鄂爾多斯盆地西峰地區(qū)長8儲層黏土礦物特征及對儲層的影響

曹江駿

（西安石油大學地球科學與工程學院，陜西西安 710000）

鄂爾多斯盆地是我國大型沉積盆地之一，油氣資源豐富，油氣田分布廣泛，尤其是西峰地區(qū)蘊藏著鄂爾多斯盆地近年來發(fā)現(xiàn)的億噸級大型油田，其儲集層類型為世界上罕見復雜的低孔、特低滲儲層，對其儲層的研究工作越來越受到人們重視。前人研究成果表明，儲層中的黏土礦物是影響該地區(qū)儲層發(fā)育的主要因素之一，本文通過砂巖鑄體薄片、黏土礦物X衍射分析、掃描電鏡等方法，重點研究了該地區(qū)儲層中黏土礦物的特征及成因，分析了其對儲層產(chǎn)生影響的主要原因，拓展了西峰及周邊地區(qū)低孔、特低滲透儲層的研究空間。

1 基本地質(zhì)特征

1.1 沉積構(gòu)造背景

西峰地區(qū)位于鄂爾多斯盆地西南部的伊陜斜坡中下部的慶陽鼻狀構(gòu)造帶上，構(gòu)造較為平緩，主要的油藏類型為巖性油藏，上三疊系延長組長8段則為該地區(qū)主要儲層。根據(jù)前人資料[1-3]，長8油層的主要沉積體系為辮狀河三角洲沉積體系，長8辮狀河三角洲前緣中的水下分流河道砂體為該地區(qū)的骨架砂體，其沉積物粒度較粗，巖性以中粒、中-細粒砂巖及細砂巖為主，砂體呈層狀，分布穩(wěn)定，常發(fā)育有沖刷面構(gòu)造、平行層理及大、中型交錯層理。長81辮狀河三角洲前緣亞相比長82較發(fā)育，但長82的辮狀河三角洲分流河道卻較發(fā)育。

1.2 儲層基本特征

以ForK[4]（1968）的砂巖分類為標準，對西峰地區(qū)526口井的長8層位不同取樣深度的2 356塊砂巖鑄體薄片的分析描述進行統(tǒng)計后得出，西峰地區(qū)長8儲層巖性以中-細粒巖屑長石砂巖和中-細粒長石巖屑砂巖為主。儲層巖石孔隙以粒間孔為主，還發(fā)育溶孔及少量晶間孔與微裂縫，其中粒間孔多為經(jīng)過壓實作用或者石英次生加大后的殘余粒間孔，形狀主要為不規(guī)則多邊形及三角形，占52%；溶孔占33%，主要為長石溶孔和巖屑溶孔；晶間孔與微裂縫約占 15%。長 8儲層砂巖的面孔率 0.10%～40.18%，平均面孔率為2.48%，為低孔儲層。根據(jù)儲層物性關(guān)系圖（圖 1），長 8儲層孔隙度 1.09%～14.58%，平均7.60%；滲透率0.001×10-3～3.718×10-3μm2，平均0.17×10-3μm2，孔隙度與滲透率呈正相關(guān)關(guān)系。儲層以中孔-中細喉道和小孔-細喉道為主，長 81比 82的排烴壓力高，孔隙較發(fā)育，分選較好[5]，是主力含油層。滲透率的大小主要受儲層孔隙發(fā)育程度的控制，屬于孔隙型儲層[6]，同時也是典型的低孔、特低滲儲層。

儲層致密砂巖中石英含量0～71%，平均29.1%；長石含量0～58.8%，平均30.28%；巖屑含量23.36%，主要為變質(zhì)巖、噴發(fā)巖及云母碎屑，沉積巖巖屑較少。填隙物含量約 12.64%，包括黏土礦物、硅質(zhì)、碳酸鹽。其中黏土礦物平均含量6.7%；碳酸鹽以方解石、鐵方解石、白云石為主，平均含量4.29%；硅質(zhì)平均含量1.65%。碎屑約4.62%，主要為重晶石、濁沸石、硬石膏、菱鐵礦、黃鐵礦、鈣質(zhì)碎屑、泥質(zhì)碎屑等。砂巖成分成熟度由（石英＋燧石）/（長石＋巖屑）的值作為衡量標準，其中砂巖中燧石含量約 0.6%，由此可計算出砂巖成分成熟度平均值為0.55%，可知砂巖成分成熟度較低。

