曹江骏

（西安石油大学地球科学与工程学院，陕西西安 710000）

鄂尔多斯盆地是我国大型沉积盆地之一，油气资源丰富，油气田分布广泛，尤其是西峰地区蕴藏着鄂尔多斯盆地近年来发现的亿吨级大型油田，其储集层类型为世界上罕见复杂的低孔、特低渗储层，对其储层的研究工作越来越受到人们重视。前人研究成果表明，储层中的黏土矿物是影响该地区储层发育的主要因素之一，本文通过砂岩铸体薄片、黏土矿物X衍射分析、扫描电镜等方法，重点研究了该地区储层中黏土矿物的特征及成因，分析了其对储层产生影响的主要原因，拓展了西峰及周边地区低孔、特低渗透储层的研究空间。

1 基本地质特征

1.1 沉积构造背景

西峰地区位于鄂尔多斯盆地西南部的伊陕斜坡中下部的庆阳鼻状构造带上，构造较为平缓，主要的油藏类型为岩性油藏，上三叠系延长组长8段则为该地区主要储层。根据前人资料[1-3]，长8油层的主要沉积体系为辫状河三角洲沉积体系，长8辫状河三角洲前缘中的水下分流河道砂体为该地区的骨架砂体，其沉积物粒度较粗，岩性以中粒、中-细粒砂岩及细砂岩为主，砂体呈层状，分布稳定，常发育有冲刷面构造、平行层理及大、中型交错层理。长81辫状河三角洲前缘亚相比长82较发育，但长82的辫状河三角洲分流河道却较发育。

1.2 储层基本特征

以ForK[4]（1968）的砂岩分类为标准，对西峰地区526口井的长8层位不同取样深度的2 356块砂岩铸体薄片的分析描述进行统计后得出，西峰地区长8储层岩性以中-细粒岩屑长石砂岩和中-细粒长石岩屑砂岩为主。储层岩石孔隙以粒间孔为主，还发育溶孔及少量晶间孔与微裂缝，其中粒间孔多为经过压实作用或者石英次生加大后的残余粒间孔，形状主要为不规则多边形及三角形，占52%；溶孔占33%，主要为长石溶孔和岩屑溶孔；晶间孔与微裂缝约占 15%。长 8储层砂岩的面孔率 0.10%～40.18%，平均面孔率为2.48%，为低孔储层。根据储层物性关系图（图 1），长 8储层孔隙度 1.09%～14.58%，平均7.60%；渗透率0.001×10-3～3.718×10-3μm2，平均0.17×10-3μm2，孔隙度与渗透率呈正相关关系。储层以中孔-中细喉道和小孔-细喉道为主，长 81比 82的排烃压力高，孔隙较发育，分选较好[5]，是主力含油层。渗透率的大小主要受储层孔隙发育程度的控制，属于孔隙型储层[6]，同时也是典型的低孔、特低渗储层。

储层致密砂岩中石英含量0～71%，平均29.1%；长石含量0～58.8%，平均30.28%；岩屑含量23.36%，主要为变质岩、喷发岩及云母碎屑，沉积岩岩屑较少。填隙物含量约 12.64%，包括黏土矿物、硅质、碳酸盐。其中黏土矿物平均含量6.7%；碳酸盐以方解石、铁方解石、白云石为主，平均含量4.29%；硅质平均含量1.65%。碎屑约4.62%，主要为重晶石、浊沸石、硬石膏、菱铁矿、黄铁矿、钙质碎屑、泥质碎屑等。砂岩成分成熟度由（石英＋燧石）/（长石＋岩屑）的值作为衡量标准，其中砂岩中燧石含量约 0.6%，由此可计算出砂岩成分成熟度平均值为0.55%，可知砂岩成分成熟度较低。

图1 西峰地区长8储层物性关系

2 黏土矿物特征及成因

本区延长组长8储层黏土矿物主要类型为自生黏土矿物，其中以绿泥石含量最高，占51.4%，伊利石占31.8%，高岭石占10%，伊蒙混层占6.8%。由于伊蒙混层含量较少，对储层的影响很小，本文不予讨论。

2.1 绿泥石

绿泥石为本区储层中主要的黏土矿物，其形成需要发育较多的粒间孔，良好的孔隙流通性以及富铁、镁的沉积环境。西峰地区长8储层发育的三角洲前缘水下分流河道沉积为绿泥石的形成提供了良好的环境；同时高岭石在富Fe3＋和Mg2＋的介质水中及黑云母经过热液蚀变作用后亦可转化成绿泥石[7]。

绿泥石在单偏光镜下为淡绿色、纤维状，干涉色极低；而在扫描电镜下单晶绿泥石呈针叶状极易辨认，集合体呈玫瑰花状、绒球状（图2a）。研究表明，绿泥石在本区储层中的产状类型主要是以杂基形式充填于孔隙中和以绒球状薄膜形式附着于孔隙表面（图2b）；随着埋藏深度的增加、温度与地层压力的逐渐升高，孔隙中的绿泥石杂基逐渐减少，而孔隙表面的绿泥石薄膜逐渐增多。

