姬塬地区长6油层组砂岩储层中粘土矿物分布规律研究

姬塬地区长6油层组砂岩储层中粘土矿物分布规律研究

张振红1，2，汪伶俐1，2，朱静1，2

(1.中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)

摘要：为研究区寻找优质储层，指导勘探开发部署提供指导。以鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组长6油层组砂岩储层中粘土矿物为研究对象，通过铸体薄片、扫描电镜、X衍射等方法对主要粘土矿物类型进行了研究；结合沉积环境，深入分析了粘土矿物的分布规律及控制因素；同时探讨了粘土矿物对储层物性的影响；从而研究表明，研究区储层中粘土矿物主要成份为伊利石、高岭石、绿泥石和蒙/伊混合层，且具有质点微小、比表面积大等特征。其形成与分布主要受沉积与成岩两大作用控制。其中，绿泥石含量东北体系高于西北体系；在长石溶蚀作用影响下，高岭石含量西部高于东部；沉积水体影响下，伊利石含量由北向南逐渐增大。绿泥石、高岭石对储层孔隙具有建设性影响，而伊利石主要破坏原始孔隙。粘土矿物组成及含量明显控制着储层平面上孔渗分布，使得相对高孔高渗区主要分布在研究区东北部，是下步勘探开发的主要对象。

关键词：姬塬地区；长6油层组；粘土矿物；储层物性

DOI:10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2015.0211

文章编号：1672-9315(2015)02-0197-05

收稿日期：*2014-09-30责任编辑：李克永

通讯作者：张振红(1977-)，女，黑龙江肇东人，工程师，E-mail:zzh2002@126.com

中图分类号：P 618.13文献标志码： A

Regularities of clay minerals distribution in sandstone reservoir of Chang 6 in Jiyuan district

ZHANG Zhen-hong1，2，WANG Ling-li1，2，ZHU Jing1，2

(1.ResearchInstituteofExplorationandDevelopment，ChangqingOilfieldCompanyPetroChina，Xi’an710018,China；

2.NationalEngineeringLaboratoryofExplorationandDevelopmentofLow-PermeabilityOil-GasFields，Xi’an710018，China)

Abstract：In order to find high quality reservoir and provide guidance for oil exploration and development，the clay minerals of Chang 6 oil bearing formation(Yanchang layer)in Jiyuan district，Ordos basin are studied.The types of clay minerals were identified by different methods，such as thin sections，SEM，X-ray scattering techniques，etc.Then，the distribution rule of different clay minerals were summarized and analyzed based on sedimentary environment.The influence of clay minerals on porosity and permeability were also discussed.Research results show that，main types of clay minerals are illite，kaolinite，chlorite and smectite/illite，with characteristics of micro particles，big specific surface area，etc.The generation and distribution of clay minerals are controlled by sedimentation and diagenesis process.The content of chlorite in northeast sedimentation system is much higher than that of northwest.While，the content of kaolinite northwest is higher than northeast because of minerals solution difference caused by feldspar.The content of illite is decreased from north to south，because of difference of water depth.Different clay minerals have various effect on porosity and permeability of reservoir，with chlorite and kaolinite have profitable effect，illite have detrimental effect on the controry.In short，the constitution and content of clay minerals have obvious effect on distribution of porosity and permeability.That northeast system in Jiyuan district with reservoir of high porosity and permeability is the main target for future oil exploration and development.

Keywords：Jiyuanarea；Chang6member；clayminerals；reservoirproperty

0引言

姬塬地区位于陕、甘、宁三省交汇处、鄂尔多斯盆地中西部，横跨天环坳陷和伊陕斜坡[1-2]。长6沉积期在盆地中沉积了一系列高建设性的河流-湖泊三角洲沉积体系。姬塬地区延长组长6受东北和西北物源供给，随着三角洲不断向湖盆中心推进，盆地边缘的碎屑物质被携带到沉积区沉积下来，形成重要的油气储集层[3-6]。本区长6储层填隙物含量较高，达到12.06%，以粘土矿物为主，平均孔隙度10.2%，渗透率10.43mD，地层压力系数一般为0.6～0.9，整体表现为低孔、低渗、低压的特征，油井自然产能低或无产能，开发难度大。如何在低孔低渗大面积分布的储层背景下，寻找相对高孔高渗储层进行油田开发，是油田工作者面临的主要问题。 研究和开发实践表明，除受岩石粒度、沉积相带、成岩作用等影响外，含量较高的粘土矿物也是导致储层低渗的重要因素。粘土矿物的类型、数量、分布及其在孔隙中的位置均对储层物性具有较强的影响和控制作用，同时对钻井储层保护和后期压裂改造的敏感性等也有重要影响，影响着油藏开发后期的生产动态。王行信等系统研究了砂岩储层不同类型的粘土矿物与油层保护的关系，赵杏媛等结合粘土矿物的矿物学特征与组合特征进行判别沉积环境等研究[7-9]，文中通过铸体薄片、扫描电镜、X衍射等分析方法，对研究区延长组长6粘土矿物类型及主要组分的空间展布进行探讨，在此基础上，进行研究区内长6粘土矿物对储层物性的影响、优质储层的分布规律的研究对油田勘探、开发具有重要的指导意义。

