自生绿泥石对砂岩储集层影响的新认识

自生绿泥石对砂岩储集层影响的新认识
公繁浩;鲍志东;范正平;伍星;刘丽
【摘要】通过对鄂尔多斯盆地西部姬塬地区三叠系延长组的岩石铸体薄片分析和扫描电镜的观察认为,早期自生绿泥石胶结对原生孔隙的转化、保存和改造起重要作用,主要表现为占据原生孔,并将其转化为黏土矿物晶间孔的形式,从空间上阻碍硅质胶结、碳酸盐胶结对孔隙的破坏,为后期流体改造储集层提供了通道;其亲油的黏土矿物属性,为后期油气在低孔、低渗储集层中成藏提供了条件。

另外,因绿泥石化学性质较活泼,易发生水解,在开发具有绿泥石胶结的油藏时,应考虑到黏土矿物的敏感性。

研究认为,绿泥石环边形成后储集层仍有较强的压实现象,前人认为的抗压能力%Early authigenic chlorite cementation is of significant effect on the conversion,preservation and reconstruction of primary pores,based on the casting thin section and SEM analyses of Triassic Yanchang formation of Jiyuan area in western Ordos basin.It mainly occupies primary
pores,converting them into intercrystal pores of clay minerals which can impede the damages of siliceous and carbonate cements to the
pores,providing pathways for late fluid reconstruction of reservoirs.Its oil-wet clay mineral attributes provide condition for late hydrocarbon accumulation in low porosity and low permeability reservoirs.Also,the sensitivity of clay minerals should be taken into consideration when developing chlorite cemented reservoirs due to chlorite＇s active and easy hydrolysis chemical properties.Though previous studies show an increase in compressive resistance in chlorite cemented reservoirs,this article
demonstrates high compactions after the growth of grain-coating chlorite,which means such a compressive resistance may be overstated.【期刊名称】《新疆石油地质》
【年(卷),期】2011(032)004
【总页数】4页(P338-341)
【关键词】鄂尔多斯盆地;延长组;自生绿泥石;储集层;碳酸盐胶结;硅质胶结
【作者】公繁浩;鲍志东;范正平;伍星;刘丽
【作者单位】中国石油大学地球科学学院油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油大学地球科学学院油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油长庆油田分公司第五采油厂,西安710200;中国石油大学地球科学学院油气资源与探测国家重点实验室,北京102249;中国石油大学地球科学学院油气资源与探测国家重点实验室,北京102249
【正文语种】中文
【中图分类】TE112.22
自生绿泥石是碎屑岩储集层中重要的成岩黏土矿物之一，在海相碎屑岩中广泛发育[1]。

近年来，自生绿泥石在我国许多盆地的陆相地层中也被相继发现，如塔里木盆地三叠系[2]、四川盆地中上三叠统须家河组[3-5]、鄂尔多斯盆地中上三叠统延长组[6]以及渤海湾盆地古近系沙河街组[7]等，表明这种自生绿泥石不仅在海相碎屑岩中发育，在咸化的内陆湖泊沉积中也可以形成。

这种成岩早期的绿泥石胶结，对于碎屑岩储集层可起到一定程度的保护作用，引发国内外学者的高度关注。

本文
在前人研究的基础上，结合鄂尔多斯盆地姬塬地区延长组储集层的研究，探讨自生绿泥石胶结对储集层的影响，并取得一些新的认识。

1 自生绿泥石的形成
自生绿泥石在形态上分为颗粒包膜绿泥石、孔隙衬里绿泥石（绿泥石环边）和玫瑰花状绿泥石（充填孔隙绿泥石），被认为是早期在碱性富含铁质的环境下形成的。

影响自生绿泥石形成的因素可概括为3个方面：物质来源、沉积环境和成岩环境。

从发现自生绿泥石的地层以及储集岩石碎屑颗粒的成分来看（表1），形成自生绿泥石胶结的岩石中长石、岩屑含量一般较高，石英含量相对较低，表明其距母岩区较近，富含Fe（母岩中含有一定量的云母），为早期绿泥石胶结提供了充足的物
质基础。

就沉积环境而言，国外多在海相碎屑岩中发现自生绿泥石胶结；在国内，内陆湖盆中同样广泛发育这种绿泥石胶结，通过对比研究发现（表1），这些盆地中发育绿泥石胶结的时期，不论气候是干旱或是潮湿，其湖水都经历过不同程度的咸化。