2.2 伊利石

伊利石为典型的自生矿物，常由钾长石及云母在碱性条件下风化而成，也可以由高岭石在富K＋和Al3＋的介质水中转化而成。伊利石也多发育于深水区的暗色泥质岩中，随着水体逐渐加深，黏土颗粒逐渐增加，伊利石、蒙脱石含量增加，同时砂岩在成岩过程中蒙脱石可以逐渐转化为伊利石，因此泥质含量相对较高的深水区伊利石含量较为丰富；沉积物颗粒经过较长时间的搬运与沉积作用，其分选性与磨圆度较好，粒度较细，所以形成的自生粒间孔较小，储层物性较差，渗透率较低，流体流通性差，造成大量伊利石的形成。因此，伊利石的生成主要受三角洲前缘至半深湖-深湖相沉积环境的控制[7]。

薄片中伊利石为无色或淡黄色纤维状集合体，正突起，干涉色常见一级黄，易于辨认；扫描电镜下单晶伊利石呈纤维状、毛发状或片状，集合体呈卷毛状或薄层状。伊利石主要以丝状（图2c）、细鳞片状充填于孔隙中，以胶状水云母的形式沉淀于孔隙中，吸附有机质，其含量仅次于绿泥石。

2.3 高岭石

高岭石最初形成于酸性环境，在整个西峰地区含量相对较少，主要由长石等硅铝酸盐矿物经热液蚀变或风化作用形成，也可由胶体化学沉积或沉积成岩作用产生，广泛分布于结晶岩风化壳、沉积岩和土壤中[8]。实验资料表明，长石在本区储层中的平均含量约为30.28%。可以推断，在成岩过程中，由于埋藏不断的加深，温度不断升高，酸性流体的进入，部分长石与酸性流体发生蚀变作用后形成高岭石。因此长石是本区高岭石形成的主要物质来源。

薄片中高岭石微晶呈现鳞片状集合体，无色或淡黄，低正突起，干涉色一级灰白，正延性；扫描电镜下高岭石单晶为假六方片状，易辨认，集合体多为手风琴状，书页状，蠕虫状等形态。高岭石在本区以假六方片状、书页状填于孔隙中（图2d）。

3 黏土矿物对储层的影响

西峰地区长8储层中黏土矿物以自生黏土矿物为主，主要是以杂基形式充填于孔隙及以胶结物的形式沉淀于孔隙中，对储层有着重要的影响。对80块砂岩岩心进行了物性检测，并对其中的黏土矿物特征、类型、含量、产状进行分析（表1）。

图2 扫描电镜下黏土矿物的特征

3.1 绿泥石对储层的影响

绿泥石主要以杂基形式充填于孔隙中以及以衬里式薄膜状附着于孔隙表面，由表1可知，当绿泥石以杂基形式充填于孔隙中时，砂岩的孔隙度与渗透率相对较小，物性较差，对储层起破坏性作用。这是因为绿泥石中含有较多的铁和镁，对过氧化氢和酸溶液极其敏感[7-8]，当孔隙中有酸性流体注入时会产生大量的沉淀并堵塞孔喉，降低储层孔隙度与渗透率。当绿泥石以薄膜状附着于孔隙表面时，砂岩的孔隙度与渗透率相对较高，物性较好，对储层有建设性作用。因为当绿泥石以衬里式薄膜状附着于孔隙表面时可以有效地抑制孔隙中的石英自生加大，保护孔隙空间不受影响；同时随着埋藏深度的不断增加，机械压实作用不断增强，导致原本应该不断受到挤压的储层孔隙空间在绿泥石薄膜附着后更好地受到保护，不受机械压实作用的破坏。

表1 西峰地区长8储层黏土矿物含量与储层物性关系

3.2 伊利石对储层的影响

伊利石以丝状、细鳞片状充填于孔隙时，砂岩的孔隙度与渗透率相对较小，物性较差，对储层起破坏作用。这是因为丝状伊利石及鳞片状伊利石越长，在孔隙喉道中的弯曲程度也越高，导致砂岩的大孔隙变成微小孔隙，粗喉道变成细小喉道，产生大量的阻力使流体通过的效率低，降低了储层的物性[8-9]。而当伊利石以胶状物的形式沉淀于孔隙中后，堵塞了孔隙空间，阻碍了孔喉中流体的流通，降低了砂岩的孔隙度与渗透率，对储层起到了破坏作用。

