第31卷第4期2019年8月
岩性油气藏
LITHOLOGIC RESERVOIRS
V ol.31No.4Aug.2019
收稿日期：2019-01-28；修回日期：2019-03-24；网络发表日期：2019-05-22
基金项目：国家自然科学基金青年基金项目“致密砂岩油藏成岩-烃类充注时序对微纳米孔隙结构的约束机制及石油充注孔喉下限研究”
（编号：41702146）、中国博士后科学基金项目“致密砂岩油藏微纳米孔喉非均质性对流体赋存状态影响”（编号：2018M643554）及“十三五”国家重大科技专项“大型油气田及煤层气开发”子课题“致密气储层物理参数及孔隙动用界限研究”（编号：2016ZX05047-003-005）联合资助
作者简介：任大忠（1985—），男，博士，讲师，主要从事油气田地质与开发方面的教学与研究工作。地址：（710065）陕西省西安市电子二路
东段18号西安石油大学。Email ：*****************。
文章编号：1673-8926（2019）04-0042-12
DOI ：10.12108/yxyqc.20190405
马桶反味引用：任大忠，周兆华，梁睿翔，等.致密砂岩气藏黏土矿物特征及其对储层性质的影响：以鄂尔多斯盆地苏里格气田为例.岩
性油气藏，2019，31（4）：42-53.Cite ：REN D Z ，ZHOU Z H ，LIANG R X ，et al.Characteristics of clay minerals and its impacts on rervoir quality of tight sand-stone gas rervoir ：a ca from Sulige Gas Field ，Ordos Basin.Lithologic Rervoirs ，2019，31（4）：42-53.
致密砂岩气藏黏土矿物特征及其对储层性质的影响
——以鄂尔多斯盆地苏里格气田为例
任大忠1，2
，周兆华3，梁睿翔4，周
然5，柳娜6，7，南郡祥6，
7
（1.西安石油大学石油工程学院，西安710065；2.西北大学大陆动力学国家重点实验室，西安710069；3.中国石油勘探开发研究院廊坊分院，河北廊坊065007；4.中国石油长庆油田分公司第八采油厂，西安710021；5.中国石油川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院，西安710021；6.低渗透油气田勘探开发国家工程实验室，西安710018；7.中国石油长庆油田分公司勘探开发研究院，西安710018）摘要：为了研究致密砂岩气藏的储层性质，以X 射线衍射定量评价黏土矿物赋存特征为基础，结合铸体
薄片、扫描电镜、高压压汞及核磁共振等资料，对鄂尔多斯盆地苏里格气田二叠系盒8段致密砂岩气藏15块黏土矿物样品进行了物性特征、孔隙结构及可动流体的影响因素等研究。结果表明：伊利石（体积分数为3.07%）及高岭石（体积分数为1.86%）是研究区主要的黏土矿物；黏土矿物本身发育丰富的微-纳米级孔隙，并贡献部分储集空间，同时也是论证次生溶蚀孔隙形成的间接证据；绿泥石主要起到晚期充填破坏孔隙的作用，伊利石及伊/蒙混层的大量出现会破坏储层性质；可动流体修正参数将孔隙表面亲水性考虑在内，突出了亲水性黏土与可动流体赋存特征的关系（R 2＞0.70）。该项研究提供了致密砂岩气藏黏土矿物与储层性质耦合关系的新视角，可为生产实践提供理论指导。关键词：黏土矿物；储层性质；致密砂岩气藏；二叠系；鄂尔多斯盆地中图分类号：TE122.2
文献标志码：A
Characteristics of clay minerals and its impacts on rervoir quality of tight
sandstone gas rervoir ：a ca from Sulige Gas Field ，Ordos Basin
REN Dazhong 1，2，ZHOU Zhaohua 3，LIANG Ruixiang 4，ZHOU Ran 5，LIU Na 6，7，NAN Junxiang 6，
7（1.College of Petroleum Engineering ，Xi 'an Shiyou University ，Xi 'an 710065，China ；2.State Key Laboratory of Continental Dynamics ，Northwest University ，Xi 'an 710069，China ；3.Langfang Branch of PetroChina Rearch Institute of Petroleum Exploration and Development ，Langfang 065007，Hebei China ；4.No.8Oil Production Plant ，PetroChina Changqing Oilfield Company ，Xi 'an 710021，China ；5.Drilling and Production Technology Rearch Institute ，CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited ，Xi'an 710021，China ；6.National Engineering Laboratory for Exploration and Development of Low-Permeability Oil &Gas Fields ，Xi'an 710018，China ；7.Rearch Institute of Petroleum
Exploration and Development ，PetroChina Changqing Oilfield Company ，Xi'an 710018，China ）
Abstract ：In order to study the rervoir properties of tight sandstone gas rervoirs ，bad on quantitative evalu-
2019年任大忠等：致密砂岩气藏黏土矿物特征及其对储层性质的影响43
ation of clay mineral occurrence by X-ray diffraction，combined with the data of thin ctions（TS），scanning electron microscopy（SEM），pressure-controlled mercury intrusion（PCMI）and nuclear magnetic resonance （NMR），physical properties，pore structure and factors affecting movable fluids were studied on15clay mineral samples from tight sandstone gas rervoir of the Permian He8member in Sulige Gas Field，Ordos Basin.The results show that illite（3.07%）and kaolinite（1.86%）are typical clay mineral in the study area.The clay miner-als could provide abundant pore space and were the indirect evidence of the appearance of dissolved pores.Chlo-rite filled the pores，and a large number of illite and I/S mixed layer would also deteriorate rervoir properties. Movable fluid parameters took the hydrophilic minerals on the pore surface into account，highlighting the rela-tionship between hydrophilic clay and occurrence characteristics of movable fluid（R2>0.70）.This rearch pro-vides insights into studying the coupling relationship between clay minerals and rervoir quality and theoretical basis and practical guidance for the gas production.
