姬塬地區長6油層組砂巖儲層中粘土礦物分布規律研究

張振紅1，2，汪伶俐1，2，朱靜1，2

(1.中石油長慶油田分公司 勘探開發研究院，陜西 西安 710018；2.低滲透油氣田勘探開發國家工程實驗室，陜西 西安 710018)

摘要：為研究區尋找優質儲層，指導勘探開發部署提供指導。以鄂爾多斯盆地姬塬地區延長組長6油層組砂巖儲層中粘土礦物為研究對象，通過鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射等方法對主要粘土礦物類型進行了研究；結合沉積環境，深入分析了粘土礦物的分布規律及控制因素；同時探討了粘土礦物對儲層物性的影響；從而研究表明，研究區儲層中粘土礦物主要成份為伊利石、高嶺石、綠泥石和蒙/伊混合層，且具有質點微小、比表面積大等特征。其形成與分布主要受沉積與成巖兩大作用控制。其中，綠泥石含量東北體系高于西北體系；在長石溶蝕作用影響下，高嶺石含量西部高于東部；沉積水體影響下，伊利石含量由北向南逐漸增大。綠泥石、高嶺石對儲層孔隙具有建設性影響，而伊利石主要破壞原始孔隙。粘土礦物組成及含量明顯控制著儲層平面上孔滲分布，使得相對高孔高滲區主要分布在研究區東北部，是下步勘探開發的主要對象。

關鍵詞：姬塬地區；長6油層組；粘土礦物；儲層物性

DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0211

文章編號：1672-9315(2015)02-0197-05

收稿日期：*2014-09-30責任編輯：李克永

通訊作者：張振紅(1977-)，女，黑龍江肇東人，工程師，E-mail:zzh2002@126.com

中圖分類號：P 618.13文獻標志碼： A

Regularities of clay minerals distribution in sandstone reservoir of Chang 6 in Jiyuan district

ZHANG Zhen-hong1，2，WANG Ling-li1，2，ZHU Jing1，2

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment，ChangqingOilfieldCompanyPetroChina，Xi’an710018,China；

2.NationalEngineeringLaboratoryofExplorationandDevelopmentofLow-PermeabilityOil-GasFields，Xi’an710018，China)

Abstract：In order to find high quality reservoir and provide guidance for oil exploration and development，the clay minerals of Chang 6 oil bearing formation(Yanchang layer)in Jiyuan district，Ordos basin are studied.The types of clay minerals were identified by different methods，such as thin sections，SEM，X-ray scattering techniques，etc.Then，the distribution rule of different clay minerals were summarized and analyzed based on sedimentary environment.The influence of clay minerals on porosity and permeability were also discussed.Research results show that，main types of clay minerals are illite，kaolinite，chlorite and smectite/illite，with characteristics of micro particles，big specific surface area，etc.The generation and distribution of clay minerals are controlled by sedimentation and diagenesis process.The content of chlorite in northeast sedimentation system is much higher than that of northwest.While，the content of kaolinite northwest is higher than northeast because of minerals solution difference caused by feldspar.The content of illite is decreased from north to south，because of difference of water depth.Different clay minerals have various effect on porosity and permeability of reservoir，with chlorite and kaolinite have profitable effect，illite have detrimental effect on the controry.In short，the constitution and content of clay minerals have obvious effect on distribution of porosity and permeability.That northeast system in Jiyuan district with reservoir of high porosity and permeability is the main target for future oil exploration and development.

Keywords：Jiyuanarea；Chang6member；clayminerals；reservoirproperty

0引言

姬塬地區位于陜、甘、寧三省交匯處、鄂爾多斯盆地中西部，橫跨天環坳陷和伊陜斜坡[1-2]。長6沉積期在盆地中沉積了一系列高建設性的河流-湖泊三角洲沉積體系。姬塬地區延長組長6受東北和西北物源供給，隨著三角洲不斷向湖盆中心推進，盆地邊緣的碎屑物質被攜帶到沉積區沉積下來，形成重要的油氣儲集層[3-6]。本區長6儲層填隙物含量較高，達到12.06%，以粘土礦物為主，平均孔隙度10.2%，滲透率10.43mD，地層壓力系數一般為0.6～0.9，整體表現為低孔、低滲、低壓的特征，油井自然產能低或無產能，開發難度大。如何在低孔低滲大面積分布的儲層背景下，尋找相對高孔高滲儲層進行油田開發，是油田工作者面臨的主要問題。 研究和開發實踐表明，除受巖石粒度、沉積相帶、成巖作用等影響外，含量較高的粘土礦物也是導致儲層低滲的重要因素。粘土礦物的類型、數量、分布及其在孔隙中的位置均對儲層物性具有較強的影響和控制作用，同時對鉆井儲層保護和后期壓裂改造的敏感性等也有重要影響，影響著油藏開發后期的生產動態。王行信等系統研究了砂巖儲層不同類型的粘土礦物與油層保護的關系，趙杏媛等結合粘土礦物的礦物學特征與組合特征進行判別沉積環境等研究[7-9]，文中通過鑄體薄片、掃描電鏡、X衍射等分析方法，對研究區延長組長6粘土礦物類型及主要組分的空間展布進行探討，在此基礎上，進行研究區內長6粘土礦物對儲層物性的影響、優質儲層的分布規律的研究對油田勘探、開發具有重要的指導意義。

