致密砂巖氣藏黏土礦物特征及其對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響
——以鄂爾多斯盆地蘇里格氣田為例

任大忠 ，周兆華 ，梁睿翔 ，周 然 ，柳 娜 ，南郡祥

（1.西安石油大學(xué)石油工程學(xué)院，西安710065；2.西北大學(xué)大陸動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安710069；3.中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院廊坊分院，河北廊坊065007；4.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司第八采油廠，西安710021；5.中國(guó)石油川慶鉆探工程有限公司鉆采工程技術(shù)研究院，西安710021；6.低滲透油氣田勘探開(kāi)發(fā)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，西安710018；7.中國(guó)石油長(zhǎng)慶油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，西安710018）

0 引言

致密砂巖氣藏是典型的非常規(guī)油氣資源，在勘探開(kāi)發(fā)上已取得了突破性進(jìn)展。由于致密砂巖氣藏具有復(fù)雜的微-納米孔喉系統(tǒng)構(gòu)成的儲(chǔ)集空間，相對(duì)于常規(guī)儲(chǔ)層該類油氣運(yùn)移-聚集復(fù)雜程度高［1-3］。黏土礦物作為致密砂巖氣藏重要的成巖期產(chǎn)物之一，其類型、產(chǎn)狀及各不同組分比例等在儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的評(píng)價(jià)、滲流規(guī)律推導(dǎo)、儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力評(píng)估、開(kāi)發(fā)方案制定及油氣藏“甜點(diǎn)”預(yù)測(cè)等方面具有重要意義［4-5］。黏土礦物是致密砂巖氣藏主要的填隙物之一，由于其類型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜及數(shù)目相對(duì)龐大，使原本細(xì)小的孔喉很容易被黏土礦物充填，儲(chǔ)集空間進(jìn)一步復(fù)雜化且滲流規(guī)律更加難尋［6-7］。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已有許多學(xué)者開(kāi)展了關(guān)于黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層物性、孔隙結(jié)構(gòu)、滲流規(guī)律等方面的影響研究，如Stroker等［8］研究認(rèn)為，復(fù)雜化學(xué)作用下產(chǎn)生的黏土礦物可以導(dǎo)致孔隙類型及連通性發(fā)生變化；Keller等［9］認(rèn)為低黏土含量樣品孔隙度與滲流門(mén)檻相近，而高黏土含量的樣品孔隙度通常低于滲流門(mén)檻；Desbois等［1］認(rèn)為顆粒支撐的儲(chǔ)層黏土礦物直徑通常為幾納米至幾微米；Sakhaee-Pour等［10］證實(shí)了隨著黏土礦物含量的增加，儲(chǔ)層滲流規(guī)律發(fā)生明顯變化，具體表現(xiàn)在滯留環(huán)變小及連通性改善；Zapata等［11］認(rèn)為黏土礦物通常具有較大的比表面積，連續(xù)分布，內(nèi)部相互連通且對(duì)應(yīng)于較高的退汞率，能夠提供具有較大潛力的儲(chǔ)集空間；Xiao等［12］基于壓實(shí)作用及黏土礦物膠結(jié)，將致密砂巖儲(chǔ)層劃分為3種類型：壓實(shí)型、膠結(jié)破壞孔隙型及混合型，認(rèn)為黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層的控制并不能簡(jiǎn)單局限于阻塞孔隙空間及破壞滲流通道；Zhao等［13］認(rèn)為黏土礦物晶間孔是致密砂巖儲(chǔ)層儲(chǔ)集能力及基質(zhì)滲流能力重要的貢獻(xiàn)者之一。黏土礦物的相對(duì)含量是控制微觀孔隙結(jié)構(gòu)及物性的重要參數(shù)［14］。因此，準(zhǔn)確評(píng)價(jià)致密砂巖氣藏黏土礦物的賦存性質(zhì)及其對(duì)儲(chǔ)層性質(zhì)的影響，可為今后的生產(chǎn)實(shí)踐提供理論依據(jù)。

圖1 蘇里格氣田位置Fig.1 Structural location of Sulige Gas Field

1 區(qū)域地質(zhì)背景及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 區(qū)域地質(zhì)概況及樣品信息