一种合理的解释是由于咸化湖水的作用，导致后期沉积物处于碱性的成岩过程中，为绿泥石胶结物的形成提供了有利的环境。

表1 发育自生绿泥石胶结的不同盆地对比盆地鄂尔多斯盆地西部四川盆地塔里木
盆地北部渤海湾盆地东营凹陷时代中晚三叠世晚三叠世三叠纪古近纪气候湿润湿润湿润干旱[8]地层延长组须家河组沙河街组沉积环境微咸化内陆湖盆由海相过渡到
陆相[9]发育海侵咸化湖泊[7]岩石类型长石砂岩、岩屑长石砂岩长石岩屑砂岩、岩屑长石石英砂岩岩屑砂岩、长石岩屑砂岩[2]长石岩屑砂岩埋深（km）2.0～3.0 3.5～5.0 3.5～5.0 2.5～4.0
2 自生绿泥石对储集层的影响
2.1 对储集层原生孔隙的改造
早期绿泥石胶结对储集层孔隙的影响一直存在争议，多数学者认为绿泥石环边对储集层孔隙保存起建设性作用[3，6，10－12]，一些学者认为，绿泥石环边堵塞孔
隙喉道，导致了储集层物性降低[13]，也有人划分为保持性成岩作用。

笔者研究表明，虽然绿泥石胶结占据原生孔隙，但是由于绿泥石自身富含晶间孔隙，使得原生孔隙部分转化为晶间孔隙保存下来，为后期流体的改造提供了可能。

从图1可以看出，存在绿泥石环边的储集层（图1a），均经历了后期流体的溶蚀改造（图
1c），且岩石骨架颗粒中的铝硅酸盐矿物包括长石、黑云母、岩屑以及碳酸盐胶结物都经历了不同程度的溶蚀，使得储集层物性得以改善；而没有绿泥石环边的储集层（图1b），表现出强烈的碳酸盐胶结（图1d），由于原生孔隙几乎被填满，后期流体无法注入改造储集层，使得这部分储集层无法成为油气充注的有效通道和储集空间。

综上表明，早期绿泥石胶结，对储集层的油气充注有利，并对最终形成油气藏起到了积极的作用。

图1 自生绿泥石对原生孔隙的转化与保护的特征a—发育绿泥石环边的储集层，骨架颗粒与碳酸盐胶结之间发育绿泥石胶结，扫描电镜，黄172井，2 370.8m；b—不发育绿泥石环边储集层，骨架颗粒直接与碳酸盐胶结物接触，扫描电镜，黄130井，2 566.6m；c—发育绿泥石环边的储集层，可见长石、黑云母及碳酸盐胶结物的溶蚀，蓝色铸体薄片，单偏光，100×，黄116井，2 262.4m；d—不发育绿泥石环边的储集层，碳酸盐胶结强烈，骨架颗粒与碳酸盐胶结物无溶蚀现象，蓝色铸体薄片，地60-69-2，单偏光，100×，2 497.1m；e—石英颗粒沿绿泥石晶间孔隙次生加大，扫描电镜，黄122井，2 366.1m；f—自生绿泥石充填孔隙，阻碍碳酸盐胶结，扫描电镜，黄64井，2 431.2m；Ca—方解石胶结，Chl—自生绿泥石；K—钾长石，Na—钠长石；Q—石英
2.2 对硅质胶结、碳酸盐胶结的阻碍作用
许多研究表明，早期绿泥石胶结对硅质胶结起到一定的抑制，但对其抑制机理的认识仍存在分歧。

本文研究表明，早期绿泥石胶结，对硅质胶结和碳酸盐胶结都表现出阻碍作用，其机理是通过占据原生孔隙从而使之免受硅质胶结和碳酸盐胶结的恶
性破坏。

绿泥石环边包裹石英、长石等骨架颗粒，使其次生加大的作用受限（图1e），石
英的次生加大边沿绿泥石环边的晶间孔隙生长，并终止于绿泥石环边密集的区域；同样，绿泥石以骨架颗粒环边或充填原生孔隙的方式，将原生孔隙转化为晶间孔，并使碳酸盐胶结物失去继续生长的空间（图1f），这也是为何许多学者会得出绿
泥石胶结物含量与储集层物性之间具有良好正相关性[3，11]的原因之一。

至于绿
泥石环边对石英生长的抑制机理，无论是本文的研究还是其他学者的研究都表明，绿泥石环边下既可以形成石英的次生加大[14]，又可以在孔隙中形成微晶石英[15]，表明石英的胶结作用并没被完全阻止，绿泥石环边必须达到一定厚度，才能对石英的次生加大起抑制作用。

鄂尔多斯盆地缺乏硅质胶结，一方面是由于岩石类型本身属于长石砂岩，或岩屑长石砂岩，石英含量相对较低，另一方面是由于整个延长组表现出早期的碱性成岩环境，这显然不利于石英的结晶与析出，从而影响了石英次生加大与微晶石英的形成，而绿泥石环边仅能在空间上限制石英的次生加大。

2.3 对储集层润湿性的影响
绿泥石为三斜晶系层状铝硅酸盐矿物，单体形态为假六边形，集合体形态可呈现蜂窝状、玫瑰花状、蠕虫状、书页状等。

研究结果表明，自生绿泥石具相对高铁低镁的特点（表2），这决定了其具有很强的表面能[16]，这种特殊的属性决定了绿泥石是一种亲油的黏土矿物[17]，它可以通过覆盖在岩石碎屑颗粒表面，来改变储集层的润湿性。

