辽中凹陷A21构造沙四段储层自生绿泥石产状、富集因素及对储层物性的影响＊

王清斌 李建平 臧春艳 赵国祥 朱文森 王晓刚

（1．中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院； 2．中海油能源发展股份有限公司钻采工程研究院）

辽中凹陷A21构造沙四段储层自生绿泥石产状、富集因素及对储层物性的影响＊

王清斌1李建平1臧春艳2赵国祥1朱文森1王晓刚1

（1．中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海油田勘探开发研究院； 2．中海油能源发展股份有限公司钻采工程研究院）

以辽中凹陷A21构造A21－2井为例，分析了沙四段储层自生绿泥石产状、富集因素及对储层物性的影响，结果表明：沙四段储层自生绿泥石分为2期，即早期包壳状或孔隙环边状绿泥石和晚期孔隙充填绿泥石，其中晚期孔隙充填绿泥石含量较高。富火山岩岩屑中铁镁质矿物的早期水解、微咸水湖泊的三角洲前缘环境和超高压封闭成岩环境是沙四段储层自生绿泥石富集的主要因素。早期包壳状绿泥石对石英加大生长有抑制作用，但由于沙四段储层为封闭的超压系统，SiO2仍以大量微晶石英形式沉淀，所以储层孔隙度与自生绿泥石含量相关性不明显；晚期孔隙充填自生绿泥石相对发育，增加了孔隙的比表面积，使孔喉复杂化、细小化，对沙四段储层渗透率损害较大，所以储层渗透率与自生绿泥石含量呈弱负相关关系；沙四段储层所表现的强酸敏性与储层富含自生绿泥石密切相关，建议在对储层进行酸化处理时加入铁螯合剂和除氧剂，以降低储层强酸敏性对油气层的损害。

自生绿泥石 产状 富集因素 储层物性 沙四段 辽中凹陷

自生绿泥石对储层物性有重要影响，有些学者［1－3］认为孔隙衬里绿泥石的存在提高了岩石的机械强度，并抑制石英次生加大，从而对砂岩孔隙的保存具有积极作用；也有学者［4－6］认为绿泥石降低了孔隙度，堵塞孔隙喉道，导致喉道直径减小，渗透率降低。辽中凹陷沙四段储层发育［7－8］，钻井显示该区沙四段绿泥石含量较高，但对其成因及其对储层物性的影响还未开展过系统研究。A21反转构造位于辽中凹陷南部，处于辽中凹陷与渤中凹陷的接合过渡部位，3 600 m以下A21－2井井段沙四段岩心揭示了一套绿泥石含量较高的碎屑岩储层，本文即以该井沙四段为重点探讨绿泥石高含量的原因及对储层物性的影响。A21－2井X衍射分析表明，沙四段砂岩粘土矿物含量平均值为4．7%，其粘土矿物成分及相对含量见表1，绿泥石高含量的特点十分突出。铸体薄片和扫描电镜观察A21－2井沙四段自生绿泥石具有以下产状：

表1 A21－2井沙四段砂岩粘土矿物特征

1 自生绿泥石产状

对A21构造沙四段储集层段开展了砂岩粘土矿物、全岩、铸体薄片、扫描电镜、微量元素等分析。

（1）铸体薄片中见少量孔隙环边衬里绿泥石和颗粒包壳绿泥石分布，可见自生绿泥石环边仅在一个孔隙周边发育，同一颗粒的其他部位未见环边生长绿泥石（图1A）；扫描电镜下见大量孔隙充填自生绿泥石，而这类绿泥石多呈玫瑰花状（图1B）。大量孔隙充填绿泥石的现象说明，在环边胶结绿泥石发育期后有一个大规模的绿泥石发育期。

（2）绿泥石生长呈明显的期次性，早期绿泥石包裹颗粒生长，包壳状自生绿泥石外侧见较多微晶石英生长（图1C），微晶石英上见另一期绿泥石生长（图1C、D）。显然，生长在石英颗粒上的绿泥石是在石英结晶后形成的，形成时间较晚。

（3）包壳状绿泥石发育一侧石英次生加大少见，无绿泥石包壳一侧则石英次生加大强烈，这证实了包壳绿泥石对石英次生加大的抑制作用，但绿泥石晶粒间也见较多石英以微晶形态沉淀（图1E）。

