白豹地区延长组长6 储集砂岩粘土矿物特征及对地层损害的分析

黄 静，贺 静

（1.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，陕西西安 710018；2.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，陕西西安 710018）

晚三叠世延长期长6 沉积期，白豹地区曾受到来自多个不同方向沉积物源的影响，导致砂岩的碎屑组合及填隙物组合均相对复杂。砂岩填隙物特别是粘土矿物，由于颗粒细小，具有较大的比表面积和自由能，对周围介质物理化学条件变化的反映比一般矿物要灵敏的多，它与有机质的成岩演化、油气生成、运移和富集有着非常密切的关系。通过粘土矿物的研究，可以为油层评价、油田开发和油层改造方案的设计提供必不可少的依据[1]。因此，粘土矿物的研究在石油勘探和开发中都具有十分重要的意义。近年来石油预探评价在白豹地区长6 油层获得重大突破，新增储量近三亿吨，通过对该区粘土矿物特征及其对储层影响的研究，可为该区油井压裂试油及后续油田开发建产提供相应的地质依据。

1 填隙物组合特征

统计分析表明白豹地区长6 储集砂岩的填隙物组合以伊利石和陆源杂基为主，部分井中储集砂体发育有自生薄膜状或绒球状绿泥石、网状蚀变粘土（可疑的混层粘土），偶见高岭石（见图1）。

图1 白豹地区长6 储集砂岩填隙物分布频率直方图

据砂岩粘土的X 衍射资料分析，白豹地区长6 储集砂岩中的粘土矿物主要有伊利石、绿泥石、伊/蒙间层（见图2），其中绿泥石的平均相对含量为71 %、伊利石24 %、伊/蒙间层5 %。下面就白豹地区的粘土矿物的矿物学特征作一详细介绍。

图2 白豹地区长6 砂岩的X 衍射谱图（白135 井2 118.46 m）

2 粘土矿物的矿物学特征

2.1 伊利石的特征

白豹地区长6 储集砂岩中的伊利石多数以碎屑伊利石为主，与杂基共生，以孔隙充填形式存在（见图3），少数自生伊利石以薄膜形式分布于颗粒表面，因与生油岩相邻，伊利石和杂基普遍被油侵染。在扫描电镜下伊利石呈片状或丝缕状，晶形不完整，略具定向性（见图4）。

2.2 绿泥石的特征

白豹地区长6 储集砂岩中以自生绿泥石较常见，多数情况下呈环边状在颗粒表面垂直生长（见图5），形成基本等厚的包膜，常与伊利石共生或呈分散状、绒球状。

图3 白253 井，2 072.06 m 与杂基共生的碎屑伊利石

图4 白230 井，2 066.7 m 片状丝缕状自生伊利石

图5 白266 井，1 921.5 m 呈环边状分布在颗粒周围

2.3 高岭石的特征

白豹地区长6 储集砂岩中高岭石含量很少，仅在薄片和电镜下偶尔见到呈六方板状集合体充填孔隙并与绿泥石共生的高岭石，或在个别颗粒溶孔内也可见到少量高岭石。一般情况下，高岭石在河流相或滨湖相带的淡水环境下易富集，而白豹地区长6 砂岩多处于半深湖－深湖相沉积环境，所以不易生成高岭石。

2.4 间层粘土矿物的特征

所谓间层粘土矿物是指那些在结构上具有混层构造的矿物而言。因为这些层状硅酸盐粘土矿物的晶层都很相似，都是由硅氧四面体六方晶层和铝氧八面体晶层组成，所以不同的两种粘土矿物就有可能从结构上彼此连结起来，而不是各组分层的简单机械混合[2]。按照堆积方式的不同，间层粘土矿物又分为规则间层和不规则间层。据已有的X 衍射和电镜扫描资料，白豹地区长6 储集砂岩中含有伊/蒙不规则间层粘土矿物（见图6、图7）。

图6 白243 井2 032.50 m 伊/蒙不规则粘土矿物

图7 白265 井1 847.15 m 分布于粒表及孔隙壁的蜂窝状伊/蒙间层

图8 白245 井2 141.41 m 丝网状粘土分割孔隙

通过镜下观察发现了许多丝网状的可疑粘土（见图8），统计的22 口井103 块样品中，有16 口井的51块样品中出现了可疑粘土，这种网状粘土有可能是规则或不规则的伊/蒙间层粘土矿物。

通过对白豹地区长6 部分产油井射孔段对应的薄片资料统计分析表明，油层段储集砂岩的粘土矿物普遍以绿泥石为主，并含少量网状可疑的间层粘土。

3 不同粘土矿物可能引起的地层损害

引起油层损害的原因有内部和外部两方面的因素，采油工程就是在这两个方面的因素相互作用下进行的。采油工作是由从钻井、完井、射孔、修井、测井到采油等所有施工环节的研究设计、技术操作和后勤供应等各方面人员组成，其中的每个人的行为，每个细节问题，都直接地关系到最后的成败，因此外部因素就是人为因素。所谓的内部因素就是地层内部因素，也称潜在因素，它包括地层流体、粘土矿物和非粘土矿物。在大多数情况下，骨架成分和钻井液、完井液所发生的化学反应极弱，结晶的自生粘土矿物是引起油层损害的最重要的因素。据报道，由粘土矿物引起的油层损害约占整个油层损害的70 %[3]。