岩石骨架颗粒包括长石、石英等都是亲水矿物，在油气充注的过程中，起到阻碍油气的作用，而发育绿泥石胶结的储集层，其孔喉表面由于绿泥石环边的覆盖（图2a），使岩石颗粒表面变为亲油[18]，这对油气的充注过程起到积极作用。

延长组以典型的低孔、特低渗储集层为特征，富含丰富的绿泥石胶结是其成藏的重要因素之一。

表2 自生绿泥石能谱成分统计样品号深度（m） Fe（%）O（%）Mg（%）Al
（%）Si（%）H172-2 H64-2 CH56-1 G97-2 H172-6 H172-6 CH56-3 H122-
7 H172-8 2 292.30 2 431.20 2 450.70 2 406.60 2 327.32 2 327.32 2 480.50 2 366.10 2 370.80 44.5 53.4 54.24 55.94 28.71 52.95 50.19 51.93 58.73 2.71 4.94 4.31 5.65 3.30 6.85 6.04 5.40 5.46 6.04 10.65 12.21 9.50 6.96 10.25
11.42 12.10 9.74 34.58 14.38 11.46 16.23 42.24 14.03 18.31 13.28 11.68
12.16 16.64 17.79 12.69 18.78 15.92 14.04 17.28 14.38
此外，值得注意的是，绿泥石虽然属于油润湿性黏土矿物，但当开发过程中注入外来流体时，绿泥石因其化学性质活泼，容易发生水解，产生细小颗粒堵塞孔隙，特别是当采用酸化工艺时，会生成Fe（OH）3沉淀，加剧储集层非均质性[19]。

同时，绿泥石环边的破坏致使储集层由亲油向亲水转化，会降低开发效率。

基于上述分析，针对储集层中含绿泥石膜的油田应及时调整开发方案，以便减少储集层的堵塞，提高采收率。

2.4 对储集层抗压实能力的影响
众多学者都提到绿泥石胶结对增强储集层抗压实作用起到积极的意义[6，11，20]，但是笔者研究发现，储集层颗粒形成绿泥石环边，并发生碳酸盐胶结以后，储集层仍发生压实作用。

图2b显示早期形成的绿泥石晶体被包裹在其后形成的碳酸盐胶结物中，其产状为垂直颗粒（钾长石）表面呈y向延伸，而后由于压实作用，骨
架颗粒之间发生了图2中虚线箭头所指方向的位移，使得绿泥石晶体整体向一侧
倾倒，呈z方向，与骨架颗粒表面方向x呈锐角接触，而被包裹在碳酸盐胶结物中的单晶体，由于受到碳酸盐胶结物的保护，仍保留着其生成时的原始产状，即垂直颗粒（钾长石）表面。

这一现象充分表明，在绿泥石环边形成以后，储集层岩石的碎屑颗粒仍经历了压实作用，导致绿泥石胶结改变了其形成初始时的产状。

同时，绿泥石的莫氏硬度仅为2～3，而骨架颗粒中莫氏硬度分别为6和7的长石与石英，仍可在薄片中见到破碎（图2c），故相对硬度更低的绿泥石胶结物可增强储集层
的抗压实能力这一结论是有待进一步商榷的。

图2 成岩作用的扫描电镜与岩石薄片特征a—自生绿泥石覆盖孔喉表面，扫描电镜，黄172井，2 292.3m；b—自生绿泥石胶结后，储集层发生压实作用，扫描
电镜，黄64井，2 431.2m；c—长石颗粒受压实而破裂，岩石薄片，正交光，200×，罗2井，2 414.7m；虚线框—相对位移方向；x—平行颗粒表面方向；y—垂直颗粒表面方向；z—自生绿泥石压实后矿物排列方向；Ca—方解石胶结；K—钾长石；Chl—自生绿泥石
3 结论
（1）早期自生绿泥石胶结对储集层原生孔隙进行改造、以晶间孔的形式保存了部分原生孔隙，为后期流体的注入、改造提供了通道，是储集层物性后期改善的必要条件。

（2）自生绿泥石通过占据原生孔隙，从空间上阻止硅质、碳酸盐胶结，使储集层孔隙免受破坏。

（3）自生绿泥石具亲油性，通过覆盖岩石颗粒表面使储集岩的润湿性变为油润湿，有助于油气在低孔、超低渗储集层中成藏。

后期开发过程中应注意其黏土矿物的酸敏特性，防止储集层破坏。

（4）发育自生绿泥石胶结的储集层，在绿泥石环边形成后仍发生了压实作用，绿泥石胶结并不能增强储集层的抗压能力，或作用甚微。

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