确定粘土矿物含量的自然伽马能谱测井

收 稿 日 期：２００７－０３－０２；修 回 日 期：２００７－０４－１０ 作者简介： 王祝文， １９６１ 年生， 男， 教授， １９９４ 年毕业于中国地质大学（ 北京） ， 获工学博士学位； １９９４～１９９６ 年在长春地质学院博士后流动
站从事研究工作。现主要从事地球物理测井、核地球物理等方面的解释理论和方法的教学与科研工作。Ｅ－ ｍａｉｌ： ｗａｎｇｚｈｕｗｅｎ ＠ｅｍａｉｌ．ｊｌｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
（ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅａｒｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｊｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ １３００２６， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ： Ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ， ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｆｅａｔｕｒｅ ｈａｖｅ ａ ｇｒｅａｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｏｉｌ ｆｉｅｌｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ． Ｔｈｅ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌ ｔｙｐｅｓ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｍｍａ－ ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃ－ ｏｐｙ ｌｏｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｕｓｉｎｇ ｎａｔｕｒａｌ ｇａｍｍａ－ ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｌｏｇ ｃｏｕｌｄ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｐｒｏｖｉｄｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｌａｎ ｏｆ ｏｉｌ ｆｉｅｌｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｎａｔｕｒａｌ ｇａｍｍａ－ ｒａｙ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｌｏｇ； ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌ； ｃｏｎｔｅｎｔ
主要反映在注入淡水之后， 油层的渗透率下降， 会降低注水井吸水能力。因为粘土矿物中蒙脱石具 有吸水膨胀的强水敏性， 伊利砖蒙脱石矿物也有一 定的水敏性， 遇水膨胀后会堵塞孔喉， 使储层渗透率 下降， 从而影响注水井吸水能力。如某油田根据油层 模型注水试验， 在注入淡水以后， 由于受膨胀粘土的 影响， 渗透率大大下降；但注入地层水时， 由于其矿 化度高， 对粘土膨胀有抑制作用， 因而渗透率下降幅 度减小。 ２． ２ 对储层结构的影响
在油田开发过程中， 通常采用酸化处理增产措 施， 但对于含有绿泥石的油层用盐酸处理， 往往会 产生酸敏现象， 使绿泥石中的铁离子与盐酸反应， 生成氢氧化铁沉淀， 引起油பைடு நூலகம்堵塞， 即降低储层的 渗透率， 达不到增产的效果。 ２． ４ 对油层保护的影响
在油田钻井、固井、射孔和修井作业过程中， 不 同性能的压井液与地层中粘土矿物接触后， 会产生 各种敏 感 性 ， 降 低 储 层 的 渗 透 率 。因 此 需 要 选 择 适 当的压井液， 并且尽量减少浸泡时间， 保护油层生 产能力。 ２． ５ 对原油采收率的影响
表 １ 粘土矿物形态与产状特征及其潜在影响与放射性含量分布 Ｔａｂｌｅ １ Ｔｈｅ ｓｈａｐｅｓ， ａｔｔｉｔｕｄｅｓ， ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｎｄ ｒ ａｄｉｏａｃｔｉｖｅ
