西峰油田长8储层黏土矿物对储层物性的影响

宋 婷 徐 波 康万东 张鑫君

(西安石油大学石油工程学院， 陕西省油气田特种增产技术重点实验室， 西安 710065)

西峰油田位于鄂尔多斯盆地西南部，主力生产层为三叠系长8油层组。长8储层属于低孔、低渗储层，非均质性较强。储层岩石的孔隙直径小，孔隙分选性不好，孔喉配置较差。孔隙度平均值为10.5%，渗透率平均值为2.72×10-3μm2。储层填隙物中黏土含量较高，约占碎屑组分的15%～30%，平均18.9%。填隙物是影响储层物性的主要因素之一。本次研究主要根据X射线衍射和扫描电镜分析结果，分析长8储层黏土矿物的成分、含量和产状及其与孔隙度、渗透率的关系。

1 储层基本特征

岩石薄片分析结果表明，西峰油田D区长8储层岩石主要为黑色、灰黑色细—中粒岩屑长石砂岩，石英、长石和岩屑的占比范围分别为16.00%～38.00%、10.00%～47.50%、4.26%～37.00%，平均含量分别为28.39%、32.25%、24.00%。其中，岩屑以火成岩屑和变质岩屑为主。储层岩屑含量相对较高是部分区域砂岩致密的潜在因素，也增加了开发过程中微粒运移的可能性。

西峰油田D区长81小层的岩石颗粒较细、分选中等，粒径大小一般，最大粒径0.6 mm，粒度中值0.2 mm。细砂含量较大，占67.38%；次为中砂，占27.88%；另外，粉砂占1.49%，粗砂占0.24%。岩性越细，储层物性越差。

该储层的孔隙类型以粒间孔为主，次为溶孔。溶孔主要为长石、岩屑溶孔，孔隙组合以溶孔—粒间孔为主，面孔率为5.1%。粒间孔含量3.9%，占总面孔率的75.9%。粒内溶孔含量1.1%，占总面孔率的22.1%。储层以中孔中细喉和小孔细喉型为主，并可见少量大孔中细喉型，喉道分选较差。

2 储层的黏土矿物特征

黏土矿物是在一定气候、环境及物源条件下形成的层状铝硅酸盐矿物，是砂岩储层中最常见的填隙物。黏土矿物的类型、含量、形态及产状对储层物性有重要影响[1]。不同黏土矿物具有不同的物化性质，对储层物性也存在不同程度的影响和破坏作用[2]。只有清楚了解黏土矿物的含量、产状特征和分布规律，才能客观而准确地评价其对储层物性的影响，从而正确评价储层并制定有效的勘探开发措施，提高油气采收率。

2.1 黏土矿物的类型

研究区长8储层的填隙物主要以黏士矿物、碳酸盐为主，同时含有少量方解石、白云石、硅质及凝灰质等。

西峰岩心库存有研究区D27、D28、D47、D87、D91、D98、D71、D93、D74等不同区块9口井的岩样。D28井的岩样过于碎残，无法取样。本次研究从其余8口井中共采集43块岩样(含残损岩样)，采样层位均为主产层位长81小层。对这8口井的16块岩样进行X衍射分析，结果显示：黏土矿物主要为伊利石和绿泥石，次为高岭石和伊蒙混层。其中，伊利石平均相对含量为2.24%，最小值为0.63%，最大值为4.65%；绿泥石平均相对含量为3.43%，最小值为1.91%，最大值为4.62%；高岭石平均相对含量为0.73%，最小值为0.15%，最大值为1.71%；伊蒙混层平均相对含量为0.68%，最小值为0.25%，最大值为1.29%(见表1)。

表1 长81储层不同黏土矿物的相对含量

长81储层的黏土矿物在扫描电镜下呈现不同的形态特征。除自生黏土矿物外，胶结物中还包括方解石、白云石及硅质等。

2.2 黏土矿物的产状

黏土矿物产状对黏土矿物的稳定性有很大影响。黏土矿物的产状是指自生黏土矿物分布特征及其与岩石骨架颗粒间的相互关系[4]。黏土矿物产状主要分为3种类型，即充填式、衬垫式和搭桥式。不同类型的黏土矿物产状对储层的影响也是不同的(见表2)。

分散质点式黏土矿物以高岭石和绿泥石为主，薄膜充填式的黏土矿物主要为伊利石、蒙皂石、绿泥石和伊蒙混层，搭桥式黏土矿物以伊利石和绿泥石为主。

黏土矿物产状是影响储层物性的一个重要参数[5]。有些储层中尽管黏土矿物含量不高，但由于这些黏土分布在孔隙中，与孔隙中的流体接触面积较大，易受流体性质的影响而导致储层物性的变化。有些黏土矿物在骨架颗粒表面形成包被或呈薄膜衬垫状，黏土易与外来流体充分接触，从而严重影响储层的渗透性[6]。

表2 主要黏土矿物的基本存在形式

长8油层中，伊利石主要以孔隙桥接式产出，部分呈孔隙充填状产出(见图1a、图1b)。其来源主要有3种：一是陆源碎屑沉积形成的，由长石、云母等在低温条件下经风化脱钾形成；二是成岩过程中地层水在物理化学作用下发生沉淀，形成的自生伊利石[7]；三是在深埋条件下，由长石蚀变形成。伊利石单体在扫描电镜下呈丝缕状、纤维状、毛发状或片状等形态[8]。

