宋 婷 徐 波 康萬東 張鑫君

(西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院， 陜西省油氣田特種增產(chǎn)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 西安 710065)

西峰油田位于鄂爾多斯盆地西南部，主力生產(chǎn)層為三疊系長8油層組。長8儲層屬于低孔、低滲儲層，非均質(zhì)性較強(qiáng)。儲層巖石的孔隙直徑小，孔隙分選性不好，孔喉配置較差。孔隙度平均值為10.5%，滲透率平均值為2.72×10-3μm2。儲層填隙物中黏土含量較高，約占碎屑組分的15%～30%，平均18.9%。填隙物是影響儲層物性的主要因素之一。本次研究主要根據(jù)X射線衍射和掃描電鏡分析結(jié)果，分析長8儲層黏土礦物的成分、含量和產(chǎn)狀及其與孔隙度、滲透率的關(guān)系。

1 儲層基本特征

巖石薄片分析結(jié)果表明，西峰油田D區(qū)長8儲層巖石主要為黑色、灰黑色細(xì)—中粒巖屑長石砂巖，石英、長石和巖屑的占比范圍分別為16.00%～38.00%、10.00%～47.50%、4.26%～37.00%，平均含量分別為28.39%、32.25%、24.00%。其中，巖屑以火成巖屑和變質(zhì)巖屑為主。儲層巖屑含量相對較高是部分區(qū)域砂巖致密的潛在因素，也增加了開發(fā)過程中微粒運(yùn)移的可能性。

西峰油田D區(qū)長81小層的巖石顆粒較細(xì)、分選中等，粒徑大小一般，最大粒徑0.6 mm，粒度中值0.2 mm。細(xì)砂含量較大，占67.38%；次為中砂，占27.88%；另外，粉砂占1.49%，粗砂占0.24%。巖性越細(xì)，儲層物性越差。

該儲層的孔隙類型以粒間孔為主，次為溶孔。溶孔主要為長石、巖屑溶孔，孔隙組合以溶孔—粒間孔為主，面孔率為5.1%。粒間孔含量3.9%，占總面孔率的75.9%。粒內(nèi)溶孔含量1.1%，占總面孔率的22.1%。儲層以中孔中細(xì)喉和小孔細(xì)喉型為主，并可見少量大孔中細(xì)喉型，喉道分選較差。

2 儲層的黏土礦物特征

黏土礦物是在一定氣候、環(huán)境及物源條件下形成的層狀鋁硅酸鹽礦物，是砂巖儲層中最常見的填隙物。黏土礦物的類型、含量、形態(tài)及產(chǎn)狀對儲層物性有重要影響[1]。不同黏土礦物具有不同的物化性質(zhì)，對儲層物性也存在不同程度的影響和破壞作用[2]。只有清楚了解黏土礦物的含量、產(chǎn)狀特征和分布規(guī)律，才能客觀而準(zhǔn)確地評價(jià)其對儲層物性的影響，從而正確評價(jià)儲層并制定有效的勘探開發(fā)措施，提高油氣采收率。

2.1 黏土礦物的類型

研究區(qū)長8儲層的填隙物主要以黏士礦物、碳酸鹽為主，同時(shí)含有少量方解石、白云石、硅質(zhì)及凝灰質(zhì)等。

西峰巖心庫存有研究區(qū)D27、D28、D47、D87、D91、D98、D71、D93、D74等不同區(qū)塊9口井的巖樣。D28井的巖樣過于碎殘，無法取樣。本次研究從其余8口井中共采集43塊巖樣(含殘損巖樣)，采樣層位均為主產(chǎn)層位長81小層。對這8口井的16塊巖樣進(jìn)行X衍射分析，結(jié)果顯示：黏土礦物主要為伊利石和綠泥石，次為高嶺石和伊蒙混層。其中，伊利石平均相對含量為2.24%，最小值為0.63%，最大值為4.65%；綠泥石平均相對含量為3.43%，最小值為1.91%，最大值為4.62%；高嶺石平均相對含量為0.73%，最小值為0.15%，最大值為1.71%；伊蒙混層平均相對含量為0.68%，最小值為0.25%，最大值為1.29%(見表1)。