ｅｌｅｍｅｎｔｓ ｃｏｎｔｅｎｔ ｒ ａｎｇｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒ ａｌｓ
矿物类型
产状
形态
敏感性
潜在影响
蒙脱石
填 充 、衬 垫
蜂 窝 状 、网 状
强水敏
膨胀分散
伊 利 石 搭桥填充衬垫
发 丝 状 、碎 片 状 、片 状
绿泥石
栉壳环边 填充衬垫
叶 片 状 、绒 球 状 、玫 瑰 花 状
速敏 酸敏
微粒运移
氢氧化铁 沉淀
高岭石 伊蒙混层 绿蒙混层
填充 衬垫 衬垫
六 方 板 状 、书 状 、蠕 虫 状
粘土矿物胶结物对储集性的影响与其产状有很 大关系。
高岭石颗粒较大， 呈书页状或手风琴状集合体， 集合体内晶间孔隙发育， 在颗粒表面附着不紧， 其渗 流孔隙均以粒间孔隙为主， 且孔隙半径较大， 连通性 较好， 因此渗透性也较好。
伊 利 石 常 以 碎 片 状 、鳞 片 状 集 合 体 覆 盖 颗 粒 表 面， 或以片状、卷片状、菜花状集合体充填堆积于粒 间 孔 隙 中 ， 可 呈 桥 式 产 状 。搭 桥 式 伊 利 石 胶 结 砂 岩
衬 垫 式 胶 结 。绿 泥 石 这 种 叶 片 状 、针 片 状 产 状 一 方 面造成孔喉的严重堵塞， 另一方面其薄膜式或衬垫 式胶结阻碍了不稳定矿物长石等颗粒溶蚀作用的 进行， 使次生孔隙难以形成。
伊／蒙混层矿物产状有 ２ 种， 见于局部井段。其 一 以 絮凝状 、团块状集合体覆盖于颗粒表面 ， 其 二
高岭石的颗粒较大， 呈书页状或手风琴状集合 体， 在颗粒表面附着不紧， 对油层损害表现为颗粒 迁移堵塞喉道， 产生速敏； 伊利石对水有一定敏感 性， 具有一定的膨胀分散性， 对油层的损害表现为 使油层喉道缩小， 形成水敏、速敏； 绿泥石对酸比较 敏感 ， 可生 成 Ｆｅ（ ＯＨ） ３ 凝 胶 物 堵 塞 孔 隙 和 喉 道 ， 形 成酸敏； 伊／蒙混层与蒙脱石的特点相似， 具较高的 亲水性 、膨 胀 性 及 非 常 高 的 比 表 面 ， 其 蒙 脱 石 层 中 又有 Ｎａ 蒙脱 石和 Ｃａ 蒙脱石 之分， Ｎａ 蒙脱石 可 膨 胀为原面积的 ６￣１０ 倍， 故其损害主要表现为水敏。
０ 引言
为了进一步研究储集层的有关特征，为油田开 发生产提供一些基本的参数，了解储集层的泥质含 量以及粘土矿物的种类，有着很现实的意义。运用 自然伽马测井资料对储集层的有关特征进行描述， 特别是泥质中粘土矿物含量的描述，这对当前的石 油生产具有十分重要的意义。
对于沉积岩层而言，由于粘土矿物对放射性元 素有着强烈的吸附作用，沉积岩自然放射性的强弱 与粘土矿物的含量密切相关。因此，可以利用自然 伽马能谱测量数据来确定沉积岩粘土矿物的类型和
中图分类号：Ｐ６３１．８２３
文献标识码： Ａ
Ｕｓｉｎｇ ｎａｔｕｒ ａｌ ｇａｍｍａ－ ｒ ａｙ ｓｐｅｃｔｒ ｏｓｃｏｐｙ ｌｏｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅｔｅｒ ｍｉｎｅ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒ ａｌ ｃｏｎｔｅｎｔ
Ｗ Ａ Ｎ Ｇ Ｚ ｈｕ－ｗ ｅｎ，Ｌ ＩＵ Ｊｉｎｇ－ｈｕａ，Ｈ Ｕ Ａ Ｎ Ｇ Ｑ ｉａｎ
似蜂窝状
似蜂窝状
水 敏 、盐 敏 、 微粒运移
速 敏 、碱 敏 水 敏 、盐 敏 、
膨胀分散 速 敏 、碱 敏 水 敏 、盐 敏 、
膨胀分散 速 敏 、碱 敏
不适合的作业环境
淡 水 、碱 性 水 、 高速流体
淡 水 、碱 性 水 、 高速流体
盐酸
高速流体、 碱性流体
淡水、 高速流体 淡 水 、盐 酸 、 高速流体等
２ 粘土矿物对油田开发效果的影响
在研究范围内砂岩储层中， 粘土矿物的绝对含 量不大， 但由于其独特的结构、成分和性质， 在砂岩 油藏开发过程中的影响程度仍值得重视。根据油田 开发实践， 粘土矿物在研究区内对油田开发效果的
影 响 主 要 表 现 在 以 下 几 个 方 面 ［ １～４］ ： ２． １ 对注水井吸水能力的影响
蒙 脱 石 、伊 利 石 、绿 泥 石 的 离 子 交 换 能 力 较 强 ，
第１９卷 第２期 ２００７年６月
岩性油气藏 ＬＩＴＨＯＬＯＧＩＣ ＲＥＳＥＲＶＯＩＲＳ
文章编号： １６７３－ ８９２６（ ２００７） ０２－ ０１０８－ ０４
Ｖｏｌ．１９ Ｎｏ．２ Ｊｕｎ． ２００７
确定粘土矿物含量的自然伽马能谱测井方法
