥石的大量生成。

（3）A21構造沙四段早期包殼狀綠泥石生長的部位石英加大少見，顯示了對石英加大的抑制作用，但硅質在封閉超壓系統內仍會以雛晶石英形式析出或在不發育包殼的其他部位加大生長，說明自生綠泥石對孔隙貢獻不明顯，所以儲層孔隙度與自生綠泥石含量相關性差。研究區沙四段晚期綠泥石相對發育，使粒內孔轉化為更細微的晶間孔，增加了孔隙的比表面積，充填堵塞了孔隙喉道，對儲層滲透率損害較大，所以儲層滲透率與自生綠泥石含量呈弱負相關關系。建議在對研究區沙四段儲層進行酸化處理時加入鐵鰲合劑和除氧劑，以降低儲層強酸敏性對油氣層的損害。

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（編輯：周雯雯）

Authigenic chlorite occurrence，enrichment factor and its impacts on reservoir petrophysics in Member 4 of Shahejie Formation in A21 structure，Liao Zhong sag

Wang Qingbin1Li Jianping1Zang Chunyan2Zhao Guoxiang1Zhu Wensen1Wang Xiaogang1

（1．Bohai Oilfield Exploration and Development Research Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452；2．Drilling and Production Engineering Research Institute of CNOOC Energy Technology ＆Service Ltd．，Tianjin，300452）

In the case of Well A21－2 in A21 sructure，Liao Zhong sag，authigenic chlorite occurrence，enrichment factor and its impacts on reservoir petrophysics are analyzed in Member 4 of Shahejie Formation．The results have shown that there are two stages of authigenic chlorite in the Member 4 reservoir，i．e．earlier grain－coating or pore－lining chlorite and later pore－filling chlorite，with the later one higher in content．Several factors，such as early hydrolysis of mafic minerals in volcanic detritus，delta front environment in a brackish lake and a closed and over－pressured diagenesis system，are the keys of authigenic chlorite enrichment in the Member 4 reservoir．The earlier grain－coating chlorite has inhibited some quartz overgrowth，but SiO2can still precipitated as a lot of microcrystalline quartz because the Member 4 reservoir is a closed and over－pressured system，making the correlation between porosity and chlorite content in the reservoir be not obvious．The later pore－filling chlorite has relatively well developed，which increase specific surface area of pores and make the pore throats be complicated and more tiny，causing great damage to permeability of the Member 4 reservoir．As a result，there is a weak negative correlation between permeability and the content of authigenic chlorite in this reservoir．In addition，the strong acid sensitivity of the reservoir may be closely related with the high content of authigenic chlorite，and it is suggested that the iron chelating agent and deoxidant should be added when acidizing the reservoir，in order to reduce the harm of strong acid sensitivity to hydrocarbon zones．

authigenic chlorite；occurrence；enrichment factor；reservoir petrophysics；Member 4 of Shahejie Formation；Liao Zhong sag

＊國家科技重大專項“國家近海大中型油氣田形成條件及勘探技術（編號：2011ZX05023－001－004）”部分研究成果。

王清斌，男，工程師，主要從事儲層及沉積方向研究。地址：天津市塘沽區閘北路渤海油田勘探開發研究院儲層地化室（郵編：300452）。電話：022－25800432。E－mail：wangqb＠cnooc．com．cn。

2011－08－23 改回日期：2012－02－21