白豹地區(qū)延長組長6 儲集砂巖粘土礦物特征及對地層損害的分析

黃 靜，賀 靜

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

晚三疊世延長期長6 沉積期，白豹地區(qū)曾受到來自多個不同方向沉積物源的影響，導(dǎo)致砂巖的碎屑組合及填隙物組合均相對復(fù)雜。砂巖填隙物特別是粘土礦物，由于顆粒細小，具有較大的比表面積和自由能，對周圍介質(zhì)物理化學(xué)條件變化的反映比一般礦物要靈敏的多，它與有機質(zhì)的成巖演化、油氣生成、運移和富集有著非常密切的關(guān)系。通過粘土礦物的研究，可以為油層評價、油田開發(fā)和油層改造方案的設(shè)計提供必不可少的依據(jù)[1]。因此，粘土礦物的研究在石油勘探和開發(fā)中都具有十分重要的意義。近年來石油預(yù)探評價在白豹地區(qū)長6 油層獲得重大突破，新增儲量近三億噸，通過對該區(qū)粘土礦物特征及其對儲層影響的研究，可為該區(qū)油井壓裂試油及后續(xù)油田開發(fā)建產(chǎn)提供相應(yīng)的地質(zhì)依據(jù)。

1 填隙物組合特征

統(tǒng)計分析表明白豹地區(qū)長6 儲集砂巖的填隙物組合以伊利石和陸源雜基為主，部分井中儲集砂體發(fā)育有自生薄膜狀或絨球狀綠泥石、網(wǎng)狀蝕變粘土（可疑的混層粘土），偶見高嶺石（見圖1）。

圖1 白豹地區(qū)長6 儲集砂巖填隙物分布頻率直方圖

據(jù)砂巖粘土的X 衍射資料分析，白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中的粘土礦物主要有伊利石、綠泥石、伊/蒙間層（見圖2），其中綠泥石的平均相對含量為71 %、伊利石24 %、伊/蒙間層5 %。下面就白豹地區(qū)的粘土礦物的礦物學(xué)特征作一詳細介紹。

圖2 白豹地區(qū)長6 砂巖的X 衍射譜圖（白135 井2 118.46 m）

2 粘土礦物的礦物學(xué)特征

2.1 伊利石的特征

白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中的伊利石多數(shù)以碎屑伊利石為主，與雜基共生，以孔隙充填形式存在（見圖3），少數(shù)自生伊利石以薄膜形式分布于顆粒表面，因與生油巖相鄰，伊利石和雜基普遍被油侵染。在掃描電鏡下伊利石呈片狀或絲縷狀，晶形不完整，略具定向性（見圖4）。

2.2 綠泥石的特征

白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中以自生綠泥石較常見，多數(shù)情況下呈環(huán)邊狀在顆粒表面垂直生長（見圖5），形成基本等厚的包膜，常與伊利石共生或呈分散狀、絨球狀。

圖3 白253 井，2 072.06 m 與雜基共生的碎屑伊利石

圖4 白230 井，2 066.7 m 片狀絲縷狀自生伊利石

圖5 白266 井，1 921.5 m 呈環(huán)邊狀分布在顆粒周圍

2.3 高嶺石的特征

白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中高嶺石含量很少，僅在薄片和電鏡下偶爾見到呈六方板狀集合體充填孔隙并與綠泥石共生的高嶺石，或在個別顆粒溶孔內(nèi)也可見到少量高嶺石。一般情況下，高嶺石在河流相或濱湖相帶的淡水環(huán)境下易富集，而白豹地區(qū)長6 砂巖多處于半深湖－深湖相沉積環(huán)境，所以不易生成高嶺石。

2.4 間層粘土礦物的特征

所謂間層粘土礦物是指那些在結(jié)構(gòu)上具有混層構(gòu)造的礦物而言。因為這些層狀硅酸鹽粘土礦物的晶層都很相似，都是由硅氧四面體六方晶層和鋁氧八面體晶層組成，所以不同的兩種粘土礦物就有可能從結(jié)構(gòu)上彼此連結(jié)起來，而不是各組分層的簡單機械混合[2]。按照堆積方式的不同，間層粘土礦物又分為規(guī)則間層和不規(guī)則間層。據(jù)已有的X 衍射和電鏡掃描資料，白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中含有伊/蒙不規(guī)則間層粘土礦物（見圖6、圖7）。

圖6 白243 井2 032.50 m 伊/蒙不規(guī)則粘土礦物

圖7 白265 井1 847.15 m 分布于粒表及孔隙壁的蜂窩狀伊/蒙間層

圖8 白245 井2 141.41 m 絲網(wǎng)狀粘土分割孔隙

通過鏡下觀察發(fā)現(xiàn)了許多絲網(wǎng)狀的可疑粘土（見圖8），統(tǒng)計的22 口井103 塊樣品中，有16 口井的51塊樣品中出現(xiàn)了可疑粘土，這種網(wǎng)狀粘土有可能是規(guī)則或不規(guī)則的伊/蒙間層粘土礦物。

通過對白豹地區(qū)長6 部分產(chǎn)油井射孔段對應(yīng)的薄片資料統(tǒng)計分析表明，油層段儲集砂巖的粘土礦物普遍以綠泥石為主，并含少量網(wǎng)狀可疑的間層粘土。

