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
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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