王祝文， 刘菁华， 黄 茜
（ 吉林大学地球探测科学与技术学院， 吉林 长春 １３００２６）
摘 要：粘土矿物是储集层的重要组成部分， 其含量及特性对油田开发效果有着较大的影响。自然伽
马能谱测井不仅可以测得地层的总自然伽马值， 同时还能得到地层的铀、钍、钾含量。该文对利用自
然伽马能谱资料识别和确定粘土矿物类型以及储集层中的粘土矿物含量作了初步的探讨。
关键词：自然伽马能谱测井； 粘土矿物； 含量
２００７ 年
王祝文等： 确定粘土矿物含量的自然伽马能谱测井方法
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１． ２ 粘土矿物的性质 粘土矿物具有不饱和电荷， 比表面积大。这决定
了 粘 土 矿 物 具 有 吸 附 性 、离 子 交 换 性 、膨 胀 性 、分 散 性 、 凝 聚 性 和 可 塑 性 等 特 点 。其 吸 附 性 分 为 物 理 性 吸附和化学性吸附， 这一特性决定了其在沉积过程 中会吸附大量的放射性物质， 从而导致在地层中由 于 泥 质 的 增 加 ， 造 成 放 射 性 含 量 的 增 加 。不 同 粘 土 矿物对放射性元素铀、钍、钾的吸附能力不同， 这在 自 然 伽 马 能 谱 测 井 中 所 测 得 的 铀 、钍 、钾 的 含 量 中 就有所表现， 因此可以利用自然伽马能谱测量数据 来 识 别 粘 土 矿 物 种 类 及 其 含 量 。要 区 分 粘 土 矿 物 种 类及其含量， 首先应该知道不同粘土矿物的一些性 质， 表 １ 简要列举了几种主要粘土矿物的特性及其 放射性元素的含量分布特征。
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岩性油气藏
第 １９ 卷 第 ２ 期
以蜂窝状集合体充填粒间。 粘土矿物对砂岩结构的影响大小主要取决于
砂 岩 的 成 分 成 熟 度 、粘 土 矿 物 含 量 、种 类 及 产 状 。一 般 粘 土 矿 物 对 高 成 熟 度 砂 岩 物 性 影 响 较 大 、对 低 成 熟 度 砂 岩 影 响 不 明 显 。胶 结 物 中 高 岭 石 含 量 高 的 砂 岩 比绿泥 石 、伊 利 石 、蒙 脱 石 含 量 高 的 砂 岩 储 集 层 物 性 好 。粘 土 矿 物 的 产 状 对 砂 岩 储 集 性 能 的 影 响 有 一定的 规 律 性 。在 孔 隙 度 大 体 相 同 的 情 况 下 ， 砂 岩 渗透率随粘土矿物产状而降低的顺序是， 充填式 （ 分散质点式） →衬垫式（ 薄膜式） →搭桥式。 ２． ３ 对增产措施的影响
成分。
１ 粘土矿物的结构类型及其性质
１． １ 粘土矿物的结构类型 粘土是由细的、分散的含水层状构造硅酸盐矿
物和链状硅酸盐矿物及含水的非晶质硅酸盐矿物组 成 。粘 土 矿 物 是 由 极 小 的 、层 状 构 造 的 硅 酸 盐 组 成 ， 其内部质点（ 原子） 在三维空间呈周期性排列。粘土 矿物的基本结构是硅氧构成的四面体片或八面体， 其结构比较复杂。在石油地质中， 粘土矿物一般由伊 利石、蒙脱石、高岭石、绿泥石、伊利石与蒙脱石混层 以及绿泥石与蒙脱石混层组成。
Ｔｈ≈（ ６～１９） ×１０－６
中以大量的粘土矿物晶间束缚孔隙为主， 可渗透的 孔隙只占其很少的一部分， 不但孔隙细， 而且连通 性亦差， 因此一般渗透性都很差。
绿 泥 石 矿 物 产 状 有 ２ 种 ： 其 一 以 鳞 片 状 、针 叶 片状集合体覆盖颗粒表面， 呈薄膜式胶结； 其二以 片状—针叶片状集合体充填堆积于粒间孔隙中， 呈
放射性元素含量分布范围
Ｕ≈（ ４．３～７．７） ×１０－６ Ｋ≈０～１．５％
Ｔｈ≈（ １４～２４） ×１０－６
Ｕ≈１．５×１０－ ６ Ｋ≈４．５％ Ｔｈ＜２×１０－ ６
Ｕ≈（ １７．４～３８．２） ×１０－６ Ｋ≈０～０．３％
Ｔｈ≈（ ０～８） ×１０－６
Ｕ≈（ ４．４～７．０） ×１０－６ Ｋ≈０～０．５％
油气储层与不匹配的外来流体接触后， 可能发 生各种物理－ 化学作用而使储层孔隙结构产生变 化， 使储层渗透性变差， 从而不同程度地损害储层， 导致产 能 损 失 或 产 量 下 降 。因 此 ， 人 们 将 储 层 对 于 各种类型地层损害的敏感程度称为储层敏感性。
自 生 粘 土 矿 物 对 油 层 的 损 害 表 现 在 水 敏 、盐 敏、速敏、酸敏 ４ 个方面， 主要是当油层中自生粘土 矿物 与外来液体 （ 如 钻 井 液 、完 井 液 、注 入 水 等 ） 发 生反应时便可发生以上损害， 不同粘土矿物其损害 方式不同。