泥页岩理化分析后的粗略分类

罗新辉

摘 要：近些年，伴随着石油天然气等稀缺资源的不断开发利用，对于这种稀缺资源的不断减少，如何高效的保护和开发这种稀缺资源，成了工程师们十分在意的点，而井壁失稳便是石油钻井中常常遇到的技术难题，而绝大多数的井壁失稳，都与泥页岩的分类以及理化性质的分析有着密不可分的关系，本文便结合国内外常用的泥页岩理化分析方法来粗略的给泥页岩进行分类。

关键词：泥页岩； 理化分析； 分类

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.11.234

1 泥页岩的介绍

泥页岩是一种发育不完善的过渡性岩石类型，它介于泥岩和页岩之间，孔径分布不均，结构复杂，遇水极易膨胀，虽然是组织油气逸散的良好隔绝层，但是却因为理化性质不同、机理特征差异分为不同的类型，一直没有统一的分类标准，国内外工程技术人员也是提出了诸多的分类方案，拥有各自的适用性。

美国的R.DJones根据泥页岩中的矿物质含量、矿物质组分、矿物质强度以及基质特性将泥页岩分为了五类，而在国内，徐同台也提出了中国含油气盆地井壁不稳定地层的六大类八亚类分法，甚至在中华人民共和国石油天然气行业标准中更是提出了泥页岩理化性能试验方法，明确规定了泥页岩的密度测试、膨胀试验、分散实验、阳离子交换容量测定、吸附等温线测试、水溶性盐分析等试验方法，如此之多的国内外学者不断地探索分析，只能说明泥页岩在石油天然气开发

中的重要之处以及泥页岩理化分析的类型差异。

2 泥页岩的构成

泥页岩构成复杂，大致成分可分为三类，一类是非黏土矿物，包括石英、方解石、白云石等等，这类非黏土矿物存在广泛，研究起来也比较简单，并非影响泥页岩作为石油天然气开发中井壁不稳的关键因素；第二类晶体性黏土矿物，包括蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石等，这类晶体黏土矿物主要是降低泥页岩的水化膨胀能力和阳离子交换能力；而第三类则是非晶体黏土矿物，包括蛋白石等，而在这三类矿物中，又可以分为含蒙脱石黏土矿物的膨胀性泥页岩和不含蒙脱石矿物的弱膨胀性泥页岩，而伊利石和蒙脱石的含量，则主要影响着泥页岩的阳离子交换能力，而现如今，对于不含蒙脱石矿物的泥页岩研究还处于比较低的阶段，其影响因素太多，更需要加大研究力度。

3 泥页岩的理化性能分析

泥页岩地层分类主要跟泥页岩的回收率、膨胀率和阳离子交换容量等相关，这些理化性能是研究不同泥页岩分类的重要指标，也是石油天然气开发的技术难点，工程技术人员通过X射线衍射方法获取泥页岩地层的矿物种类和矿物资料，然后通过研究这些矿物种类的理化性能，来得出泥页岩的不同分类，在通过反复的研究实验之后，得出晶体黏土矿物、非晶体黏土矿物、可溶性盐和非黏土矿物的组成和性质对泥页岩的井壁失稳和油气隔绝形成主要影响，所以下面我们就简单的分析一下这四类矿物的理化性能，以便浅显的对泥页岩进行粗略的分类。

3.1 晶体黏土矿物

通过X射线衍射泥页岩，我们得到了晶体黏土矿物的粗略组成：蒙脱石、伊利石、高岭石和绿泥石，其中伊利石和蒙脱石之间形成了排列有序的间层，而伊利石含量往往最高，而根据这几种矿物的组成往往决定着晶体黏土矿物呈现的理化特性。

当蒙脱石为黏性矿物时，由于晶体的取代作用，黏土矿物带有较大负电荷，可以吸附大量的水合阳离子进入蒙脱石和伊利石的间层，使的两种矿物之间的间距增大，所以这个晶体黏土便属于膨胀性。

当高岭石为黏性矿物时，蒙脱石和伊利石之间的间层更紧密，晶体无法取代，因此阳离子交换容量便低，不容易进入蒙脱石和伊利石的间层，因此膨胀性变差，但是水却可以从裂缝进入导致剥蚀。

当伊利石占比较多时，所带电荷便大于了蒙脱石，使的间层静电吸附能力变强，导致水不易进入，水化作用无法作用于晶体内部，基本只能影响表面，这种情况时，伊利石与泥页岩的理化性能便主要取决于跟伊利石和蒙脱石之间的间层的相对比例。

当绿泥石占比较高时，则是层状硅酸盐矿物，使的蒙脱石和伊利石之间的间层充满了带有正电荷的水镁石或者三水铝石，让氢氧化物具有更高的热稳定性，属于非膨胀性矿物。

3.2 非晶体黏土矿物

非晶体黏土矿物包含的矿物种类较晶体黏性矿物少了很多，大致包括三水铝石和蛋白石，乃是其他矿物转化为黏土矿物的最终产物，它与晶体黏土矿物呈对比趋势，晶体黏土矿物多，则它就相对减少，而它其中的不稳定矿物则会因为地质作用大部分会逐渐转化成晶体黏土矿物。

3.3 可溶性盐

可溶性盐的存在主要是便于工程技术人员推断泥页岩中的水成分和水型，并且判断其中所含的特征离子的含量，由此判断出泥页岩的理化特性，比如可溶性盐中常含有钾离子，而钾离子的存在便是判断泥页岩理化特性的一个依据，当钾离子含量较高时，则泥页岩中的膨胀率以及阳离子交换容量都会明显降低，而相对的回收率则会有所提高。

3.4 非黏土矿物

非黏土矿物本质影响泥页岩的理化特性是因为它其中的胶结物对于回收率的影响，比如硅质胶和钙胶的占比，就会对泥页岩的硬度和回收率造成影响，而这种影响就会间接的影响到泥页岩的分类。

4 结论

通过对常用泥页岩分类方法的研究发现，泥页岩的分类不单单只是依靠对于泥页岩理化特性的分析就能够轻松得出的，它还需要了解泥页岩的力学特征、井壁分析模型以及现有油井开采技术等结合起来，针对不同类型的泥页岩的地层结构，采取不同的泥页岩分析方法，才能够在油田开发，石油天然气开采的工程项目上取得良好的效果。

现如今常用的BP神经网络预测泥页岩地层的理化特性，也是基于对泥页岩各个方面的研究，采用网络算法，经过大量的实验数据计算，得出一定的泥页岩理化特性，以便于石油天然气的开采。

泥页岩的分类是一项重大的，有难度的工程难题，是需要我们工程技术人员不断地去试验，去实践，通过一次次的模拟来得出越来越便捷，越来越准确的分类方式，不管是国内还是国外，这都是所有工程技术人员一致的目标和追求。

参考文献：

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