鄂爾多斯盆地蘇里格氣田橫跨伊陜斜坡、伊蒙隆起及天環(huán)凹陷（圖1），是該盆地重要的天然氣富集區(qū)之一。其中，二疊系上石盒子組、下石盒子組及山西組是該區(qū)主要的含氣層系，蘇里格氣田屬于典型的“低孔、低滲、低壓、低豐度”氣田，儲(chǔ)層常規(guī)孔隙度＜10%，常規(guī)滲透率＜1 mD，整體物性致密且微觀非均質(zhì)性強(qiáng)［15-16］。二疊系上石盒子組、下石盒子組及山西組儲(chǔ)層主要為河流相沉積，地溫梯度約為 30.3 ℃/100 m，壓力系數(shù)約為 0.86［17］。上、下石盒子組主要為中粗砂巖、中細(xì)砂巖夾泥巖，山西組發(fā)育少量煤線。本次研究的15塊樣品主要來(lái)源于蘇里格氣田蘇48井區(qū)二疊系盒8段、山1段。

盒8段含氣砂巖段共9塊樣品，其中7塊為巖屑砂巖，另2塊為巖屑石英砂巖，粒度分選中等，主要為中粗砂巖、中細(xì)砂巖及少量含礫砂巖，氣測(cè)孔隙度為6.50%～15.20%，平均為9.75%；氣測(cè)滲透率為0.084～1.416 mD，平均為0.362 mD；黏土礦物體積分?jǐn)?shù)為2.18%～13.57%，平均為6.79%，且以伊利石、高嶺石（表1）為主。山1段含氣砂巖段共 6塊樣品，其中4塊為巖屑砂巖，另2塊為巖屑石英砂巖，粒度分選中等，主要為中粗砂巖、中細(xì)砂巖及少量含礫砂巖，氣測(cè)孔隙度為7.40%～18.30%，平均為10.51%；氣測(cè)滲透率為 0.065～0.586 mD，平均為0.275 mD，黏土礦物體積分?jǐn)?shù)為2.14%～10.32%，平均為5.13%，且以伊利石、高嶺石（表1）為主。由表1統(tǒng)計(jì)表明，15塊樣品孔隙度及滲透率較低、顆粒分選中等、黏土膠結(jié)物含量較高，盒8段和山1段均屬于典型的致密砂巖［18］，所選取的樣品滲透率差異較大，表明不同滲透率級(jí)別的樣品儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)和滲流規(guī)律定量表征難度較大。

表1 蘇里格氣田致密砂巖樣品巖性、物性及黏土礦物統(tǒng)計(jì)Table 1 Lithologies，properties and clay minerals of tight sandstone samples in Sulige Gas Field

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析主要依托西安石油大學(xué)“西部低滲-特低滲透油田開(kāi)發(fā)與治理教育部工程研究中心”，并利用基礎(chǔ)地質(zhì)和實(shí)驗(yàn)分析，在垂直于巖心柱方向鉆取15塊巖心（長(zhǎng)度約為5.0 cm，直徑約為2.5 cm及碎樣塊）。采用蒸餾法將巖心放置于裝有酒精和三氯甲烷混合溶液的洗油儀中，在110℃下蒸餾150 h除去樣品中的殘留瀝青。

再將洗油后的巖心制備成長(zhǎng)為4.0 cm，直徑為2.5 cm的樣品，采用覆壓孔滲儀（CM300）測(cè)量樣品的孔隙度和滲透率，對(duì)平行樣品，采用多功能顯微鏡與圖像分析軟件（Leica DM4500），以及場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡與圖像分析軟件（MAIA3 LMH）鑒定樣品巖石粒度、礦物、孔隙、黏土礦物等。檢測(cè)完的樣品抽真空飽和地層水，采用MesoMR23-60 H-I型低場(chǎng)核磁共振儀進(jìn)行核磁共振測(cè)試。對(duì)于測(cè)試完核磁共振的樣品采用高壓壓汞儀（PoreMaster 33）進(jìn)行高壓壓汞測(cè)試，本次實(shí)驗(yàn)最大進(jìn)汞壓力為200 MPa，根據(jù)Washburn公式，設(shè)定表面張力（γ）為 0.485 J/m2，汞與礦物顆粒接觸角（θ）為140 °，則最小孔喉半徑（γ）對(duì)應(yīng)于 3.675 nm［19-20］。