（4）砂岩整体压实作用较强，颗粒间主要以线－凹凸接触为主，石英次生加大较强。

图1 A21－2井绿泥石扫描电镜、薄片照片

（5）局部见黑云母绿泥石化（图1F），火山岩岩屑附近个别孔隙内绿泥石发育，充满孔隙（图1F），推测火山岩岩屑提供了大量铁质，局部富铁环境造成了绿泥石的集中发育。

2 自生绿泥石富集因素

2．1 岩性

绿泥石为富铁、镁硅酸盐矿物，形成于富铁的碱性环境［9］，其成因大致可归纳为以下几种：①富铁、镁矿物的早期水解释放大量铁、镁离子，有利于早期绿泥石的形成；②中晚成岩期粘土矿物在富铁的条件下转化为绿泥石；③黑云母、角闪石等矿物的蚀变形成绿泥石。研究区沙四段储层主要为中—粗粒长石岩屑砂岩，其中火山岩岩屑含量为20%～45%，主要为酸性喷出岩、花岗岩和少量安山岩。这些岩屑中虽然铁、镁矿物含量不高，但由于火山岩岩屑总体含量高，铁、镁矿物水解对早期包壳绿泥石的形成应该起到了重要作用。

2．2 沉积水体

根据A21－2井岩心泥岩微量元素分析结果，分别计算了B、Sr含量以及Sr／Ba、B／Ga等确定古盐度的指标，其中B、Sr含量值都呈现明显的淡水向半咸水过渡特点，Sr／Ba、B／Ga值大多落在过渡环境和微咸水—半咸水环境区间（表2）。

表2 A21－2井沙四段沉积环境判别

许多研究表明早期绿泥石的生成与早期微咸水—半咸水环境密切相关，而河流向微咸湖泊推进的三角洲前缘是早期绿泥石形成的有利部位［14］。研究区沙四段为一套辫状河三角洲前缘相，古盐度分析也表明沙四段沉积时期湖泊水体是微咸水—半咸水环境，因此，河流与微咸水湖泊交汇的三角洲环境是沙四段早期绿泥石发育的有利条件。

2．3 成岩环境

元素分析结果表明，A21－2井沙四段储层上下的泥岩中铁和镁含量均较高，铁平均含量4．04μg／g（8个样品），镁平均含量1．47μg／g（8个样品），富铁、镁泥岩在粘土矿物脱水期排出的流体富含Fe2＋、Mg2＋离子，而这些离子是储集层中绿泥石形成的重要物质条件。测试资料表明，研究区沙四段储层为强超压系统，压力系数可达到1．7，研究区异常高压的成因主要是欠压实、粘土矿物脱水和有机质生烃作用［15］，而较好的泥岩封盖条件也是储集层超高压形成的重要条件［16］。在超高压的封闭成岩系统内，由于富含有机质的酸性水与富铁镁的火山岩岩屑反应所产生的Fe2＋、Mg2＋等金属离子不能被有效迁出系统，导致铁、镁等金属离子的富集，从而改变了孔隙介质组成和性质，而富铁、镁的碱性环境有利于绿泥石的形成，也有利于高岭石、蒙脱石等粘土矿物向绿泥石转化。

3 自生绿泥石对储层物性的影响

3．1 对孔隙度的影响

图2 A21－2井沙四段绿泥石绝对含量与孔隙度、渗透率的相关性（12个样品）

通过X衍射全岩分析和粘土矿物分析计算的A21－2井沙四段自生绿泥石绝对含量与孔隙度相关性较差（图2），这与自生绿泥石有利于储层孔隙度保持的观点不符合。分析认为，造成上述现象的原因与A21构造沙四段强超压的封闭成岩环境、晚期孔隙充填绿泥石发育、绿泥石整体含量低等因素限制了绿泥石对储层孔隙度的保护作用有关。

很多学者认为绿泥石包壳主要通过降低砂岩颗粒上单晶生长部位的数量来阻止石英加大［1］，扫描电镜和薄片下也观察到A21－2井沙四段自生绿泥石包壳发育的地方很少有石英加大，但也见到在绿泥石包壳之外大量的自生石英颗粒沉淀，这说明虽然绿泥石包壳可以阻止石英加大，但仍不能阻止石英以雏晶形态在孔隙中的沉淀，局部仍可见绿泥石包壳间自生石英生长的现象。

分析认为，研究区沙四段储层为一典型强超压封闭成岩环境，在封闭的成岩系统内粘土矿物转化、压溶作用、长石溶蚀等提供的大量硅质不能被有效带出体系，过饱和的SiO2必然会沉淀下来，因此，自生绿泥石阻止石英加大生长对孔隙的贡献并不明显，这可能是孔隙度与绿泥石绝对含量相关性较差的主要原因。

3．2 对渗透率的影响

通过X衍射全岩分析和粘土矿物分析计算的A21－2井沙四段渗透率与自生绿泥石绝对含量为弱负相关关系，且在绿泥石含量低值段投点较分散（图2），说明自生绿泥石对渗透率保持可能是不利的，绿泥石并不是影响A21构造储层渗透率的决定性因素，低渗可能是多因素叠加的结果。