3.3 高岭石对储层的影响

高岭石在本区储层中单晶以假六方片状、集合体以书页状的形态充填于孔隙中时，砂岩的孔隙度与渗透率相对较高，物性较好，对储层起建设作用。这是因为当高岭石集合体以书页状形态发育时，可造成大量粒间孔与晶间孔孔隙通道相连通，大大增强了流体在孔喉中流动的速率，提升了砂岩的孔隙度与渗透率，增加了储层的物性；而当高岭石单晶以假六方片的形态充填于孔隙时，虽然也占据了一定的孔隙空间，但砂岩的溶蚀作用强烈，溶孔发育，孔隙度和渗透率明显增加。因此可以认为高岭石的大量出现是次生孔隙发育的一个标志。

黏土矿物对西峰地区长 8储层砂岩孔隙的演化起着重要的作用。在压实作用阶段，砂岩中石英含量较低，塑性岩屑含量较高，抗压实能力较差，压实作用强烈，原始孔隙大量减少，孔隙度降低，形成剩余粒间孔。当黏土矿物以杂基形式充填孔隙时，剩余粒间孔被充填，孔隙度进一步降低。在胶结作用阶段，伊利石以胶状水云母的形式沉淀后，继续减少了剩余粒间孔隙，但当绿泥石以衬里式薄膜状附着于孔隙边缘时，增加了储层抗压实能力，同时抑制了石英的次生加大，减缓了粒间孔隙的损失。在溶蚀作用阶段，充填于孔隙中的高岭石经溶蚀作用改造后，形成大量的次生溶孔，增加了储层的孔隙度，使储层物性得到提升（图3）。总体来说，黏土矿物对储层物性的破坏作用大于建设作用，起到了负增长的效果。

4 黏土矿物对注水开发的影响

当外来流体进入储层遇到黏土矿物时，黏土矿物由于其自身的特征、含量、种类、物理及化学性质的等不同会发生一系列的变化。外来流体中水矿化度较低时，会造成储层中黏土矿物水化、膨胀、脱落、分散、运移，导致孔隙空间的减小与堵塞，降低储层物性。同时外来流体自身的酸碱性导致储层环境的离子浓度及 pH值的变化，当与黏土矿物中的某些离子发生反应形成沉淀后会堵塞孔隙及喉道，降低储层物性。

4.1 绿泥石对注水开发的影响

绿泥石中含有大量的铁、镁离子，当储层中注入酸性流体时，流体会与绿泥石中的铁、镁离子发生反应形成沉淀物堵塞孔隙，因此绿泥石为重要的酸敏矿物[10]。西峰地区长 8储层黏土矿物中绿泥石含量极高，平均达51.4%。再由酸敏性实验可知，储层酸敏平均指数约为0.33，为强酸敏（表2）。所以可以推断，储层的强酸敏性是由于储层中含有较多绿泥石所造成。因此该地区储层进行酸化作业时，要注意回收井内的酸性流体，加入盐酸或氢氟酸将储层内的沉淀物质溶解。

图3 薄片下黏土矿物充填孔隙

表2 西峰地区庄146井酸敏实验参数

4.2 伊利石与高岭石对注水开发的影响

伊利石由于其本身的特性在流体的冲刷下极易移动，而长8储层低孔特低渗透的类型决定了当储层中通过流体的流速较快时，伊利石被流体冲刷移动分割及堵塞孔隙喉道，对储层起损害作用。同时伊利石具有较强的吸水性，遇水容易膨胀，降低储层的渗透率[11-12]。所以伊利石为重要的速敏矿物。高岭石与伊利石类似，其结构比较松散，吸附颗粒的能力差，在高流速的流体冲刷下容易移动，堵塞喉道，降低储层渗透率，对储层有损害作用。所以高岭石同样也属于速敏型矿物。本区储层中黏土矿物中伊利石含量与高岭石含量较少。再由速敏性实验可知，储层平均临界流速约为1.13 m/d，为弱速敏（表3）。故伊利石与高岭石对储层速敏性的影响较小。

表3 西峰地区庄146井速敏实验参数

5 结论及认识

（1）西峰地区长8储层黏土矿物主要为绿泥石、伊利石、高岭石及少量的伊蒙混层。绿泥石平均含量 51.4%，以杂基的形式充填孔隙及以衬里式薄膜状附着于孔隙表面；伊利石平均含量 31.8%，以丝状、细鳞片状充填于孔隙中及以胶状水云母的形式沉淀于孔隙中；高岭石平均含量10%，以假六方片状、书页状的形态充填于孔隙中；伊蒙混层含量极少。

（2）绿泥石以杂基形式充填孔隙时，对储层起到破坏性作用，以薄膜状形式附着于孔隙表面时，对储层起到建设性作用；伊利石主要对储层起破坏性作用，高岭石主要对储层起建设性作用。

（3）绿泥石为重要的酸敏矿物，在本区含量高，储层表现为强酸敏性；伊利石与高岭石为重要的速敏矿物，在本区含量低，储层表现为弱速敏。

（4）在西峰地区长8储层进行注水开发时要重点关注储层的酸敏性，当进行酸化作业时要注意回收井内的酸性流体，加入盐酸或氢氟酸将储层内的沉淀物质溶解。