1岩石学特征

姬塬地区延长组长6储层岩性以灰色-灰褐色砂岩岩石类型长石砂岩为主，岩屑长石砂岩和长石岩屑砂岩次之；以细砂为主(占83.5%)，含有少量中砂及粗砂，主要粒径为0.08～0.21mm，为粉-细砂岩；成分成熟度普遍偏低，结构成熟度中-好。储层由陆源碎屑岩组成，具有“低石英，高长石”特点，石英含量26%～30%左右，长石含量在37%～44%左右，岩屑含量在10%～11%左右，岩屑类型以变质岩为主，火成岩次之，沉积岩岩屑在西北及西南有发育。

通过姬塬地区500块样品薄片分析，长6储层填隙物以绿泥石(平均3.55%)、高岭石(平均2.55%)、伊利石(平均1.44%)和铁方解石为主，表现出东北绿泥石高于西北，而西北高岭石高于东北。X衍射分析表明，在小于4μ粘粒组分包括高岭石(平均29.08%)、绿泥石(平均51.38%)、伊利石(平均20.1%)、伊蒙混层(平均6.06%)，伊蒙混层比小于10%.

2主要粘土矿物特征及平面展布

粘土矿物质点微小、比表面积大，是低渗透储层的重要的填隙物与胶结物，其生成与分布受沉积与成岩两大作用控制[10]。

2.1绿泥石

绿泥石是砂岩储集层中重要的成岩矿物之一，绿泥石的含量、产状及分布对储层原生孔隙的保存有十分重要的意义，特别是对致密碎屑岩储层。因此，有关砂岩中绿泥石胶结物对孔隙的保存机理前人做了大量的研究[11-12]，一直也是国内外研究的热点。

绿泥石代表高能环境下产物，需要有一定量的粒间孔的发育，孔隙流通性要好，另外绿泥石的形成需要富铁的环境，因此绿泥石多发育于三角洲前缘水下分流河道沉积。就整个鄂尔多斯盆地而言，延长组这一特征较为明显。姬塬地区延长组长6砂岩储层中东北体系绿泥石含量明显高于西北体系(图1)。

图1　姬塬地区延长组长6绿泥石含量分布图 Fig.1　Distributions of chlorite contents of the Chang 6 in Yanchang formation in Jiyuan area

图2　姬塬地区延长组长6高岭石含量分布图 Fig.2　Distributions of kaolin contents of the Chang 6 in Yanchang formation in Jiyuan area

2.2高岭石

姬塬地区延长组长6砂岩储层中高岭石含量整体数值不高，在所统计的500个岩石薄片中，高岭石在岩石中的平均含量为2.55%，在小于4μ粘粒组分中，高岭石含量的平均值为29.08%，这与整个研究区内砂岩中比较高的长石含量相对称，说明在埋藏成岩过程中，由于酸性流体的注入使得部分长石溶解形成高岭石。高岭石呈现出西部含量明显高于东部的特征(图2)，这也表明姬塬地区长6西部高岭石发育与西部长石溶蚀作用强有关。

2.3伊利石

伊利石主要发育于三角洲前缘至半深湖-深湖相储层中，呈现由北向南随水体加深含量增加的特征，主要有三方面原因：第一由北向南随水体加深，粘土级颗粒含量增加，伊利石是粘土矿物的主要成分之一，因此造成储层中原生伊利石含量高，是造成向南伊利石含量增加的原因之一；第二，储层在成岩过程中蒙脱石有向伊蒙混层转化趋势，由于南部地区泥质含量高，而蒙脱石是粘土的主要成分，因此相对泥质含量低的地区，南部地区在相同成岩条件下会有更多蒙脱石向伊蒙混层转化，因此造成伊利石含量高；第三，由北向南，水体加深，沉积物粒度变细，原始粒间孔相对较少，储层物性差，地层流体流通性差，造成大量自生伊利石形成(图3)。姬塬地区长6南部地区储层物性相对较差，储层流岩比小，有利于自生伊利石的形成，这也是姬塬长6由北向南伊利石含量增加的主要原因之一。