Key words：clay minerals；rervoir quality；tight sandstone gas rervoir；Permian；Ordos Basin
0引言
致密砂岩气藏是典型的非常规油气资源，在勘探开发上已取得了突破性进展。由于致密砂岩气藏具有复杂的微-纳米孔喉系统构成的储集空间，相对于常规储层该类油气运移-聚集复杂程度高［1-3］。黏土矿物作为致密砂岩气藏重要的成岩期产物之一，其类型、产状及各不同组分比例等在储层孔隙结构的评价、渗流规律推导、储层储集能力评估、开发方案制定及油气藏“甜点”预测等方面具有重要意义［4-5］。黏土矿物是致密砂岩气藏主要的填隙物之一，由于其类型多样、结构复杂及数目相对庞大，使原本细小的孔喉很容易被黏土矿物充填，储集空间进一步复杂化且渗流规律更加难寻［6-7］。
近年来，国内外已有许多学者开展了关于黏土矿物对储层物性、孔隙结构、渗流规律等方面的影响研究，如Stroker等［8］研究认为，复杂化学作用下产生的黏土矿物可以导致孔隙类型及连通性发生变化；Keller等［9］认为低黏土含量样品孔隙度与渗流门槛相近，而高黏土含量的样品孔隙度通常低于渗流门槛；Desbois等［1］认为颗粒支撑的储层黏土矿物直径通常为几纳米至几微米；Sakhaee-Pour等［10］证实了随着黏土矿物含量的增加，储层渗流规律发生明显变化，具体表现在滞留环变小及连通性改善；Zapata等［11］认为黏土矿物通常具有较大的比表面积，连续分布，内部相互连通且对应于较高的退汞率，能够提供具有较大潜力的储集空间；Xiao等［12］基于压实作用及黏土矿物胶结，将致密砂岩储层划分为3种类型：压实型、胶结破坏孔隙型及混合型，认为黏土矿物对储层的控制并不能简单局限于阻塞孔隙空间及破坏渗流通道；Zhao等［13］认为黏土矿物晶间孔是致密砂岩储
层储集能力及基质渗流能力重要的贡献者之一。黏土矿物的相对含量是控制微观孔隙结构及物性的重要参数［14］。因此，准确评价致密砂岩气藏黏土矿物的赋存性质及其对储层性质的影响，可为今后的生产实践提供理论依据。
1区域地质背景及实验方法
1.1区域地质概况及样品信息
鄂尔多斯盆地苏里格气田横跨伊陕斜坡、伊蒙隆起及天环凹陷（图1），是该盆地重要的天然气富
图1苏里格气田位置
Fig.1Structural location of Sulige Gas Field
伊蒙隆起
鄂尔多斯
鄂托克旗
苏里格乌审旗
银川
鄂托克前旗
定边靖边
吴起
榆林
神木
子洲
延安
庆阳
环县
正宁
宜川
家常炒虾
陇县
铜川
渭北隆起
石楼
晋
西
挠
折
带
天
环
坳
陷
050100km 盆地边界构造分界线研究区地名
伊
陕
斜
坡
N
西
缘
逆
冲
带
44岩性油气藏第31卷第4期
集区之一。其中，二叠系上石盒子组、下石盒子组及山西组是该区主要的含气层系，苏里格气田属于典型的“低孔、低渗、低压、低丰度”气田，储层常规孔隙度＜10%，常规渗透率＜1mD，整体物性致密且微观非均质性强［15-16］。二叠系上石盒子组、下石盒子组及山西组储层主要为河流相沉积，地温梯度约为30.3℃/100m，压力系数约为0.86［17］。上、下石盒子组主要为中粗砂岩、中细砂岩夹泥岩，山西组发育少量煤线。本次研究的15块样品主要来源于苏里格气田苏48井区二叠系盒8段、山1段。
盒8段含气砂岩段共9块样品，其中7块为岩屑砂岩，另2块为岩屑石英砂岩，粒度分选中等，主要为中粗砂岩、中细砂岩及少量含砾砂岩，气测孔隙度为6.50%～15.20%，平均为9.75%；气测渗透率为0.084～1.416mD，平均为0.362mD；黏土矿物体积分数为2.18%～13.57%，平均为6.79%，且以伊利石、高岭石（表1）为主。山1段含气砂岩段共6块样品，其中4块为岩屑砂岩，另2块为岩屑石英砂春节诗句古诗