3 不同粘土礦物可能引起的地層損害

引起油層損害的原因有內(nèi)部和外部兩方面的因素，采油工程就是在這兩個方面的因素相互作用下進行的。采油工作是由從鉆井、完井、射孔、修井、測井到采油等所有施工環(huán)節(jié)的研究設(shè)計、技術(shù)操作和后勤供應(yīng)等各方面人員組成，其中的每個人的行為，每個細節(jié)問題，都直接地關(guān)系到最后的成敗，因此外部因素就是人為因素。所謂的內(nèi)部因素就是地層內(nèi)部因素，也稱潛在因素，它包括地層流體、粘土礦物和非粘土礦物。在大多數(shù)情況下，骨架成分和鉆井液、完井液所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)極弱，結(jié)晶的自生粘土礦物是引起油層損害的最重要的因素。據(jù)報道，由粘土礦物引起的油層損害約占整個油層損害的70 %[3]。

在砂巖儲層中，粘土礦物主要是作為孔隙襯里和孔隙充填產(chǎn)出的，它的這種存在方式?jīng)Q定了它們先于骨架顆粒與進入地層的流體接觸，由于它們顆粒細小、比表面很大，所以很容易與注進地層的流體迅速發(fā)生反應(yīng)。由粘土礦物所引起的油層傷害問題大致有酸敏、水敏和微粒遷移等三個方面。

白豹地區(qū)長6 儲集砂巖的主要粘土礦物有綠泥石、伊利石、伊/蒙間層和一些未能定性的蝕變粘土（可疑的間層粘土）。根據(jù)敏感性資料及本地區(qū)所含粘土礦物分析，上述三種地層傷害問題都存在（見表1）。

表1 白豹地區(qū)長6 儲集砂巖敏感性特征

3.1 能引起速敏的粘土礦物

據(jù)薄片觀察，白豹地區(qū)長6 儲集砂巖含部分絨球狀和分散狀綠泥石及伊/蒙間層粘土及網(wǎng)狀蝕變粘土，流速的變化和化學(xué)條件的改變均可能使這些微粒狀礦物發(fā)生遷移而使喉道堵塞降低滲透率。因此，應(yīng)作流動試驗確定臨界流速來防止可能發(fā)生的速敏傷害。

3.2 易引起酸敏的粘土礦物

綠泥石作為富鐵礦物，對油層最大的危害是對酸和富氧流體十分敏感，在油層進行酸化處理時，綠泥石會被鹽酸溶解出鐵，當(dāng)酸消耗盡時，會形成氫氧化鐵膠體沉淀。由于氫氧化鐵膠體的粒度大，一般比孔隙喉道大，因此容易堵塞喉道而損害油層，使酸化工作遭到失敗。

延長組儲集砂巖中的自生綠泥石有絨球狀和葉片狀（薄膜狀）綠泥石，據(jù)電子探針及能譜資料分析[4]（見表2），這些綠泥石普遍含鐵，因此存在著潛在的酸敏性傷害因素，在進行酸化之前應(yīng)注意防止酸敏傷害。

3.3 能夠引起水敏的粘土礦物

在白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中普遍含伊/蒙間層及網(wǎng)狀可疑粘土，因而存在著明顯的水敏傷害因素。含有蒙脫石層的粘土礦物都具有一定的膨脹性，蒙脫石有三層結(jié)構(gòu)，易吸附Na+，當(dāng)粘土在含水介質(zhì)中被水化時，鈉蒙脫石聚集體很容易膨脹，其薄層分離的很遠，所以水很容易侵入到薄層的間隙中，并且在鈉蒙脫石周圍形成水包裹層。K+濃度高時，粘土薄層原封不動，因為小尺寸的K+能輕易滲入到粘土的間層，使粘土層維系在一起，因此保持水溶液中K+的高濃度可以防止粘土膨脹。

表2 鄂爾多斯盆地延長組儲集砂巖中自生綠泥石的化學(xué)組成

3.4 富含蝕變云母的砂巖具潛在的水敏傷害因素

在白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中，除了上述粘土礦物可能引起地層損壞，另外云母對地層的傷害也不容忽視。在本地區(qū)云母的含量很高，且蝕變現(xiàn)象非常普遍（見圖9），云母蝕變后普遍體積膨脹、變形，部分甚至呈假雜基狀充填孔隙。黑云母水化后則變?yōu)樗谠颇福丛颇概c蛭石的間層）具明顯的膨脹性，因此，在油田開發(fā)的時候也要防止因云母蝕變而造成油層傷害。

圖9 白265 井1 847.15 m 長6 云母蝕變后沿解理劈開引起體積膨脹

4 結(jié)論

通過對以上白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中粘土礦物類型及特征的分析，得出以下結(jié)論：

（1）白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中粘土礦物主要含有伊利石、綠泥石、伊/蒙間層和網(wǎng)狀粘土（蝕變粘土），偶見高嶺石。

（2）伊利石主要以碎屑伊利石為主，與雜基共生，以孔隙充填形式存在；綠泥石膜的厚度不大，有的與伊利石共生，有的呈分散狀或絨球狀并普遍吸附重質(zhì)油。

（3）白豹地區(qū)長6 儲集砂巖中普遍分布的絨球狀綠泥石和蝕變粘土及蝕變的云母，在勘探開發(fā)過程中可能引起地層水敏、酸敏和速敏傷害，應(yīng)引起足夠重視。

［1］ 任磊夫.長慶油田粘土礦物研究報告［G］.1980.

［2］ 趙杏媛，張有瑜.粘土礦物與粘土礦物分析［M］.北京：海洋出版社，1990.

［3］ 趙杏媛，楊威.塔里木盆地粘土礦物［M］.北京：中國地質(zhì)大學(xué)出版社，2000.

［4］ 黃月明.安塞油田長6（長2）油層研礦特征和成巖作用及油層保護報告［G］.1987.