圖1 西峰地區(qū)長8儲層物性關(guān)系

2 黏土礦物特征及成因

本區(qū)延長組長8儲層黏土礦物主要類型為自生黏土礦物，其中以綠泥石含量最高，占51.4%，伊利石占31.8%，高嶺石占10%，伊蒙混層占6.8%。由于伊蒙混層含量較少，對儲層的影響很小，本文不予討論。

2.1 綠泥石

綠泥石為本區(qū)儲層中主要的黏土礦物，其形成需要發(fā)育較多的粒間孔，良好的孔隙流通性以及富鐵、鎂的沉積環(huán)境。西峰地區(qū)長8儲層發(fā)育的三角洲前緣水下分流河道沉積為綠泥石的形成提供了良好的環(huán)境；同時高嶺石在富Fe3＋和Mg2＋的介質(zhì)水中及黑云母經(jīng)過熱液蝕變作用后亦可轉(zhuǎn)化成綠泥石[7]。

綠泥石在單偏光鏡下為淡綠色、纖維狀，干涉色極低；而在掃描電鏡下單晶綠泥石呈針葉狀極易辨認，集合體呈玫瑰花狀、絨球狀（圖2a）。研究表明，綠泥石在本區(qū)儲層中的產(chǎn)狀類型主要是以雜基形式充填于孔隙中和以絨球狀薄膜形式附著于孔隙表面（圖2b）；隨著埋藏深度的增加、溫度與地層壓力的逐漸升高，孔隙中的綠泥石雜基逐漸減少，而孔隙表面的綠泥石薄膜逐漸增多。

2.2 伊利石

伊利石為典型的自生礦物，常由鉀長石及云母在堿性條件下風化而成，也可以由高嶺石在富K＋和Al3＋的介質(zhì)水中轉(zhuǎn)化而成。伊利石也多發(fā)育于深水區(qū)的暗色泥質(zhì)巖中，隨著水體逐漸加深，黏土顆粒逐漸增加，伊利石、蒙脫石含量增加，同時砂巖在成巖過程中蒙脫石可以逐漸轉(zhuǎn)化為伊利石，因此泥質(zhì)含量相對較高的深水區(qū)伊利石含量較為豐富；沉積物顆粒經(jīng)過較長時間的搬運與沉積作用，其分選性與磨圓度較好，粒度較細，所以形成的自生粒間孔較小，儲層物性較差，滲透率較低，流體流通性差，造成大量伊利石的形成。因此，伊利石的生成主要受三角洲前緣至半深湖-深湖相沉積環(huán)境的控制[7]。

薄片中伊利石為無色或淡黃色纖維狀集合體，正突起，干涉色常見一級黃，易于辨認；掃描電鏡下單晶伊利石呈纖維狀、毛發(fā)狀或片狀，集合體呈卷毛狀或薄層狀。伊利石主要以絲狀（圖2c）、細鱗片狀充填于孔隙中，以膠狀水云母的形式沉淀于孔隙中，吸附有機質(zhì)，其含量僅次于綠泥石。

2.3 高嶺石

高嶺石最初形成于酸性環(huán)境，在整個西峰地區(qū)含量相對較少，主要由長石等硅鋁酸鹽礦物經(jīng)熱液蝕變或風化作用形成，也可由膠體化學沉積或沉積成巖作用產(chǎn)生，廣泛分布于結(jié)晶巖風化殼、沉積巖和土壤中[8]。實驗資料表明，長石在本區(qū)儲層中的平均含量約為30.28%。可以推斷，在成巖過程中，由于埋藏不斷的加深，溫度不斷升高，酸性流體的進入，部分長石與酸性流體發(fā)生蝕變作用后形成高嶺石。因此長石是本區(qū)高嶺石形成的主要物質(zhì)來源。

薄片中高嶺石微晶呈現(xiàn)鱗片狀集合體，無色或淡黃，低正突起，干涉色一級灰白，正延性；掃描電鏡下高嶺石單晶為假六方片狀，易辨認，集合體多為手風琴狀，書頁狀，蠕蟲狀等形態(tài)。高嶺石在本區(qū)以假六方片狀、書頁狀填于孔隙中（圖2d）。