表1 長81儲層不同黏土礦物的相對含量

長81儲層的黏土礦物在掃描電鏡下呈現(xiàn)不同的形態(tài)特征。除自生黏土礦物外，膠結(jié)物中還包括方解石、白云石及硅質(zhì)等。

2.2 黏土礦物的產(chǎn)狀

黏土礦物產(chǎn)狀對黏土礦物的穩(wěn)定性有很大影響。黏土礦物的產(chǎn)狀是指自生黏土礦物分布特征及其與巖石骨架顆粒間的相互關(guān)系[4]。黏土礦物產(chǎn)狀主要分為3種類型，即充填式、襯墊式和搭橋式。不同類型的黏土礦物產(chǎn)狀對儲層的影響也是不同的(見表2)。

分散質(zhì)點(diǎn)式黏土礦物以高嶺石和綠泥石為主，薄膜充填式的黏土礦物主要為伊利石、蒙皂石、綠泥石和伊蒙混層，搭橋式黏土礦物以伊利石和綠泥石為主。

黏土礦物產(chǎn)狀是影響儲層物性的一個(gè)重要參數(shù)[5]。有些儲層中盡管黏土礦物含量不高，但由于這些黏土分布在孔隙中，與孔隙中的流體接觸面積較大，易受流體性質(zhì)的影響而導(dǎo)致儲層物性的變化。有些黏土礦物在骨架顆粒表面形成包被或呈薄膜襯墊狀，黏土易與外來流體充分接觸，從而嚴(yán)重影響儲層的滲透性[6]。

表2 主要黏土礦物的基本存在形式

長8油層中，伊利石主要以孔隙橋接式產(chǎn)出，部分呈孔隙充填狀產(chǎn)出(見圖1a、圖1b)。其來源主要有3種：一是陸源碎屑沉積形成的，由長石、云母等在低溫條件下經(jīng)風(fēng)化脫鉀形成；二是成巖過程中地層水在物理化學(xué)作用下發(fā)生沉淀，形成的自生伊利石[7]；三是在深埋條件下，由長石蝕變形成。伊利石單體在掃描電鏡下呈絲縷狀、纖維狀、毛發(fā)狀或片狀等形態(tài)[8]。

綠泥石主要以孔隙襯里狀產(chǎn)出，呈絨球狀集合體(見圖1c)。其成因主要有2種：一是由伊利石在成巖過程中演化所致；二是高嶺石和長石經(jīng)成巖蝕變所致。綠泥石單體在掃描電鏡下呈葉片狀或六角板狀等，集合體形態(tài)呈絨球狀、蜂窩狀、針葉狀、分散片狀和玫瑰花狀等多種形態(tài)。

高嶺石充填于砂巖的粒間孔隙中，以分散質(zhì)點(diǎn)式存在，集合體呈蠕蟲狀、書頁狀或雜亂堆積(見圖1d)。高嶺石主要由鉀長石、鈉長石和鈣長石等轉(zhuǎn)化形成，多為接觸式和孔隙-接觸式膠結(jié)。

伊蒙混層礦物呈彎曲的薄片狀，發(fā)育在綠泥石晶體表面，是蒙皂石向綠泥石和伊利石轉(zhuǎn)化過程中的過渡產(chǎn)物[7]，掃描電鏡下呈蜂窩狀、片狀等形態(tài)。

3 黏土礦物對儲層物性的影響

根據(jù)掃描電鏡和X射線衍射資料，研究區(qū)的黏土礦物主要為伊利石、綠泥石、高嶺石及伊蒙混層礦物，蒙脫石較少，它們以薄膜狀包裹在碎屑顆粒表面或充填在碎屑粒間孔隙中。長8超低滲儲集層中發(fā)育的伊利石、綠泥石、伊蒙混層和少量高嶺石等4種類型的黏土礦物，都對儲層物性有一定影響。

圖1 西峰油田D區(qū)長8儲層黏土礦物的電鏡照片

在儲層巖石中，伊利石平均相對含量占2.24%。隨著伊利石絕對含量的增加，孔隙度和滲透率有明顯下降的趨勢(見圖2)。伊利石是該區(qū)分布最廣泛的黏土礦物，呈絲縷狀圍繞碎屑顆粒生長或沉淀于高嶺石微晶之間，將原本較大的孔喉分隔成大量的微細(xì)孔喉，導(dǎo)致孔隙空間減小，使巖石致密化。在注水過程中，伊利石易水化膨脹、分散運(yùn)移，增大束縛水飽和度。