图3　姬塬地区延长组长6伊利石分布图 Fig.3　Distributions of illite contents of the Chang 6 in Yanchang formation in Jiyuan area

3粘土矿物对储层物性的影响

粘土矿物主要分布在砂岩储层的粒间孔隙和溶蚀空隙中，它的特征、含量、产状、类型、组合类型以及自身的物理化学性质对储层孔隙结构、储集性能以及油气井的产能都有着重要的影响。就姬塬地区延长组长6中的填隙物而言，自生粘土矿物在数量上比自生碳酸盐还多，并且在一定的地区范围内，某一种或两种粘土矿物大量出现，成为最主要的胶结物，进而控制该层位的物性。

3.1绿泥石对储层的影响

绿泥石形态一般为叶片状、针叶状，其含量与砂岩孔隙度、渗透率呈正相关关系[11-12]。这是由于含油气盆地中多为富铁绿泥石，富含铁、镁(尤其富含铁)和硅、铝离子的碱性水介质进入孔、渗发育好的砂岩孔隙中，当其离子浓度比适合绿泥石形成时，则直接晶析出自生绿泥石。自生绿泥石在储层中的大量存在，尤其是在晚成岩期的继续性生长，抵抗了上覆岩石的压实作用，同时抑制了石英的次生加大，较好地保护了那些由溶蚀形成的次生孔隙和原生粒间孔，使得储集层物性比较好。

3.2高岭石对储层物性的影响

自生高岭石的形成条件需要开放性的构造体系、酸性水介质和发育较好的孔隙系统[11-12]，本区的高岭石通常是长石溶蚀和次生孔隙发育的指示矿物。能生成自生高岭石的环境本身具有较好的孔、渗条件；在扫描电镜下观察到的自生高岭石，单个晶体为假六方板状，其集合体为蠕虫状和书页状，见大量晶间孔与粒间孔隙相连通；再者，酸性水介质有利于次生孔隙的形成。虽然自生高岭石也占据了一定的孔隙空间，但自生高岭石与孔、渗表现出一种正相关关系。这种关系至少表明高岭石的生成对储层孔隙的影响是积极的一面或者说建设性大于破坏性影响。

3.3伊利石对储层物性的影响

一般情况下，伊利石与砂岩孔隙度、渗透率表现为负相关关系。从赋存状态和产状上讲，呈杂基、假杂基产出的陆源伊利石是塑性的，通过压实作用很容易堵塞孔隙和喉道，从物理空间上降低储层的物性；而自生伊利石在孔隙中一般是以纤维状、毛发状和搭桥状存在，这种赋存状态的伊利石对储层的渗透率影响比较大。研究结果表明，粒表-粒间的自生丝状伊利石与粒表他生片状伊利石相比，前者与孔、渗负相关系数明显高于后者。同时还表明，自生伊利石的丝发育愈长、愈典型，其负相关系数也愈高。这是由于伊利石的丝愈长，其在砂岩孔隙与喉道中弯曲度愈高，使砂岩大孔隙变成微孔隙、粗喉道变为微细喉道，故流体流动通道愈弯曲、狭窄和复杂，遇到的阻力也愈大。因此，孔隙度和渗透率愈低。

3.4储层物性平面展布特征

受沉积、成岩及粘土矿物影响，姬塬地区延长组长6平面上相对高孔高渗储层分布范围广，在砂体的主带呈带状连片分布，也表现出东北体系相对高孔高渗储层较西北体系发育特征，与粘土矿物分布具有较好一致性(图4，5)。

图4　姬塬地区延长组长6孔隙度平面图 Fig.4　Plane showing distribution of porosity of Chang 6 reservoir in Jiyuan area

图5　姬塬地区延长组长6渗透率平面图 Fig.5　Plane showing distribution of permeability of Chang 6 reservoir in Jiyuan area

4结语

鄂尔多斯盆地延长组长6储层以绿泥石、高岭石、伊利石为主的粘土矿物较为发育，且含量较高，是引起储层低渗透的重要因素之一。储层中粘土矿物的类型、数量、产状及其分布特征等对储层孔渗条件具有明显的控制作用。客观认识粘土矿物发育特征、分布规律及其对储层物性的影响，可有效提高低渗透油田勘探、开发水平。

参考文献References

[1]杨俊杰.鄂尔多斯盆地构造演化与油气分布规律[M]．北京：石油工业出版社，2002.

YANGJun-jie.RegionaltectonicevolutionandhydrocarbondistributionofOrdosBasin[M]．Beijing：PetroleumIndustryPress，2002.