岩，粒度分选中等，主要为中粗砂岩、中细砂岩及少量含砾砂岩，气测孔隙度为7.40%～18.30%，平均为10.51%；气测渗透率为0.065～0.586mD，平均为0.275mD，黏土矿物体积分数为2.14%～10.32%，平均为5.13%，且以伊利石、高岭石（表1）为主。由表1统计表明，15块样品孔隙度及渗透率较低、颗粒分选中等、黏土胶结物含量较高，盒8段和山1段均属于典型的致密砂岩［18］，所选取的样品渗透率差异较大，表明不同渗透率级别的样品储层孔喉结构和渗流规律定量表征难度较大。辛弃疾的诗有哪些
表1苏里格气田致密砂岩样品岩性、物性及黏土矿物统计
Table1Lithologies，properties and clay minerals of tight sandstone samples in Sulige Gas Field
1.2实验方法
本次实验测试分析主要依托西安石油大学“西部低渗-特低渗透油田开发与治理教育部工程研究中心”，并利用基础地质和实验分析，在垂直于岩心柱方向钻取15块岩心（长度约为5.0cm，直径约为2.5cm及碎样块）。采用蒸馏法将岩心放置于装有酒精和三氯甲烷混合溶液的洗油仪中，在110℃下蒸馏150h除去样品中的残留沥青。
再将洗油后的岩心制备成长为4.0cm，直径为2.5cm的样品，采用覆压孔渗仪（CM300）测量样品的孔隙度和渗透率，对平行样品，采用多功能显微镜与图像分析软件（Leica DM4500），以及场发射环
境扫描电子显微镜与图像分析软件（MAIA3LMH）鉴定样品岩石粒度、矿物、孔隙、黏土矿物等。检测完的样品抽真空饱和地层水，采用MesoMR23-60H-I型低场核磁共振仪进行核磁共振测试。对于测试完核磁共振的样品采用高压压汞仪（PoreMas-ter33）进行高压压汞测试，本次实验最大进汞压力
为200MPa，根据Washburn公式P
c
=
2γcosθ
r
，设定
表面张力（γ）为0.485J/m2，汞与矿物颗粒接触角（θ）为140°，则最小孔喉半径（γ）对应于3.675nm［19-20］
。
2019年任大忠等：致密砂岩气藏黏土矿物特征及其对储层性质的影响
45
对15块样品分别取200g ，并粉碎至1mm 以下，再利用多功能显微镜和场发射环境扫描电子显微镜进行鉴定，结果发现，黏土矿物大多数颗粒粒径均小于2.0μm ，部分颗粒粒径为2.0～10.0μm 。因此，依据石油天然气行业标准［21］，选取2.0μm 和10μm 的粒径开展对比实验。分别采用激光粒度仪（Mastersizer 2000），测试悬浮溶液中颗粒粒径的分布特征；采用X 射线衍射仪（D8Focus ）测试15块样品中的黏土矿物类型及相对含量；利用林西生等［22］的沉积岩黏土矿物XRD 分析软件解读图谱计
算2μm 和10μm 提取物黏土矿物相对含量。
2结果
2.1黏土矿物含量及形态特征
基于铸体薄片、扫描电镜及X 射线衍射分析结果，对苏里格地区样品开展黏土矿物形态特征及含量的研究。结果表明：伊利石、高岭石、绿泥石及伊/蒙混层是研究区主要的黏土矿物类型（表1，图2）；黏土矿物体积分数为2.14%～13.57%，平均为6.13%（表1）。
图2苏里格气田致密砂岩样品电镜特征和黏土的E 片图谱圆柱的认识
（a ）S49样品，3635.7m ，盒8段；（b ）S172样品，3690.9m ，山1段；（c ）Z46样品，3004.8
m ，盒8段；（d ）S396样品，3836.1m ，山1段；
（e ）S49样品，3635.7m ，盒8段；（f ）Z451样品，3131.1m ，盒8段；（g ）Z451样品，3131.1m ，盒8段；（h ）Z451样品，3131.1m ，盒8段
Fig.2
Distribution characteristics in SEM ，thin ction and diffractograms of clay minerals of
tight sandstone samples in Sulige Gas Field
50μm
毁坏的近义词100μm
200μm
300μm
300μm
