渤海辽东湾油田下第三系粘土矿物变化规律研究

2016-04-11董长友李永强李宝刚孔婕董航

当代化工研究 2016年10期

＊董长友李永强李宝刚孔婕董航

（1.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司天津 300452 2.中海油黄石交通新能源有限公司湖北 435000 3.中海石油气电集团有限责任公司浙江贸易分公司浙江 315800）

＊董长友1李永强1李宝刚1孔婕2董航3

经差热和热重、高压釜高温实验后样品晶间距、溶质溶解、X-射线衍射、扫描电镜和薄片等分析表明，渤海辽东湾油田下第三系粘土矿物是泥页岩的主要成分，主要是由蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石和蒙伊混层矿物组成。其中蒙脱石含量占70%以上。这几种矿物随地层深度的增加，蒙脱石含量逐渐减少。利用单因素分析法研究了主要粘土矿物的纵向分布特征。量变分带的划分依据是蒙伊混层中蒙脱石层的含量变化。

粘土矿物；下第三系；量变分带；变化规律；辽东湾油田

1.地质概况

辽东湾位于华北盆地东北部，渤海湾的北部。构造上属于富含油气的下辽河断陷海上延伸部分如图1所示。它可分为五个次生单元。它们形成了北北东向凹陷相间的构造格局。根据沉积学、古生物学的研究，下第三系为一套近海河流—湖泊相沉积。辽西凹陷中第三系厚度达4000m，其中下第三系约3000m。辽中凹陷第三系厚度达6000—7000m。位于两个凹陷之间的辽西低凸起则由一系列北东走向的背斜构造组成。在低凸起上的第三系厚度达1000-2000m。辽东湾油田夹于郯庐断裂带东、西两分支之间，其北部为凝析油构造带、南部为稠油构造带。辽西凹陷和辽中凹陷都是有利的生油区。郯庐走滑断裂剧烈活动，造成局部抬升剥蚀，辽中凹陷中反转洼构造形成雏状。东营组沉积晚期的喜山运动，使其发生隆升，走滑扭动，构造反转。不同构造及不同层位的粘土矿物的成分有明显的差别。

图1 辽东湾油田区域构造简图

2.常见粘土矿物类型及其分布规律

通过统计分析研究区辽东湾油田下第三系不同井及样品的粘土矿物X-射线衍射的资料，表明粘土矿物类型主要为蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石和蒙伊混层矿物，见图2。其中蒙脱石相对含量占粘土矿物总量的比例最大，其次为伊利石、高岭石、绿泥石和蒙伊混层矿物含量。但伊利石具有水化膨胀，相对迁移的特性；高岭石具有挥发分散和迁移，一般不宜水化膨胀的特性；绿泥石容易被酸化剥蚀，不宜水化膨胀；蒙伊混层具有蒙脱石和伊利石容易水化膨胀特性。受沉积特征及成岩环境等各种条件的影响，不同区块单井纵向上粘土矿物含量变化趋势不一致，而且同一口井纵向上受成岩作用等因素的影响，粘土矿物含量变化也不同。在东营组上段，蒙脱石含量超过70%以上，但下段低于44%，随地层深度的不断增加，样品分析中可见蒙脱石含量由高向低变化，最后全部可转化为伊利石。蒙伊混层含量变化与蒙脱石的出现相同趋势。相比伊利石含量恰好与蒙脱石含量相反。

图2 五个不同深度样品的粘土的衍射图

3.蒙伊混层中蒙脱石层的含量变化带

混层矿物是一种矿物向另一种矿物转化过程中的过度矿物。经过对辽东湾油田下第三系不同井及样品的混层中蒙脱石的含量变化分析，非常直观地了解粘土矿物的转化阶段，清楚各井混层矿物中蒙脱石含量变化与深度的关系，依据混层比的计算方法，将所分析样品混层矿物的X-衍射谱图进行了准确计算，以蒙伊混层中蒙脱石层各个转化带划分为依据，将辽东湾油田下第三系混层中蒙脱石层的量变分成四个变化带，见表1。

(1)蒙脱石层带

蒙脱石单矿物及混层中蒙脱石层的含量均大于70%以上，地层深度1600m以上，是压实阶段和液体排出四个期中的A期。这一带页岩中排出的水主要是缝隙水和多余的地层间水，镜质体反射率小于0．37%，有机质不成熟，此带处于成岩阶段的成岩期。

(2)渐变层带

蒙脱石单矿物慢慢向蒙伊混层矿物转变，混层中蒙脱石层占71-52%，地层深度为1600-2500m，地层间水平稳，是稳定压实的排液阶段，镜质体反射率为0．37-0．4%，有机质比较低，这一带是中成岩阶段的早期。