3 黏土礦物對儲層的影響

西峰地區(qū)長8儲層中黏土礦物以自生黏土礦物為主，主要是以雜基形式充填于孔隙及以膠結(jié)物的形式沉淀于孔隙中，對儲層有著重要的影響。對80塊砂巖巖心進行了物性檢測，并對其中的黏土礦物特征、類型、含量、產(chǎn)狀進行分析（表1）。

圖2 掃描電鏡下黏土礦物的特征

3.1 綠泥石對儲層的影響

綠泥石主要以雜基形式充填于孔隙中以及以襯里式薄膜狀附著于孔隙表面，由表1可知，當綠泥石以雜基形式充填于孔隙中時，砂巖的孔隙度與滲透率相對較小，物性較差，對儲層起破壞性作用。這是因為綠泥石中含有較多的鐵和鎂，對過氧化氫和酸溶液極其敏感[7-8]，當孔隙中有酸性流體注入時會產(chǎn)生大量的沉淀并堵塞孔喉，降低儲層孔隙度與滲透率。當綠泥石以薄膜狀附著于孔隙表面時，砂巖的孔隙度與滲透率相對較高，物性較好，對儲層有建設性作用。因為當綠泥石以襯里式薄膜狀附著于孔隙表面時可以有效地抑制孔隙中的石英自生加大，保護孔隙空間不受影響；同時隨著埋藏深度的不斷增加，機械壓實作用不斷增強，導致原本應該不斷受到擠壓的儲層孔隙空間在綠泥石薄膜附著后更好地受到保護，不受機械壓實作用的破壞。

表1 西峰地區(qū)長8儲層黏土礦物含量與儲層物性關(guān)系

3.2 伊利石對儲層的影響

伊利石以絲狀、細鱗片狀充填于孔隙時，砂巖的孔隙度與滲透率相對較小，物性較差，對儲層起破壞作用。這是因為絲狀伊利石及鱗片狀伊利石越長，在孔隙喉道中的彎曲程度也越高，導致砂巖的大孔隙變成微小孔隙，粗喉道變成細小喉道，產(chǎn)生大量的阻力使流體通過的效率低，降低了儲層的物性[8-9]。而當伊利石以膠狀物的形式沉淀于孔隙中后，堵塞了孔隙空間，阻礙了孔喉中流體的流通，降低了砂巖的孔隙度與滲透率，對儲層起到了破壞作用。

3.3 高嶺石對儲層的影響

高嶺石在本區(qū)儲層中單晶以假六方片狀、集合體以書頁狀的形態(tài)充填于孔隙中時，砂巖的孔隙度與滲透率相對較高，物性較好，對儲層起建設作用。這是因為當高嶺石集合體以書頁狀形態(tài)發(fā)育時，可造成大量粒間孔與晶間孔孔隙通道相連通，大大增強了流體在孔喉中流動的速率，提升了砂巖的孔隙度與滲透率，增加了儲層的物性；而當高嶺石單晶以假六方片的形態(tài)充填于孔隙時，雖然也占據(jù)了一定的孔隙空間，但砂巖的溶蝕作用強烈，溶孔發(fā)育，孔隙度和滲透率明顯增加。因此可以認為高嶺石的大量出現(xiàn)是次生孔隙發(fā)育的一個標志。

黏土礦物對西峰地區(qū)長 8儲層砂巖孔隙的演化起著重要的作用。在壓實作用階段，砂巖中石英含量較低，塑性巖屑含量較高，抗壓實能力較差，壓實作用強烈，原始孔隙大量減少，孔隙度降低，形成剩余粒間孔。當黏土礦物以雜基形式充填孔隙時，剩余粒間孔被充填，孔隙度進一步降低。在膠結(jié)作用階段，伊利石以膠狀水云母的形式沉淀后，繼續(xù)減少了剩余粒間孔隙，但當綠泥石以襯里式薄膜狀附著于孔隙邊緣時，增加了儲層抗壓實能力，同時抑制了石英的次生加大，減緩了粒間孔隙的損失。在溶蝕作用階段，充填于孔隙中的高嶺石經(jīng)溶蝕作用改造后，形成大量的次生溶孔，增加了儲層的孔隙度，使儲層物性得到提升（圖3）。總體來說，黏土礦物對儲層物性的破壞作用大于建設作用，起到了負增長的效果。