在砂岩储层中，粘土矿物主要是作为孔隙衬里和孔隙充填产出的，它的这种存在方式决定了它们先于骨架颗粒与进入地层的流体接触，由于它们颗粒细小、比表面很大，所以很容易与注进地层的流体迅速发生反应。由粘土矿物所引起的油层伤害问题大致有酸敏、水敏和微粒迁移等三个方面。

白豹地区长6 储集砂岩的主要粘土矿物有绿泥石、伊利石、伊/蒙间层和一些未能定性的蚀变粘土（可疑的间层粘土）。根据敏感性资料及本地区所含粘土矿物分析，上述三种地层伤害问题都存在（见表1）。

表1 白豹地区长6 储集砂岩敏感性特征

3.1 能引起速敏的粘土矿物

据薄片观察，白豹地区长6 储集砂岩含部分绒球状和分散状绿泥石及伊/蒙间层粘土及网状蚀变粘土，流速的变化和化学条件的改变均可能使这些微粒状矿物发生迁移而使喉道堵塞降低渗透率。因此，应作流动试验确定临界流速来防止可能发生的速敏伤害。

3.2 易引起酸敏的粘土矿物

绿泥石作为富铁矿物，对油层最大的危害是对酸和富氧流体十分敏感，在油层进行酸化处理时，绿泥石会被盐酸溶解出铁，当酸消耗尽时，会形成氢氧化铁胶体沉淀。由于氢氧化铁胶体的粒度大，一般比孔隙喉道大，因此容易堵塞喉道而损害油层，使酸化工作遭到失败。

延长组储集砂岩中的自生绿泥石有绒球状和叶片状（薄膜状）绿泥石，据电子探针及能谱资料分析[4]（见表2），这些绿泥石普遍含铁，因此存在着潜在的酸敏性伤害因素，在进行酸化之前应注意防止酸敏伤害。

3.3 能够引起水敏的粘土矿物

在白豹地区长6 储集砂岩中普遍含伊/蒙间层及网状可疑粘土，因而存在着明显的水敏伤害因素。含有蒙脱石层的粘土矿物都具有一定的膨胀性，蒙脱石有三层结构，易吸附Na+，当粘土在含水介质中被水化时，钠蒙脱石聚集体很容易膨胀，其薄层分离的很远，所以水很容易侵入到薄层的间隙中，并且在钠蒙脱石周围形成水包裹层。K+浓度高时，粘土薄层原封不动，因为小尺寸的K+能轻易渗入到粘土的间层，使粘土层维系在一起，因此保持水溶液中K+的高浓度可以防止粘土膨胀。

表2 鄂尔多斯盆地延长组储集砂岩中自生绿泥石的化学组成

3.4 富含蚀变云母的砂岩具潜在的水敏伤害因素

在白豹地区长6 储集砂岩中，除了上述粘土矿物可能引起地层损坏，另外云母对地层的伤害也不容忽视。在本地区云母的含量很高，且蚀变现象非常普遍（见图9），云母蚀变后普遍体积膨胀、变形，部分甚至呈假杂基状充填孔隙。黑云母水化后则变为水黑云母（即云母与蛭石的间层）具明显的膨胀性，因此，在油田开发的时候也要防止因云母蚀变而造成油层伤害。

图9 白265 井1 847.15 m 长6 云母蚀变后沿解理劈开引起体积膨胀

4 结论

通过对以上白豹地区长6 储集砂岩中粘土矿物类型及特征的分析，得出以下结论：

（1）白豹地区长6 储集砂岩中粘土矿物主要含有伊利石、绿泥石、伊/蒙间层和网状粘土（蚀变粘土），偶见高岭石。

（2）伊利石主要以碎屑伊利石为主，与杂基共生，以孔隙充填形式存在；绿泥石膜的厚度不大，有的与伊利石共生，有的呈分散状或绒球状并普遍吸附重质油。

（3）白豹地区长6 储集砂岩中普遍分布的绒球状绿泥石和蚀变粘土及蚀变的云母，在勘探开发过程中可能引起地层水敏、酸敏和速敏伤害，应引起足够重视。

［1］ 任磊夫.长庆油田粘土矿物研究报告［G］.1980.

［2］ 赵杏媛，张有瑜.粘土矿物与粘土矿物分析［M］.北京：海洋出版社，1990.

［3］ 赵杏媛，杨威.塔里木盆地粘土矿物［M］.北京：中国地质大学出版社，2000.

［4］ 黄月明.安塞油田长6（长2）油层研矿特征和成岩作用及油层保护报告［G］.1987.