(3)快速转化带

蒙脱石层占总的52-26%，没有发现蒙脱石单矿物，较大部分开始向蒙伊混层变化，地层深度2400-2600m，地层间水流出较多，缝隙水变得较少，是急剧压实的排液阶段。随着脱水排烃的出现，有小量较稠油生成，镜质体反射率为0．4%，有机质低成熟-成熟，这一带属于中成岩阶段的中期，次生孔隙开始发育。

(4)稳定消失带

混层中蒙脱石层小于26%，地层深度大于2700m，地层间水又一次流出，没有缝隙水，镜质体反射率大于0．51%，有机质已经成熟，这一带属于中成岩阶段的末期。

表1 混层中蒙脱石层的量变分带及变化

4.划分量变分带的地质意义

(1)估算地层温度

随着地层和温度增加，蒙脱石开始向蒙伊混层矿物转化，最初转化温度是81-91℃。根据有机地球化学资料和井温说明，稳定消失带顶界以下，有机质已成熟。确定这一稳定消失带的上限的温度为100℃左右时可行的。但井温梯度的差异，将影响粘土矿物的转化速度。

(2)沉积环境

无论何时何地沉积环境的变化，必然会引起粘土矿物的成分、含量的变化。根据实验分析及综合评价，下第三系粘土矿物中，蒙脱石、绿泥石和蒙伊混层中的含量也有变化，蒙脱石和混层由高到低变化，绿泥石由小增高到25%，高岭石、绿泥石和混层矿物的含量同分析井段有明显的差异，这一带井深是中成岩阶段的中期与早期的分界。研究和判断沉积界面依据是粘土矿物的成分、含量变化。

5.结论

(1)下第三系粘土矿物是渤海油田重要的生油层，利用X-衍射谱图对辽东湾油田下第三系粘土矿物定性、定量解释结果是可靠的。

(2)渤海辽东湾油田泥页岩的主要粘土矿物是蒙脱石、伊利石、高岭石、绿泥石和蒙伊混层矿物，其中蒙脱石、伊利石和蒙伊混层矿物的含量在纵向上随着井深的增加和温度的增高而呈降低趋势，尤以蒙脱石含量变化最为明显。

(3)依据分析样品蒙伊混层矿物中蒙脱石层的含量变化为依据，将其分为四个量变化分带，即蒙脱石层带，渐变层带，快速转化层带、稳定消失层带。确定研究区的生油岩成熟门限，估算地层温度和沉积环境。应用各种粘土矿物成分和含量变化可以为钻井钻进、泥浆处理及勘探开发服务。

董长友（1962～），男，中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，研究方向：油气田勘探开发实验研究。

(责任编辑高镇峰）

Study of the Clay Mineral Changes Rule of the Paleogene System of Liaodong Bay oil field in Bohai sea

Dong Changyou¹, Li Yongqiang¹, Li Baogang¹, Kong Jie², Dong Hang³
（1.Engineering & Tech Company, CNOOC Energy Technology & Services Limited,Tianjin, 300452 2.CNOOC Huangshi Traffic New Energy co., LTD, Hubei, 435000 3.Zhejiang Trading Company, CNOOC Gas & Power Group LLC.,Zhejiang, 315800）

The analysis of longitude difference heat, thermogravimetry, crystalline interspace after high-temperature and high-pressure kettle experiment, solute dissolution, X-ray diffraction, scanning electron microscope and lamina shows that the paleogene system of clay mineral of Bohai sea Liaodong Bay oil field is the main component of the shale, which is mainly composed of montmorillonite, illite, kaolinite, chlorite and montmorill onite mixed layer mineral. And the content of montmorillonite is more than 70%. For these kinds of minerals, with the increase of the depth of stratum, the montmorillonite content gradually reduces. Through the single factor analytical method, this paper studies the vertical distribution characteristics of the main clay minerals, besides, the division basis of quantitative changes and zoning is the content changes of montmorillonite layer in montmorillonite mixed layer.

clay mineral；paleogene system；quantitative change and zoning；changes rule；Liaodong Bay oil field在油田开发过程中，由于外来流体等众因素与储层发生各种物理或化学作用，将直接导致储层渗透率变差，对储层造成伤害。对于常温条件粘土矿物膨胀造成储层水敏性伤害。要想达到油田稳产高产的开发目的，对于粘土矿物的定量解释和种类划分及其变化规律研究十分重要。本文从辽东湾油田下第三系粘土矿物类型和相对含量变化入手进行研究，为提高单井产量及有效勘探开发提供依据。