泥頁巖理化分析后的粗略分類

羅新輝

摘 要：近些年，伴隨著石油天然氣等稀缺資源的不斷開發利用，對于這種稀缺資源的不斷減少，如何高效的保護和開發這種稀缺資源，成了工程師們十分在意的點，而井壁失穩便是石油鉆井中常常遇到的技術難題，而絕大多數的井壁失穩，都與泥頁巖的分類以及理化性質的分析有著密不可分的關系，本文便結合國內外常用的泥頁巖理化分析方法來粗略的給泥頁巖進行分類。

關鍵詞：泥頁巖； 理化分析； 分類

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.234

1 泥頁巖的介紹

泥頁巖是一種發育不完善的過渡性巖石類型，它介于泥巖和頁巖之間，孔徑分布不均，結構復雜，遇水極易膨脹，雖然是組織油氣逸散的良好隔絕層，但是卻因為理化性質不同、機理特征差異分為不同的類型，一直沒有統一的分類標準，國內外工程技術人員也是提出了諸多的分類方案，擁有各自的適用性。

美國的R.DJones根據泥頁巖中的礦物質含量、礦物質組分、礦物質強度以及基質特性將泥頁巖分為了五類，而在國內，徐同臺也提出了中國含油氣盆地井壁不穩定地層的六大類八亞類分法，甚至在中華人民共和國石油天然氣行業標準中更是提出了泥頁巖理化性能試驗方法，明確規定了泥頁巖的密度測試、膨脹試驗、分散實驗、陽離子交換容量測定、吸附等溫線測試、水溶性鹽分析等試驗方法，如此之多的國內外學者不斷地探索分析，只能說明泥頁巖在石油天然氣開發

中的重要之處以及泥頁巖理化分析的類型差異。

2 泥頁巖的構成

泥頁巖構成復雜，大致成分可分為三類，一類是非黏土礦物，包括石英、方解石、白云石等等，這類非黏土礦物存在廣泛，研究起來也比較簡單，并非影響泥頁巖作為石油天然氣開發中井壁不穩的關鍵因素；第二類晶體性黏土礦物，包括蒙脫石、伊利石、綠泥石、高嶺石等，這類晶體黏土礦物主要是降低泥頁巖的水化膨脹能力和陽離子交換能力；而第三類則是非晶體黏土礦物，包括蛋白石等，而在這三類礦物中，又可以分為含蒙脫石黏土礦物的膨脹性泥頁巖和不含蒙脫石礦物的弱膨脹性泥頁巖，而伊利石和蒙脫石的含量，則主要影響著泥頁巖的陽離子交換能力，而現如今，對于不含蒙脫石礦物的泥頁巖研究還處于比較低的階段，其影響因素太多，更需要加大研究力度。

3 泥頁巖的理化性能分析

泥頁巖地層分類主要跟泥頁巖的回收率、膨脹率和陽離子交換容量等相關，這些理化性能是研究不同泥頁巖分類的重要指標，也是石油天然氣開發的技術難點，工程技術人員通過X射線衍射方法獲取泥頁巖地層的礦物種類和礦物資料，然后通過研究這些礦物種類的理化性能，來得出泥頁巖的不同分類，在通過反復的研究實驗之后，得出晶體黏土礦物、非晶體黏土礦物、可溶性鹽和非黏土礦物的組成和性質對泥頁巖的井壁失穩和油氣隔絕形成主要影響，所以下面我們就簡單的分析一下這四類礦物的理化性能，以便淺顯的對泥頁巖進行粗略的分類。

3.1 晶體黏土礦物

通過X射線衍射泥頁巖，我們得到了晶體黏土礦物的粗略組成：蒙脫石、伊利石、高嶺石和綠泥石，其中伊利石和蒙脫石之間形成了排列有序的間層，而伊利石含量往往最高，而根據這幾種礦物的組成往往決定著晶體黏土礦物呈現的理化特性。

當蒙脫石為黏性礦物時，由于晶體的取代作用，黏土礦物帶有較大負電荷，可以吸附大量的水合陽離子進入蒙脫石和伊利石的間層，使的兩種礦物之間的間距增大，所以這個晶體黏土便屬于膨脹性。

當高嶺石為黏性礦物時，蒙脫石和伊利石之間的間層更緊密，晶體無法取代，因此陽離子交換容量便低，不容易進入蒙脫石和伊利石的間層，因此膨脹性變差，但是水卻可以從裂縫進入導致剝蝕。

當伊利石占比較多時，所帶電荷便大于了蒙脫石，使的間層靜電吸附能力變強，導致水不易進入，水化作用無法作用于晶體內部，基本只能影響表面，這種情況時，伊利石與泥頁巖的理化性能便主要取決于跟伊利石和蒙脫石之間的間層的相對比例。

當綠泥石占比較高時，則是層狀硅酸鹽礦物，使的蒙脫石和伊利石之間的間層充滿了帶有正電荷的水鎂石或者三水鋁石，讓氫氧化物具有更高的熱穩定性，屬于非膨脹性礦物。

3.2 非晶體黏土礦物

非晶體黏土礦物包含的礦物種類較晶體黏性礦物少了很多，大致包括三水鋁石和蛋白石，乃是其他礦物轉化為黏土礦物的最終產物，它與晶體黏土礦物呈對比趨勢，晶體黏土礦物多，則它就相對減少，而它其中的不穩定礦物則會因為地質作用大部分會逐漸轉化成晶體黏土礦物。

3.3 可溶性鹽

可溶性鹽的存在主要是便于工程技術人員推斷泥頁巖中的水成分和水型，并且判斷其中所含的特征離子的含量，由此判斷出泥頁巖的理化特性，比如可溶性鹽中常含有鉀離子，而鉀離子的存在便是判斷泥頁巖理化特性的一個依據，當鉀離子含量較高時，則泥頁巖中的膨脹率以及陽離子交換容量都會明顯降低，而相對的回收率則會有所提高。

3.4 非黏土礦物

非黏土礦物本質影響泥頁巖的理化特性是因為它其中的膠結物對于回收率的影響，比如硅質膠和鈣膠的占比，就會對泥頁巖的硬度和回收率造成影響，而這種影響就會間接的影響到泥頁巖的分類。

4 結論

通過對常用泥頁巖分類方法的研究發現，泥頁巖的分類不單單只是依靠對于泥頁巖理化特性的分析就能夠輕松得出的，它還需要了解泥頁巖的力學特征、井壁分析模型以及現有油井開采技術等結合起來，針對不同類型的泥頁巖的地層結構，采取不同的泥頁巖分析方法，才能夠在油田開發，石油天然氣開采的工程項目上取得良好的效果。

現如今常用的BP神經網絡預測泥頁巖地層的理化特性，也是基于對泥頁巖各個方面的研究，采用網絡算法，經過大量的實驗數據計算，得出一定的泥頁巖理化特性，以便于石油天然氣的開采。

泥頁巖的分類是一項重大的，有難度的工程難題，是需要我們工程技術人員不斷地去試驗，去實踐，通過一次次的模擬來得出越來越便捷，越來越準確的分類方式，不管是國內還是國外，這都是所有工程技術人員一致的目標和追求。

參考文獻：

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