1巖石學特征

姬塬地區延長組長6儲層巖性以灰色-灰褐色砂巖巖石類型長石砂巖為主，巖屑長石砂巖和長石巖屑砂巖次之；以細砂為主(占83.5%)，含有少量中砂及粗砂，主要粒徑為0.08～0.21mm，為粉-細砂巖；成分成熟度普遍偏低，結構成熟度中-好。儲層由陸源碎屑巖組成，具有“低石英，高長石”特點，石英含量26%～30%左右，長石含量在37%～44%左右，巖屑含量在10%～11%左右，巖屑類型以變質巖為主，火成巖次之，沉積巖巖屑在西北及西南有發育。

通過姬塬地區500塊樣品薄片分析，長6儲層填隙物以綠泥石(平均3.55%)、高嶺石(平均2.55%)、伊利石(平均1.44%)和鐵方解石為主，表現出東北綠泥石高于西北，而西北高嶺石高于東北。X衍射分析表明，在小于4μ粘粒組分包括高嶺石(平均29.08%)、綠泥石(平均51.38%)、伊利石(平均20.1%)、伊蒙混層(平均6.06%)，伊蒙混層比小于10%.

2主要粘土礦物特征及平面展布

粘土礦物質點微小、比表面積大，是低滲透儲層的重要的填隙物與膠結物，其生成與分布受沉積與成巖兩大作用控制[10]。

2.1綠泥石

綠泥石是砂巖儲集層中重要的成巖礦物之一，綠泥石的含量、產狀及分布對儲層原生孔隙的保存有十分重要的意義，特別是對致密碎屑巖儲層。因此，有關砂巖中綠泥石膠結物對孔隙的保存機理前人做了大量的研究[11-12]，一直也是國內外研究的熱點。

綠泥石代表高能環境下產物，需要有一定量的粒間孔的發育，孔隙流通性要好，另外綠泥石的形成需要富鐵的環境，因此綠泥石多發育于三角洲前緣水下分流河道沉積。就整個鄂爾多斯盆地而言，延長組這一特征較為明顯。姬塬地區延長組長6砂巖儲層中東北體系綠泥石含量明顯高于西北體系(圖1)。

圖1　姬塬地區延長組長6綠泥石含量分布圖 Fig.1　Distributions of chlorite contents of the Chang 6 in Yanchang formation in Jiyuan area

圖2　姬塬地區延長組長6高嶺石含量分布圖 Fig.2　Distributions of kaolin contents of the Chang 6 in Yanchang formation in Jiyuan area

2.2高嶺石

姬塬地區延長組長6砂巖儲層中高嶺石含量整體數值不高，在所統計的500個巖石薄片中，高嶺石在巖石中的平均含量為2.55%，在小于4μ粘粒組分中，高嶺石含量的平均值為29.08%，這與整個研究區內砂巖中比較高的長石含量相對稱，說明在埋藏成巖過程中，由于酸性流體的注入使得部分長石溶解形成高嶺石。高嶺石呈現出西部含量明顯高于東部的特征(圖2)，這也表明姬塬地區長6西部高嶺石發育與西部長石溶蝕作用強有關。

2.3伊利石

伊利石主要發育于三角洲前緣至半深湖-深湖相儲層中，呈現由北向南隨水體加深含量增加的特征，主要有三方面原因：第一由北向南隨水體加深，粘土級顆粒含量增加，伊利石是粘土礦物的主要成分之一，因此造成儲層中原生伊利石含量高，是造成向南伊利石含量增加的原因之一；第二，儲層在成巖過程中蒙脫石有向伊蒙混層轉化趨勢，由于南部地區泥質含量高，而蒙脫石是粘土的主要成分，因此相對泥質含量低的地區，南部地區在相同成巖條件下會有更多蒙脫石向伊蒙混層轉化，因此造成伊利石含量高；第三，由北向南，水體加深，沉積物粒度變細，原始粒間孔相對較少，儲層物性差，地層流體流通性差，造成大量自生伊利石形成(圖3)。姬塬地區長6南部地區儲層物性相對較差，儲層流巖比小，有利于自生伊利石的形成，這也是姬塬長6由北向南伊利石含量增加的主要原因之一。