[2]何自新.鄂尔多斯盆地演化与油气[M]．北京：石油工业出版社，2003.

HEZi-xin.EvolutionandhydrocarbondistributionofOrdosBasin[M]．Beijing：PetroleumIndustryPress，2003.

[3]郑荣才，王海红，韩永林，等.鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组长6段沉积相特征和砂体展布[J].岩性油气藏，2008，20(3)：21-27.

ZHENGRong-cai，WANGHai-hong，HANYong-lin，etal.SedimentaryfaciescharacteristicsandsandbodydistrbutionofChang6memberinJiyuanareaofOrdosBasin[J].LithologicReservoirs，2008，20(3)：21-27.

[4]窦伟坦，田景春，王峰，等.鄂尔多斯盆地长6油层组储集砂岩成岩作用及其对储层性质的影响[J].成都理工大学学报，2009，36(2)：153-159.

DOUWei-tan，TIANJing-chun，WANGFeng，etal.DiagenesisanditsinfluenceonthereservoirqualityofMember6oftheuppertriassicYanchangformationoilreservoirsinOrdosBasin，China[J]．JournalofChengduUniversityofTechnology，2009，36(2)：153-159.

[5]公繁浩，鲍志东，刘丽，等.鄂尔多斯盆地姬塬地区长6油层组沉积微相特征[J].世界地质，2010，29(4)：614-623.

GONGFan-hao，BAOZhi-dong，LIULi，etal.SedimentarymicrofaciescharacteristicsofChang6oil-bearingformationinJiyuanareaofOrdosBasin[J].GlobalGeology，2010，29(4)：614-623.

[6]冯娟萍，郭艳琴，余芳． 鄂尔多斯盆地富县探区延长组物源与沉积体系分析[J]．西安科技大学学报，2013，33(2)：178-183．

FENGJuan-ping，GUOYan-qin，YUFang.AnalysisonsourceanddepositionalsystemsofYanchangformationofuppertriassicofFuxianexplorationareainOrdosBasin[J].JournalofXi’anUniversityofScienceandTechnology，2013，33(2)：178-183.

[7]赵杏媛.粘土矿物与油气[J].新疆石油地质，2009，30(4)：533-536.

ZHAOXing-yuan.Theimpactofclaymineralsonoil-gasreservoir[J].XinjiangPetroleumGeology，2009，30(4)：533-536.

[8]王行信，周书欣.砂岩储层粘土矿物与油层保护[M].北京：地质出版社，1992.

WANGHang-xin，ZHOUShu-xin.Claymineralofsandstonereservoirandreservoirprotection[M].Beijing：GeologicalPress，1992.

[9]徐同台，王行信，张有瑜，等.中国含油气盆地粘土矿物[M].北京：石油工业出版社，2003.

XUTong-tai，WangHang-xin，ZhangYou-yu，etal.ClayMineralofpetroliferousbasininchina[M].Beijing：PetroleumIndustryPress，2003.

[10]张彬，屈红军，李敏，等． 鄂尔多斯盆地罗庞源地区长 8 储层成岩相及其对物性的控制作用[J]． 西安科技大学学报，2013，33(2)：156-160．

ZHANGBin，QUHong-jun，LIMin，etal．DiageneticfaciesanditscontroloverphysiealpropertyofChang8reservoirinLuopangyuanareaofOrdosBasin[J]．JournalofXi’anUniversityofScienceandTechnology，2013，33(2)：156-160．

[11]姚泾利，王琪，张瑞等.鄂尔多斯盆地华庆地区延长组长6砂岩绿泥石膜的形成机理及环境指示意义[J]．沉积学报，2011，29(1)：72-80.

YAOJing-li，WANGQi，ZHANGRui，etal.Formingmechanismandtheirenvironmentalimplicationsofchlorite-coatingsinChang6sandstone(UpperTriassic)ofHuaqingarea，OrdosBasin[J]．ActaSedimentologicaSinica，2011，29(1)：72-80.

[12]黄思静，谢连文，张萌，等.中国三叠系陆相砂岩中自生绿泥石的形成机制及其与储层孔隙保存的关系[J].成都理工大学学报:自然科学版，2004，31(3)：273-281.

HUANGSi-jing，XIELian-wen，ZHANGMeng，etal．FormationmechanismofauthigenicchloriteandrelationtopreservationofporosityinnonmarineTriassicreservoirsandstones，OrdosBasinandSichuanBasin，China[J]．JournalofChengduUniversityofTechnology：NaturalScienceEdition，2004，31(3)：273-281.