分析认为，研究区沙四段储层环边胶结绿泥石和包壳绿泥石含量低，而晚期绿泥石相对发育，这限制了环边胶结绿泥石对储层的保护作用，并且晚期绿泥石对储层渗透率的影响更多地体现在充填孔隙（图1D）、堵塞喉道（图1B）、增加孔隙比表面积（图1E）、使孔隙及喉道复杂化等方面。

3．3 对储层敏感性的影响

自生绿泥石为酸敏矿物，酸化时被HCl溶解并释放出铁，当酸耗尽（p H＝5．3）或环境含氧时会形成Fe（OH）3沉淀，造成酸敏性油气层损害［17］。敏感性分析表明，A21－2井沙四段多数储层表现出强盐酸敏、强土酸敏的特征，酸敏指数为30%～60%（图3），这与储层富含自生绿泥石密切相关，因此在对储层进行酸化时可考虑加入铁螯合剂和除氧剂，降低储层强酸敏性对油气层的损害。

图3 A21－2井沙四段储层盐酸（上图，3 673．67 m）和土酸（下图，3 673．64 m）敏感性分析

4 结论

（1）A21构造沙四段自生绿泥石可分为早期包壳状或孔隙环边绿泥石和晚期孔隙充填绿泥石，其中早期绿泥石含量较低，晚期孔隙充填绿泥石含量较高。

（2）富火山岩岩屑砂岩中铁镁矿物早期水解、微咸水—半咸水湖泊三角洲前缘环境、超高压封闭成岩环境促进了A21构造沙四段自生绿泥石的大量生成。

（3）A21构造沙四段早期包壳状绿泥石生长的部位石英加大少见，显示了对石英加大的抑制作用，但硅质在封闭超压系统内仍会以雏晶石英形式析出或在不发育包壳的其他部位加大生长，说明自生绿泥石对孔隙贡献不明显，所以储层孔隙度与自生绿泥石含量相关性差。研究区沙四段晚期绿泥石相对发育，使粒内孔转化为更细微的晶间孔，增加了孔隙的比表面积，充填堵塞了孔隙喉道，对储层渗透率损害较大，所以储层渗透率与自生绿泥石含量呈弱负相关关系。建议在对研究区沙四段储层进行酸化处理时加入铁鳌合剂和除氧剂，以降低储层强酸敏性对油气层的损害。

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（编辑：周雯雯）

Authigenic chlorite occurrence，enrichment factor and its impacts on reservoir petrophysics in Member 4 of Shahejie Formation in A21 structure，Liao Zhong sag

Wang Qingbin1Li Jianping1Zang Chunyan2Zhao Guoxiang1Zhu Wensen1Wang Xiaogang1

（1．Bohai Oilfield Exploration and Development Research Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452；2．Drilling and Production Engineering Research Institute of CNOOC Energy Technology ＆Service Ltd．，Tianjin，300452）

In the case of Well A21－2 in A21 sructure，Liao Zhong sag，authigenic chlorite occurrence，enrichment factor and its impacts on reservoir petrophysics are analyzed in Member 4 of Shahejie Formation．The results have shown that there are two stages of authigenic chlorite in the Member 4 reservoir，i．e．earlier grain－coating or pore－lining chlorite and later pore－filling chlorite，with the later one higher in content．Several factors，such as early hydrolysis of mafic minerals in volcanic detritus，delta front environment in a brackish lake and a closed and over－pressured diagenesis system，are the keys of authigenic chlorite enrichment in the Member 4 reservoir．The earlier grain－coating chlorite has inhibited some quartz overgrowth，but SiO2can still precipitated as a lot of microcrystalline quartz because the Member 4 reservoir is a closed and over－pressured system，making the correlation between porosity and chlorite content in the reservoir be not obvious．The later pore－filling chlorite has relatively well developed，which increase specific surface area of pores and make the pore throats be complicated and more tiny，causing great damage to permeability of the Member 4 reservoir．As a result，there is a weak negative correlation between permeability and the content of authigenic chlorite in this reservoir．In addition，the strong acid sensitivity of the reservoir may be closely related with the high content of authigenic chlorite，and it is suggested that the iron chelating agent and deoxidant should be added when acidizing the reservoir，in order to reduce the harm of strong acid sensitivity to hydrocarbon zones．

authigenic chlorite；occurrence；enrichment factor；reservoir petrophysics；Member 4 of Shahejie Formation；Liao Zhong sag

＊国家科技重大专项“国家近海大中型油气田形成条件及勘探技术（编号：2011ZX05023－001－004）”部分研究成果。

王清斌，男，工程师，主要从事储层及沉积方向研究。地址：天津市塘沽区闸北路渤海油田勘探开发研究院储层地化室（邮编：300452）。电话：022－25800432。E－mail：wangqb＠cnooc．com．cn。

2011－08－23 改回日期：2012－02－21