圖3　姬塬地區延長組長6伊利石分布圖 Fig.3　Distributions of illite contents of the Chang 6 in Yanchang formation in Jiyuan area

3粘土礦物對儲層物性的影響

粘土礦物主要分布在砂巖儲層的粒間孔隙和溶蝕空隙中，它的特征、含量、產狀、類型、組合類型以及自身的物理化學性質對儲層孔隙結構、儲集性能以及油氣井的產能都有著重要的影響。就姬塬地區延長組長6中的填隙物而言，自生粘土礦物在數量上比自生碳酸鹽還多，并且在一定的地區范圍內，某一種或兩種粘土礦物大量出現，成為最主要的膠結物，進而控制該層位的物性。

3.1綠泥石對儲層的影響

綠泥石形態一般為葉片狀、針葉狀，其含量與砂巖孔隙度、滲透率呈正相關關系[11-12]。這是由于含油氣盆地中多為富鐵綠泥石，富含鐵、鎂(尤其富含鐵)和硅、鋁離子的堿性水介質進入孔、滲發育好的砂巖孔隙中，當其離子濃度比適合綠泥石形成時，則直接晶析出自生綠泥石。自生綠泥石在儲層中的大量存在，尤其是在晚成巖期的繼續性生長，抵抗了上覆巖石的壓實作用，同時抑制了石英的次生加大，較好地保護了那些由溶蝕形成的次生孔隙和原生粒間孔，使得儲集層物性比較好。

3.2高嶺石對儲層物性的影響

自生高嶺石的形成條件需要開放性的構造體系、酸性水介質和發育較好的孔隙系統[11-12]，本區的高嶺石通常是長石溶蝕和次生孔隙發育的指示礦物。能生成自生高嶺石的環境本身具有較好的孔、滲條件；在掃描電鏡下觀察到的自生高嶺石，單個晶體為假六方板狀，其集合體為蠕蟲狀和書頁狀，見大量晶間孔與粒間孔隙相連通；再者，酸性水介質有利于次生孔隙的形成。雖然自生高嶺石也占據了一定的孔隙空間，但自生高嶺石與孔、滲表現出一種正相關關系。這種關系至少表明高嶺石的生成對儲層孔隙的影響是積極的一面或者說建設性大于破壞性影響。

3.3伊利石對儲層物性的影響

一般情況下，伊利石與砂巖孔隙度、滲透率表現為負相關關系。從賦存狀態和產狀上講，呈雜基、假雜基產出的陸源伊利石是塑性的，通過壓實作用很容易堵塞孔隙和喉道，從物理空間上降低儲層的物性；而自生伊利石在孔隙中一般是以纖維狀、毛發狀和搭橋狀存在，這種賦存狀態的伊利石對儲層的滲透率影響比較大。研究結果表明，粒表-粒間的自生絲狀伊利石與粒表他生片狀伊利石相比，前者與孔、滲負相關系數明顯高于后者。同時還表明，自生伊利石的絲發育愈長、愈典型，其負相關系數也愈高。這是由于伊利石的絲愈長，其在砂巖孔隙與喉道中彎曲度愈高，使砂巖大孔隙變成微孔隙、粗喉道變為微細喉道，故流體流動通道愈彎曲、狹窄和復雜，遇到的阻力也愈大。因此，孔隙度和滲透率愈低。

3.4儲層物性平面展布特征

受沉積、成巖及粘土礦物影響，姬塬地區延長組長6平面上相對高孔高滲儲層分布范圍廣，在砂體的主帶呈帶狀連片分布，也表現出東北體系相對高孔高滲儲層較西北體系發育特征，與粘土礦物分布具有較好一致性(圖4，5)。

圖4　姬塬地區延長組長6孔隙度平面圖 Fig.4　Plane showing distribution of porosity of Chang 6 reservoir in Jiyuan area

圖5　姬塬地區延長組長6滲透率平面圖 Fig.5　Plane showing distribution of permeability of Chang 6 reservoir in Jiyuan area

4結語

鄂爾多斯盆地延長組長6儲層以綠泥石、高嶺石、伊利石為主的粘土礦物較為發育，且含量較高，是引起儲層低滲透的重要因素之一。儲層中粘土礦物的類型、數量、產狀及其分布特征等對儲層孔滲條件具有明顯的控制作用。客觀認識粘土礦物發育特征、分布規律及其對儲層物性的影響，可有效提高低滲透油田勘探、開發水平。

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