300μm
50μm
1400011200840056002800
0强度（计数）
2.5
5.0
10.0
15.020.0
25.0
30.0
高岭石&伊利石小学六年级数学下册
绿泥石伊利石
伊/蒙混层
高岭石绿
泥
石石英
10μm 颗粒提取物2μm 颗粒提取物
2θ/（°）
（a ）
（b ）
（c ）
（f ）
（d ）
（e ）
（g ）
（h ）
46岩性油气藏第31卷第4期
研究区伊利石主要呈板片状、丝缕状或搭桥状［图3（a ）—（b ）］，体积分数为0.12%～9.28%，平均为3.07%（表1）。伊利石在该区致密砂岩储层中起破坏性作用，即填充孔隙缩窄喉道，导致储层性质急遽变差。
高岭石是研究区含量仅次于伊利石的黏土矿物，体积分数为0.12%～5.92%，平均为1.86%（表1）。高岭石是溶蚀作用的直接产物之一，在薄片下常常可见长石或岩屑溶蚀孔相伴而生；扫描电镜下高岭石主要呈片状及书页状，连续分布，充填孔隙导致储层性质变差［图3（c ）—（d ）］。
苏里格地区致密砂岩气藏伊/蒙混层中混层比通常＞90%，主要呈片状产出［图3（e ）］，体积分数为0.07%～2.38%，平均为0.64%（表1）。该区伊/蒙混层主要起到充填孔隙、破坏储层的作用，但由于含量低，相对于伊利石而言对储层的破坏作用较小。
绿泥石在苏里格地区致密砂岩气藏中含量最低，体积分数为0～2.17%，平均为0.56%（表1），主要呈鳞片状产出，具有2种产状形式：包膜状绿泥石及充填型绿泥石。包膜状绿泥石主要覆盖在矿物颗粒表面，在一定程度下能抑制压实作用，防止后续胶结作用破坏孔隙［图3（f ）］；充填型绿泥石直接占据孔隙空间，降低粒间孔隙比例，虽然绿泥石本身能提供少量储集空间［12］，但与粒间孔隙相比所能贡献的空间太小，且基本不具有渗流能力。
利用表1黏土矿物数据，并结合图2分析表明：高岭石、伊利石、绿泥石黏土矿物粒径均大于2.0μm ，而且所占比例较高。样品在粒径为10μm 的提取物中的高岭石、伊利石、绿泥石及石英含量均明显高于粒径为2.0μm 的提取物。表明采用粒径为2.0μm 标准的提取物不能准确地表征黏土矿物的含量和分布特征。
图3苏里格气田致密砂岩气藏高压压汞毛细管压力曲线
Fig.3
High pressure mercury capillary pressure curves of tight sandstone gas rervoirs in Sulige Gas Field
2.2孔隙结构定性特征及定量评价
镜下鉴定结果表明，苏里格地区致密砂岩气藏孔隙类型主要包括粒间孔、溶孔（长石溶孔及岩屑溶孔）及黏土矿物晶间孔。其中，粒间孔是半径最大的孔隙类型，其直径通常为40～100μm （图2），部分孔隙甚至达到200μm （图2），对储集性及渗流能力的贡献较大。溶孔包括长石及岩屑溶孔，主要
由酸液对矿物颗粒的腐蚀而产生，半径跨度较大，通常为5～200μm ，部分甚至出现整个矿物颗粒被溶蚀而形成铸模孔［图2（c ）］。黏土矿物晶间孔是研究区主要的孔隙类型，伊利石、高岭石、伊/蒙混层及绿泥石矿物均能形成晶间孔（图2）。晶间孔仅能提供有限的储集能力且几乎不具备渗流能力［23］，因此该类孔隙的大量出现通常意味着储层性质变差。
103102
10110010-110-2
S481Z452S396S139D507S393D504D386S482S49S172Z46S61D326Z451
进汞压力/M P a
100
80
604020
进汞饱和度/%（a ）Ⅰ类孔喉
（b ）Ⅱ类孔喉
（c ）Ⅲ类孔喉
（d ）Ⅳ类孔喉
进汞压力/M P a
10310210110010-110-2
100
80
604020
进汞饱和度/%103102
10110010-110-2
0进汞压力/M P a
100
80江际
6040200
进汞饱和度/%10310210110010-110-2
0进汞压力/M P a
100
80
604020
进汞饱和度/%