绿泥石主要以孔隙衬里状产出，呈绒球状集合体(见图1c)。其成因主要有2种：一是由伊利石在成岩过程中演化所致；二是高岭石和长石经成岩蚀变所致。绿泥石单体在扫描电镜下呈叶片状或六角板状等，集合体形态呈绒球状、蜂窝状、针叶状、分散片状和玫瑰花状等多种形态。

高岭石充填于砂岩的粒间孔隙中，以分散质点式存在，集合体呈蠕虫状、书页状或杂乱堆积(见图1d)。高岭石主要由钾长石、钠长石和钙长石等转化形成，多为接触式和孔隙-接触式胶结。

伊蒙混层矿物呈弯曲的薄片状，发育在绿泥石晶体表面，是蒙皂石向绿泥石和伊利石转化过程中的过渡产物[7]，扫描电镜下呈蜂窝状、片状等形态。

3 黏土矿物对储层物性的影响

根据扫描电镜和X射线衍射资料，研究区的黏土矿物主要为伊利石、绿泥石、高岭石及伊蒙混层矿物，蒙脱石较少，它们以薄膜状包裹在碎屑颗粒表面或充填在碎屑粒间孔隙中。长8超低渗储集层中发育的伊利石、绿泥石、伊蒙混层和少量高岭石等4种类型的黏土矿物，都对储层物性有一定影响。

图1 西峰油田D区长8储层黏土矿物的电镜照片

在储层岩石中，伊利石平均相对含量占2.24%。随着伊利石绝对含量的增加，孔隙度和渗透率有明显下降的趋势(见图2)。伊利石是该区分布最广泛的黏土矿物，呈丝缕状围绕碎屑颗粒生长或沉淀于高岭石微晶之间，将原本较大的孔喉分隔成大量的微细孔喉，导致孔隙空间减小，使岩石致密化。在注水过程中，伊利石易水化膨胀、分散运移，增大束缚水饱和度。

图2 伊利石含量与储层物性的关系

3.2 伊蒙混层与储层物性

岩石样品中，伊蒙混层含量较少，主要以孔隙充填和交代碎屑颗粒的形式存在，其绝对含量同孔隙度和渗透率的关系与伊利石类似，都呈负相关(见图3)。岩石样品的孔隙度随着伊蒙混层绝对含量的增加而逐渐减小；渗透率随着伊蒙混层绝对含量的增加而呈递减趋势，递减速率逐渐减小，最终稳定在某一数值附近。

3.3 绿泥石与储层物性

在长8储层中，绿泥石对储层岩石的孔隙性存在积极影响，其绝对含量与孔隙度呈正相关(见图4)。岩石孔隙度随着储层砂岩中绿泥石绝对含量的上升而逐渐增大。长8储层的黏土矿物中绿泥石含量平均值为3.43%，在扫描电镜下呈叶片状、针叶状集合体，多以孔隙衬里形式包裹在矿物颗粒表面，在成岩阶段早期就占据了矿物颗粒表面的空间，致使其他晶体较大的胶结物失去依附的基础而无法继续生长，避免了孔隙与吼道被进一步充填[7]。

3.4 高岭石与储层物性

自生高岭石与孔隙度和渗透率呈负相关，不过其相关性较弱(见图5)。高岭石含量处于较低水平时，孔隙度和渗透率随其含量的升高而迅速降低，然后降低速率逐渐减小。当高岭石含量超过0.9%之后，孔隙度降低速度变得极为缓慢，而渗透率保持在一定范围内几乎不变。这说明高岭石胶结充填孔隙占据了大量空间，因此在初期孔隙度和渗透率降低比较快。当孔隙空间被高岭石晶体充填分割到一定程度之后，即使析出更多的高岭石晶体，也不会对孔隙造成更大的影响。

图3 伊蒙混层含量与储层物性的关系

图4 绿泥石含量与储层物性的关系

图5 高岭石含量与储层物性的关系

4 结 论

西峰油田长8油层属于特低渗透砂岩油藏，填隙物中的黏土矿物以伊利石、绿泥石、高岭石为主，黏土矿物的类型和含量对储层的物性有较大影响。

(1) 西峰油田长8储层为典型低孔、低渗非均质性砂岩储层，填隙物含量一般在15%～30%，平均18.9%。填隙物含量与储层物性密切相关，随着填隙物含量的增加，孔隙度、渗透率都有降低的趋势。

(2) 黏土矿物的类型、含量、形态及产状与储层物性具有相关性。研究区的黏土矿物以伊利石、绿泥石和高岭石为主，同时有少量的伊蒙混层矿物。伊利石绝对含量的增加会导致孔隙度和渗透率明显下降。绿泥石对储层岩石的孔隙性存在积极影响。伊蒙混层含量较少，岩石样品的孔隙度会随着伊蒙混层绝对含量的增加而逐渐减小。高岭石与孔隙度和渗透率的相关性较弱。

(3) 黏土矿物中伊利石多呈纤维丝缕状，会严重增加喉道的弯曲度，在高流速的孔隙流体作用下，还会被冲散并迁移，造成孔隙堵塞，将原有较大孔喉改造成大量的微细孔喉，使岩石致密化，并以此破坏储层结构特征，使孔隙度和渗透率下降，破坏储层物性。