ACTA Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis

致密砂岩储层黏土矿物­晶间孔隙特征及其对物­性影响的研究

——以鄂尔多斯盆地延长组­长

-

汪贺1,2 师永民1,2,† 张志强1,2 孙彤1,2 史世元1,2 关平1,2 徐大卫3

1. 北京大学地球与空间科­学学院, 北京 100871; 2. 北京大学石油与天然气­研究中心, 北京 100871; 3. School of Petroleum Engineerin­g, University of Science and Technology of Missouri, Rolla MO 65401; † 通信作者, E-mail: sym@pku.edu.cn

摘要 针对致密砂岩储层黏土­矿物晶间孔隙定量表征­不足的问题, 以扫描电子显微镜图像­和EDS能谱分析资料­为基础, 研究鄂尔多斯盆地延长­组长6油层组黏土矿物­及晶间孔隙的发育特征, 将晶间孔参数定量化,对不同类型黏土矿物晶­间孔进行定性与定量结­合表征。在此基础上, 根据矿物含量计算不同­类型黏土矿物对储层孔­隙度的贡献, 探究其对致密砂岩储层­物性参数的影响机制。结果表明, 不同黏土矿物的发育特­征及晶间孔特征有较大­的差异; 黏土矿物的孔喉和面孔­率大小趋势为伊蒙混层>绿泥石>伊利石, 类圆状孔隙和孔隙缩小­型喉道发育较广泛; 黏土矿物发育特征和孔­隙结构是储层物性及剩­余油分布的主要影响因­素。关键词 致密砂岩储层; 黏土矿物; 晶间孔隙; 定量表征; 储层物性; 鄂尔多斯盆地; 延长组

第 56 卷 第 4 期2020 年 7 月

随着勘探技术的发展, 致密砂岩油气逐渐成为­全球开发的重点对象。致密砂岩储层常发育微‒纳米尺度的复杂孔喉系­统, 其孔隙结构是影响储层­物性和油气储集能力的­重要因素[1]。致密砂岩储层的物性和­孔隙结构受岩石组分、成岩作用、保存条件和黏土矿物特­征等多种因素的影响[2]。黏土矿物在致密砂岩储­层中广泛发育, 研究其含量、类型和分布等特征, 对研究致密砂岩储层的­孔隙结构以及油

[3‒7]气开发意义重大 。在我国含油气盆地中, 江汉盆地和柴达木盆地­第三系地层中大量发育­伊利石和绿泥石, 鄂尔多斯盆地石炭‒二叠系含煤地层中高岭­石分布较普遍, 渤海湾盆地广泛发育蒙­脱石、伊利石、高岭石、绿泥石及伊蒙混层矿物[8‒10]。不同类型黏土矿物的性­质、产状及晶间孔的大小等­特征差异明显, 对致密砂岩储层的孔隙­结构有

[11‒15]着不同程度的影响 。有关黏土矿物的孔隙特­征及其对储层物性的影­响, 已有不少研究。Loucks等[12]、吉利明等[13]和高凤琳等[14]通过场发射扫描电子显­微镜和原子力显微镜等­手段, 对黏土矿物的发育特征­及晶间孔大小做定性观­察, 并进行简单的定量描述。另有学者结合氮气吸附­实验和压汞实验, 研究页岩和纯黏土矿物­样品的孔隙结构特征(晶间孔隙的大小、形态和分布等)[16‒19], 但未针对致密砂岩储层­黏土矿物及孔隙特征进­行系统的分析。有关黏土矿物对储层物­性的影响,朱平等[20]利用光学薄片和扫描电­子显微镜资料等定性手­段进行观察研究; 另有学者利用 X 射线衍射方法测定不同­类型黏土矿物的含量, 并与储层孔隙度和渗透­率进行回归分析, 研究黏土矿物类型及含­量对储层物性的影响趋­势[21‒24]。

综上所述, 前人针对致密砂岩储层­黏土矿物晶间孔的研究­主要是对晶间孔发育特­征的定性描述,缺乏定量参数的表征。本文以鄂尔多斯盆地延­长组长6油层组为研究­对象, 在高倍扫描电子显微镜­图像观察和EDS能谱­分析的基础上, 提取黏土矿物晶间孔隙­的孔喉直径、类型和面孔率等参数进­行定量统计, 并根据矿物含量计算不­同黏土矿物的孔隙度贡­献率, 分析黏土矿物含量和孔­隙结构对致密砂岩储层­物性的影响。

1储层岩石学特征

样品来自鄂尔多斯盆地­华庆油田延长组长6储­层。研究区长6储层物性较­差, 孔隙度分布范围为

660 4.95%~15.38%, 渗透率分布范围为0.007~0.051 md,非均质性较强, 属于低孔‒特低孔致密砂岩。铸体薄片观察显示, 致密砂岩储层孔喉群落­定向发育,非均质性较强, 图1(a)中可见浅色砂岩层与暗­色黏土层互层现象。孔隙以矿物粒间残余孔­隙、黏土矿物晶间孔隙及颗­粒内部溶蚀孔隙为主(图 1(b)箭头所示), 喉道以缩颈型喉道和弯­片状喉道为主, 发育较多微裂缝, 对储层渗透率具有一定­改善作用。主要骨架矿物为石英和­长石, 岩屑和云母含量丰富,黏土矿物广泛存在, 可见颗粒表面被黏土矿­物包裹(图1(c)和(d)中箭头所示)。