圖2 伊利石含量與儲層物性的關(guān)系

3.2 伊蒙混層與儲層物性

巖石樣品中，伊蒙混層含量較少，主要以孔隙充填和交代碎屑顆粒的形式存在，其絕對含量同孔隙度和滲透率的關(guān)系與伊利石類似，都呈負(fù)相關(guān)(見圖3)。巖石樣品的孔隙度隨著伊蒙混層絕對含量的增加而逐漸減??；滲透率隨著伊蒙混層絕對含量的增加而呈遞減趨勢，遞減速率逐漸減小，最終穩(wěn)定在某一數(shù)值附近。

3.3 綠泥石與儲層物性

在長8儲層中，綠泥石對儲層巖石的孔隙性存在積極影響，其絕對含量與孔隙度呈正相關(guān)(見圖4)。巖石孔隙度隨著儲層砂巖中綠泥石絕對含量的上升而逐漸增大。長8儲層的黏土礦物中綠泥石含量平均值為3.43%，在掃描電鏡下呈葉片狀、針葉狀集合體，多以孔隙襯里形式包裹在礦物顆粒表面，在成巖階段早期就占據(jù)了礦物顆粒表面的空間，致使其他晶體較大的膠結(jié)物失去依附的基礎(chǔ)而無法繼續(xù)生長，避免了孔隙與吼道被進(jìn)一步充填[7]。

3.4 高嶺石與儲層物性

自生高嶺石與孔隙度和滲透率呈負(fù)相關(guān)，不過其相關(guān)性較弱(見圖5)。高嶺石含量處于較低水平時(shí)，孔隙度和滲透率隨其含量的升高而迅速降低，然后降低速率逐漸減小。當(dāng)高嶺石含量超過0.9%之后，孔隙度降低速度變得極為緩慢，而滲透率保持在一定范圍內(nèi)幾乎不變。這說明高嶺石膠結(jié)充填孔隙占據(jù)了大量空間，因此在初期孔隙度和滲透率降低比較快。當(dāng)孔隙空間被高嶺石晶體充填分割到一定程度之后，即使析出更多的高嶺石晶體，也不會對孔隙造成更大的影響。

圖3 伊蒙混層含量與儲層物性的關(guān)系

圖4 綠泥石含量與儲層物性的關(guān)系

圖5 高嶺石含量與儲層物性的關(guān)系

4 結(jié) 論

西峰油田長8油層屬于特低滲透砂巖油藏，填隙物中的黏土礦物以伊利石、綠泥石、高嶺石為主，黏土礦物的類型和含量對儲層的物性有較大影響。

(1) 西峰油田長8儲層為典型低孔、低滲非均質(zhì)性砂巖儲層，填隙物含量一般在15%～30%，平均18.9%。填隙物含量與儲層物性密切相關(guān)，隨著填隙物含量的增加，孔隙度、滲透率都有降低的趨勢。

(2) 黏土礦物的類型、含量、形態(tài)及產(chǎn)狀與儲層物性具有相關(guān)性。研究區(qū)的黏土礦物以伊利石、綠泥石和高嶺石為主，同時(shí)有少量的伊蒙混層礦物。伊利石絕對含量的增加會導(dǎo)致孔隙度和滲透率明顯下降。綠泥石對儲層巖石的孔隙性存在積極影響。伊蒙混層含量較少，巖石樣品的孔隙度會隨著伊蒙混層絕對含量的增加而逐漸減小。高嶺石與孔隙度和滲透率的相關(guān)性較弱。

(3) 黏土礦物中伊利石多呈纖維絲縷狀，會嚴(yán)重增加喉道的彎曲度，在高流速的孔隙流體作用下，還會被沖散并遷移，造成孔隙堵塞，將原有較大孔喉改造成大量的微細(xì)孔喉，使巖石致密化，并以此破壞儲層結(jié)構(gòu)特征，使孔隙度和滲透率下降，破壞儲層物性。