對(duì)15塊樣品分別取200 g，并粉碎至1 mm以下，再利用多功能顯微鏡和場(chǎng)發(fā)射環(huán)境掃描電子顯微鏡進(jìn)行鑒定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黏土礦物大多數(shù)顆粒粒徑均小于 2.0 μm，部分顆粒粒徑為 2.0～10.0 μm。因此，依據(jù)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［21］，選取 2.0 μm 和10 μm的粒徑開(kāi)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)。分別采用激光粒度儀（Mastersizer 2000），測(cè)試懸浮溶液中顆粒粒徑的分布特征；采用X射線衍射儀（D8 Focus）測(cè)試15塊樣品中的黏土礦物類型及相對(duì)含量；利用林西生等［22］的沉積巖黏土礦物XRD分析軟件解讀圖譜計(jì)算2 μm和10 μm提取物黏土礦物相對(duì)含量。

2 結(jié)果

2.1 黏土礦物含量及形態(tài)特征

基于鑄體薄片、掃描電鏡及X射線衍射分析結(jié)果，對(duì)蘇里格地區(qū)樣品開(kāi)展黏土礦物形態(tài)特征及含量的研究。結(jié)果表明：伊利石、高嶺石、綠泥石及伊/蒙混層是研究區(qū)主要的黏土礦物類型（表1，圖2）；黏土礦物體積分?jǐn)?shù)為2.14%～13.57%，平均為6.13%（表 1）。

圖2 蘇里格氣田致密砂巖樣品電鏡特征和黏土的E片圖譜Fig.2 Distribution characteristics in SEM，thin section and diffractograms of clay minerals of tight sandstone samples in Sulige Gas Field

研究區(qū)伊利石主要呈板片狀、絲縷狀或搭橋狀［圖3（a）—（b）］，體積分?jǐn)?shù)為 0.12%～9.28%，平均為3.07%（表1）。伊利石在該區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層中起破壞性作用，即填充孔隙縮窄喉道，導(dǎo)致儲(chǔ)層性質(zhì)急遽變差。

高嶺石是研究區(qū)含量?jī)H次于伊利石的黏土礦物，體積分?jǐn)?shù)為0.12%～5.92%，平均為1.86%（表1）。高嶺石是溶蝕作用的直接產(chǎn)物之一，在薄片下常?？梢?jiàn)長(zhǎng)石或巖屑溶蝕孔相伴而生；掃描電鏡下高嶺石主要呈片狀及書(shū)頁(yè)狀，連續(xù)分布，充填孔隙導(dǎo)致儲(chǔ)層性質(zhì)變差［圖3（c）—（d）］。

蘇里格地區(qū)致密砂巖氣藏伊/蒙混層中混層比通常＞90%，主要呈片狀產(chǎn)出［圖3（e）］，體積分?jǐn)?shù)為0.07%～2.38%，平均為0.64%（表1）。該區(qū)伊/蒙混層主要起到充填孔隙、破壞儲(chǔ)層的作用，但由于含量低，相對(duì)于伊利石而言對(duì)儲(chǔ)層的破壞作用較小。

綠泥石在蘇里格地區(qū)致密砂巖氣藏中含量最低，體積分?jǐn)?shù)為 0～2.17%，平均為0.56%（表 1），主要呈鱗片狀產(chǎn)出，具有2種產(chǎn)狀形式：包膜狀綠泥石及充填型綠泥石。包膜狀綠泥石主要覆蓋在礦物顆粒表面，在一定程度下能抑制壓實(shí)作用，防止后續(xù)膠結(jié)作用破壞孔隙［圖3（f）］；充填型綠泥石直接占據(jù)孔隙空間，降低粒間孔隙比例，雖然綠泥石本身能提供少量?jī)?chǔ)集空間［12］，但與粒間孔隙相比所能貢獻(xiàn)的空間太小，且基本不具有滲流能力。

利用表1黏土礦物數(shù)據(jù)，并結(jié)合圖2分析表明：高嶺石、伊利石、綠泥石黏土礦物粒徑均大于2.0 μm，而且所占比例較高。樣品在粒徑為10 μm的提取物中的高嶺石、伊利石、綠泥石及石英含量均明顯高于粒徑為2.0 μm的提取物。表明采用粒徑為2.0 μm標(biāo)準(zhǔn)的提取物不能準(zhǔn)確地表征黏土礦物的含量和分布特征。