X射线衍射分析结果表­明, 研究区致密砂岩储层中­黏土矿物主要有伊利石、绿泥石和伊蒙混层,多为长石等骨架颗粒的­蚀变交代产物, 原生及自生黏土矿物含­量不高。黏土矿物的平均含量为­18.6%,伊蒙混层黏土矿物的含­量最高(平均 49.1%), 绿泥石和伊利石次之(二者的平均含量分别为­39.3%和11.6%)。

2黏土矿物晶间孔发育­特征

在扫描电子显微镜下, 伊利石单体常呈丝缕状­和羽毛状贴附于颗粒表­面, 集合体常呈搭桥式, 晶间孔隙形态多样, 平行的伊利石晶体间常­形成0.5~ 2.5 μm的缝状孔隙, 其余呈三角形或不规则­形态的晶间孔隙, 孔径在0.5~4.0 μm之间(图2(a))。绿泥石多呈针叶状, 以薄膜的方式包裹于颗­粒表面, 或呈玫瑰花状充填在孔­隙中, 晶体间常发育2.5~5.0 μm的三角形孔隙, 经压实平行排列的板片­状绿泥石会形成宽20 nm至1 μm的缝状孔隙(图2(b))。伊蒙混层黏土矿物常呈­蜂巢状、网状和棉絮状充填于孔­隙中间, 晶间孔发育, 常见孔径为5~20 μm的不规则大孔(图2(c))。

3晶间孔径特征

筛选研究区样品中各类­型黏土矿物的高倍显微­镜图像, 利用图像孔喉识别系统­进行图像的二值化处理, 根据形态特征识别不同­类型的孔隙和喉道,对其进行定量的参数统­计, 并根据矿物含量计算不­同类型黏土矿物对储层­孔隙度和渗透率的贡献。

3.1孔喉直径

对样品中不同类型黏土­矿物高倍显微镜下的平­均孔隙直径和平均喉道­直径进行分析(图 3), 结果如下。

Fig. 1

第 56 卷 第 4 期2020 年 7 月

3.4

Fig. 5

孔隙度贡献率

Fig. 7

Fig. 9

[1]

邹才能. 常规与非常规油气聚集­类型、特征、机理及展望——以中国致密油和致密气­为例. 石油学报, 33(2): 173‒187贾承造, 邹才能, 李建忠, 等. 中国致密油评价标准、主要类型、基本特征及资源前景. 石油学报, 2012, 33(3): 343‒350程晓玲. 粘土矿物成岩作用对油­气储集性和产能的影响——以苏北盆地台兴油田阜­三段储层为例. 石油实验地质, 2003, 25(2): 164‒168李学田, 张义纲. 天然气盖层质量的影响­因素及盖层形成时间的­探讨——以济阳拗陷为例. 石油实验地质, 1992, 14(3): 282‒290贺艳祥. 姬塬‒华庆地区长8油层组砂­岩储层中粘土矿物对储­集层产能的影响[D]. 成都: 成都理工大学, 2010李娟, 于斌. 粘土矿物对储层物性的­影响. 中国西部科技, 2011, 10(22): 8‒9赵杏媛, 何东博. 黏土矿物与油气勘探开­发. 北京:石油工业出版社, 2016赵杏媛, 陈洪起. 我国含油盆地粘土矿物­分布特征及控制因素. 石油学报, 1988, 9(3): 31‒40徐同台. 中国含油气盆地粘土矿­物. 石油工业出版社, 2003师俊峰, 师永民, 高超利, 等. 致密砂岩储层黏土矿物­特征及敏感性分析——以鄂尔多斯盆地吴起

 ??  ?? (a) 伊利石; (b) 绿泥石; (c) 伊蒙混层图 典型黏土矿物扫描电子­显微镜照片Fig. 2 SEM data of typical clay minerals
(a) 伊利石; (b) 绿泥石; (c) 伊蒙混层图 典型黏土矿物扫描电子­显微镜照片Fig. 2 SEM data of typical clay minerals
 ??  ?? 图 1样品铸体薄片与扫描­电子显微镜照片Thi­n section and scanning electron microscope photos of the samples
图 1样品铸体薄片与扫描­电子显微镜照片Thi­n section and scanning electron microscope photos of the samples
 ??  ?? 图 5 不同类型黏土矿物的面­孔率Face rates of different types of clay minerals
图 5 不同类型黏土矿物的面­孔率Face rates of different types of clay minerals
 ??  ?? 图 7黏土矿物含量与孔隙­度渗透率的关系Rel­ationship between clay minerals content and porosity permeabili­ty
图 7黏土矿物含量与孔隙­度渗透率的关系Rel­ationship between clay minerals content and porosity permeabili­ty
 ??  ?? (a) 伊利石; (b) 绿泥石; (c) 伊蒙混层图 扫描电子显微镜下黏土­矿物中剩余油分布Sp­ectral data of residual oil distributi­on in clay minerals
(a) 伊利石; (b) 绿泥石; (c) 伊蒙混层图 扫描电子显微镜下黏土­矿物中剩余油分布Sp­ectral data of residual oil distributi­on in clay minerals

Newspapers in Chinese (Simplified)

Newspapers from China