4 黏土礦物對注水開發(fā)的影響

當外來流體進入儲層遇到黏土礦物時，黏土礦物由于其自身的特征、含量、種類、物理及化學性質(zhì)的等不同會發(fā)生一系列的變化。外來流體中水礦化度較低時，會造成儲層中黏土礦物水化、膨脹、脫落、分散、運移，導致孔隙空間的減小與堵塞，降低儲層物性。同時外來流體自身的酸堿性導致儲層環(huán)境的離子濃度及 pH值的變化，當與黏土礦物中的某些離子發(fā)生反應形成沉淀后會堵塞孔隙及喉道，降低儲層物性。

4.1 綠泥石對注水開發(fā)的影響

綠泥石中含有大量的鐵、鎂離子，當儲層中注入酸性流體時，流體會與綠泥石中的鐵、鎂離子發(fā)生反應形成沉淀物堵塞孔隙，因此綠泥石為重要的酸敏礦物[10]。西峰地區(qū)長 8儲層黏土礦物中綠泥石含量極高，平均達51.4%。再由酸敏性實驗可知，儲層酸敏平均指數(shù)約為0.33，為強酸敏（表2）。所以可以推斷，儲層的強酸敏性是由于儲層中含有較多綠泥石所造成。因此該地區(qū)儲層進行酸化作業(yè)時，要注意回收井內(nèi)的酸性流體，加入鹽酸或氫氟酸將儲層內(nèi)的沉淀物質(zhì)溶解。

圖3 薄片下黏土礦物充填孔隙

表2 西峰地區(qū)莊146井酸敏實驗參數(shù)

4.2 伊利石與高嶺石對注水開發(fā)的影響

伊利石由于其本身的特性在流體的沖刷下極易移動，而長8儲層低孔特低滲透的類型決定了當儲層中通過流體的流速較快時，伊利石被流體沖刷移動分割及堵塞孔隙喉道，對儲層起損害作用。同時伊利石具有較強的吸水性，遇水容易膨脹，降低儲層的滲透率[11-12]。所以伊利石為重要的速敏礦物。高嶺石與伊利石類似，其結(jié)構(gòu)比較松散，吸附顆粒的能力差，在高流速的流體沖刷下容易移動，堵塞喉道，降低儲層滲透率，對儲層有損害作用。所以高嶺石同樣也屬于速敏型礦物。本區(qū)儲層中黏土礦物中伊利石含量與高嶺石含量較少。再由速敏性實驗可知，儲層平均臨界流速約為1.13 m/d，為弱速敏（表3）。故伊利石與高嶺石對儲層速敏性的影響較小。

表3 西峰地區(qū)莊146井速敏實驗參數(shù)

5 結(jié)論及認識

（1）西峰地區(qū)長8儲層黏土礦物主要為綠泥石、伊利石、高嶺石及少量的伊蒙混層。綠泥石平均含量 51.4%，以雜基的形式充填孔隙及以襯里式薄膜狀附著于孔隙表面；伊利石平均含量 31.8%，以絲狀、細鱗片狀充填于孔隙中及以膠狀水云母的形式沉淀于孔隙中；高嶺石平均含量10%，以假六方片狀、書頁狀的形態(tài)充填于孔隙中；伊蒙混層含量極少。

（2）綠泥石以雜基形式充填孔隙時，對儲層起到破壞性作用，以薄膜狀形式附著于孔隙表面時，對儲層起到建設性作用；伊利石主要對儲層起破壞性作用，高嶺石主要對儲層起建設性作用。

（3）綠泥石為重要的酸敏礦物，在本區(qū)含量高，儲層表現(xiàn)為強酸敏性；伊利石與高嶺石為重要的速敏礦物，在本區(qū)含量低，儲層表現(xiàn)為弱速敏。

（4）在西峰地區(qū)長8儲層進行注水開發(fā)時要重點關(guān)注儲層的酸敏性，當進行酸化作業(yè)時要注意回收井內(nèi)的酸性流體，加入鹽酸或氫氟酸將儲層內(nèi)的沉淀物質(zhì)溶解。