粘土矿物对储层物性的影响_李娟

中国西部科技２０１１年０８月（上旬）第１０卷第２２期总 第２５５期粘土矿物对储层物性的影响李 娟 于 斌（成都理工大学“油气藏地质及开发工程”国家重点实验室，四川 成都 ６１００５９） 摘 要：依据化学成分的不同，可将粘土矿物分为五类，高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和绿泥石－ 蒙皂石混层。

粘土矿物的类型、含量、产状和物理性质对储层的物性有较大的影响，粘土矿物含量越高，砂岩的孔隙度 和渗透率越低，储集性能越差；粘土矿物的产状与油气层的渗透率有密切联系，其中搭桥式对储层的渗透率影响最大； 粘土矿物因其具有膨胀性，对酸敏感性，也严重影响着储层物性。

关键词：粘土矿物；孔隙度；渗透率；含量；产状 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６３９６．２０１１．２２．００４ １ 引言 中的绿泥石富含镁、铁，具有较强的酸敏性。

伊利石－蒙皂 石混层和绿泥石－蒙皂石混层以薄膜式贴附在砂岩颗粒表 面，分别具有两种矿物的性质，具有较高的膨胀性。

３ 粘土矿物成岩作用 粘土矿物的演化对储层研究有重要意义，它既可以充在砂岩储层中粘土矿物的组成、含量、产状和分布特 征直接影响到对砂岩储层的评价，它与油层储层敏感性密 切相关，粘土矿物分布的广泛性和特有的物理化学性质， 使它与石油地质和油气田的开发诸多发面联系起来。

不同 类型的粘土矿物与砂岩的渗透率有不同的相关关系，同一 种粘土矿物形态和产状的不同与渗透率相关性也有差异， 基于粘土矿物的重要性及复杂性对其做深入的了解。

２ 粘土矿物的类型与物理性质 根据化学成分的不同，可将粘土矿物划分为五种类 型：高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和 绿泥石－蒙皂石混层。

高岭石在砂岩孔隙中常以书页状、蠕虫状等各种形态 的集合体形式存在，高岭石具有颗粒大、对砂岩颗粒的附 着力弱两大特征。

蒙皂石常以薄膜式贴附在碎屑颗粒表 面，具有较大的比表面积，在岩层中的存在形态有多种， 有时呈现出波状、褶皱层状等，蒙皂石是膨胀性很强的粘 土矿物。

伊利石是砂岩中最常见的粘土矿物，在地质剖面 上从上至下均有分布，但存在形态有变化，在较浅的砂岩 中呈鳞片状贴附在砂岩颗粒表面；在深部，伊利石呈毛发 状、纤维状或条片状呈搭桥式生长［１］，把砂岩中可流动的粒 间孔隙变为微细束缚孔隙，它常常是我国低渗透－特低渗透 砂岩储层及致密非储集砂岩粘土矿物的主要特征之一 。

伊 利石膨胀性介于高岭石与蒙皂石之间。

绿泥石常见于较深 的地层中，存在形态有板状，柳叶状，集合体状等，油层［２］填粒间孔隙，减少孔隙空间，还可以通过影响储层敏感性 降低储层的渗透率。

粘土矿物纵向上演化具有一定的规律 性，随着埋藏深度和温度的增加，砂岩中的蒙皂石要向伊 利石或绿泥石转化，同时伊利石的结晶程度随着埋藏深度 的增加而变好。

油气对砂岩粘土矿物的成岩作用的影响。

油气进入储 层以后抑制自生粘土矿物的进一步演化，如英国北海盆地 侏罗系Ｂｒｅｎｔ砂岩，在油水界面之上的砂岩只含高岭石，很 少含伊利石，而在油水界面之下的砂岩则以含伊利石为 主，而且有证据证明伊利石呈高岭石假象，其是成岩过程 中高岭石与孔隙水不断发生反应的结果。

因此，油层粘土 矿物的演化程度可以用来推断油气进入储层的时间［３］。

孔隙水流动特征影响粘土矿物的成岩作用。

砂岩储层 中孔隙流体的流动特征决定了成岩过程中物质的迁移和再 分配，影响粘土矿物在砂岩储层中的分布特征。

４ 粘土矿物对储层渗透率的影响 ４．１ 粘土矿物含量的影响 国内外的研究表明，在沉积成岩条件大致相同的情况 下，粘土矿物绝对含量越高，砂岩的孔隙度和渗透率越 低，储集性能越差，砂岩的粘土含量为１％～５％时，为储集图１ 粘土矿物含量与孔渗关系［５］ 收稿日期：２０１１－０５－２７ 修回日期：２０１１－０６－１９ 作者简介：李娟（１９８６－），女，硕士，研究方向为矿产普查与勘探。

08论性能较好的油气层；当粘土含量超过１０％时，一般为储集性 能较差的油气层 。

岔路河断陷昌３０井的研究显示出 ，随 着粘土矿物含量的增加，砂岩孔隙度和渗透率都有所减 少 ， 但 对 孔 隙 度 的 影 响 不 大 （图１），如２２２３～２２２４ｍ段砂 岩，粘土含量为３．５４％时，其平均孔隙度为１７．１２％，平均渗 透率为５３．９８×１０ μｍ ；而２５６５～２５６６ｍ段砂岩，粘土含量 为５．２８％，其平均孔隙度为１２．１８％，平均渗透率仅为３．８９× １０ μｍ 。

因此，粘土矿物的含量的多少对储层渗透率的影 响很大。

４．２ 粘土矿物产状的影响 粘土矿物的产状是指粘土矿物分布特征及其与岩石骨 架颗粒之间的相互关系 ，粘土矿物对地层的损害的潜在影 响不仅与地层中粘土矿物的物理、化学性质有关，还和它 们在地层孔隙中的分布特征有关，不同粘土矿物之间的物 理、化学性质不同，产状不同，对油气层的影响也不同， 在许多情况下，粘土矿物的产状对油层损害的影响要比其 它影响因素重要。

粘土矿物的产状可分为三种类型，分散 质点式、薄膜式和搭桥式。

高岭石多为分散质点式分布， 绿泥石、蒙皂石为薄膜式，伊利石呈搭桥式。

分散质点式 粘土砂岩原始粒间孔隙被许多松散粘土质点的微细孔隙所 分割，降低渗透率。

薄膜式减小孔隙的有效半径，常导致 孔隙喉道堵塞，Ｇａｌｌｏｗａｙ（１９７８）研究表明，围绕碎屑岩 粘土薄膜能使颗粒半径增加３．８％～６．１％，虽然颗粒半径增 加不多，但却能大大减小孔隙喉道，颗粒半径增加３．８％， 孔隙喉道直径就要降低２５．２％，由于渗透率大致与孔隙喉道 的平方成正比，因而渗透率降低更多。

搭桥式粘土矿物晶 体把原始的粒间孔隙支离切割，成为微细孔隙，严重降低 储层渗透率。

砂岩的渗透率随粘土矿物产状降低的顺序 是：分散质点式—薄膜式—搭桥式。

４．３ 粘土矿物酸敏性、水敏性的影响 绿泥石、蒙皂石及含蒙皂石的混层粘土矿物对油层最 大的影响是其酸敏性，这些粘土矿物组成是胶结物和杂 基 ， 它 们 与 盐 酸 反 应 后 释 放 出 大 量 的 阳 离 子 ， 如 Ａｌ 、 Ｆｅ３＋、Ｆｅ２＋、Ｃａ２＋ 、Ｍｇ２＋ 等，并生成硅酸，在酸耗尽时会产生 溶解度很低的氢氧化铁和氢氧化铝沉淀，其粒度一般比油 层孔隙喉道大，从而导致渗透率降低。

粘土矿物属层状硅酸盐，不同类型的粘土矿物其晶体 主要结构单元都是二维排列的硅－氧四面体和铝－氧或镁－氧 八面体，但由于两类片层之间的结构方式与数量的比例不 同，造成了各类粘土矿物不同的水敏性 。

粘土矿物膨胀性［７］ ３＋ ［６］ －３ ２ －３ ２ ［４］ ［５］著由强到弱的顺序是：蒙皂石，含蒙皂石的混层粘土，伊利 石，高岭石。

富钠的蒙皂石遇水可膨胀至原来体积的６～ １０倍，减小孔隙体积，降低渗透率，并且，其膨胀后，易 从骨架颗粒上脱落下来，在流体作用下分散、移动，堵塞 储集层孔隙喉道，大大降低渗透率。

水敏性粘土矿物与淡 水接触时，对岩心渗透率的影响最大，尽管岩心中含蒙皂 石不多，但当它与淡水接触时的粘土膨胀对渗透率的损害 十分严重。

Ｍｏｎａｇｈａｎ等（１９５９）报导，含蒙皂石５％、石英 ９５％的岩心，与淡水充分接触后，其渗透率降低了１／６９，之 后再用２ｍｏｌ／Ｌ的氯化钠溶液和煤油反洗后，渗透率只恢复 了１／９［８］。

５ 结论 （１）根据化学成分的不同，将粘土矿物分为高岭石、蒙皂石、伊利石、绿泥石、伊利石－蒙皂石和绿泥石－蒙皂 石混层五种类型。

（２）粘土矿物的成岩演化对储层研究有 重要意义，它既可以充填粒间孔隙，减少孔隙空间，还可 以通过影响储层敏感性降低储层的渗透率。

（３）粘土矿物 的含量、产状和物理性质对储层的物性有较大影响，粘土 矿物含量越高，砂岩的孔隙度和渗透率越低，储集性能越 差；粘土矿物的产状也与油气层的渗透率有密切联系，砂 岩的渗透率随粘土矿物产状降低的顺序是：分散质点式— 薄膜式—搭桥式；粘土矿物因其具有膨胀性，对酸敏感 性，也严重影响着储层物性。

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（３）奥陶系上统五峰组黑色碳质页岩虽烃源岩好，有机碳 含量高，但厚度太小，页岩气勘探在本区不利。

（４）志留 系下统龙马溪组深水盆相沉积的黑色页岩、炭质泥岩有机 碳含量高，厚度大，向北至川渝境内又增厚，是今后的页 岩气勘探对象。

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