圖3 蘇里格氣田致密砂巖氣藏高壓壓汞毛細(xì)管壓力曲線Fig.3 High pressure mercury capillary pressure curves of tight sandstone gas reservoirs in Sulige Gas Field

2.2 孔隙結(jié)構(gòu)定性特征及定量評(píng)價(jià)

鏡下鑒定結(jié)果表明，蘇里格地區(qū)致密砂巖氣藏孔隙類型主要包括粒間孔、溶孔（長(zhǎng)石溶孔及巖屑溶孔）及黏土礦物晶間孔。其中，粒間孔是半徑最大的孔隙類型，其直徑通常為40～100 μm（圖2），部分孔隙甚至達(dá)到200 μm（圖2），對(duì)儲(chǔ)集性及滲流能力的貢獻(xiàn)較大。溶孔包括長(zhǎng)石及巖屑溶孔，主要由酸液對(duì)礦物顆粒的腐蝕而產(chǎn)生，半徑跨度較大，通常為5～200 μm，部分甚至出現(xiàn)整個(gè)礦物顆粒被溶蝕而形成鑄?？祝蹐D2（c）］。黏土礦物晶間孔是研究區(qū)主要的孔隙類型，伊利石、高嶺石、伊/蒙混層及綠泥石礦物均能形成晶間孔（圖2）。晶間孔僅能提供有限的儲(chǔ)集能力且?guī)缀醪痪邆錆B流能力［23］，因此該類孔隙的大量出現(xiàn)通常意味著儲(chǔ)層性質(zhì)變差。

高壓壓汞作為典型的浸入式求取孔隙分布的研究手段通常被研究人員廣泛采用［24］。通過(guò)分析15塊樣品高壓壓汞參數(shù)和毛管曲線形態(tài)特征，將樣品分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類共4種孔喉類型（表2，圖3）。毛管壓力曲線的分布不均勻性及參數(shù)的強(qiáng)烈差異性，表明了致密砂巖氣藏孔隙結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性較強(qiáng)，因此，需要用分類評(píng)價(jià)來(lái)準(zhǔn)確表征儲(chǔ)層的性質(zhì)。

Ⅰ類孔喉以中—細(xì)微孔喉為主，占總樣品數(shù)的26.66%，其中盒8段與山1段儲(chǔ)層各占13.33%；排驅(qū)壓力為0.05～0.19 MPa，最大孔喉半徑為3.868～14.700 μm，中值孔喉半徑為 0.071～1.838 μm，分選系數(shù)為0.30～0.45；最大進(jìn)汞飽和度為71.14%～93.89%，平均為 84.75%［表 2，圖 3（a）］。由表 1黏土礦物數(shù)據(jù)分析可知，黏土礦物體積分?jǐn)?shù)為2.58%，伊利石為 0.43%，綠泥石為 0.26/%，高嶺石為1.76%，伊/蒙混層為0.13%。

Ⅱ類孔喉以細(xì)—微孔喉為主，占總樣品數(shù)的26.67%，其中盒8段儲(chǔ)層占20.0%，山1段儲(chǔ)層占6.67%；排驅(qū)壓力為0.44～0.72 MPa，最大孔喉半徑為1.021～1.671 μm，中值孔喉半徑為 0.104～0.243 μm，分選系數(shù)為0.18～0.20；最大進(jìn)汞飽和度為89.81%～97.01%，平均為 92.63%［表 2，圖 3（b）］。由表 1黏土礦物數(shù)據(jù)分析可知，黏土礦物體積分?jǐn)?shù)為5.77%，伊利石為2.74%，綠泥石為0.84/%，高嶺石為1.60%，伊/蒙混層為0.6%。

Ⅲ類孔喉以微孔喉為主，占總樣品數(shù)的33.33%，其中盒8段儲(chǔ)層占20.0%，山1段儲(chǔ)層占13.33%；排驅(qū)壓力為0.45～0.73 MPa，最大孔喉半徑為1.007～1.633 μm，中值孔喉半徑為 0.037～0.175 μm，分選系數(shù)為0.21～0.42；最大進(jìn)汞飽和度為71.01%～88.49%，平均為 82.87%［表 2，圖 3（c）］。由表 1黏土礦物數(shù)據(jù)分析可知，黏土礦物體積分?jǐn)?shù)為6.93%，伊利石為3.41%，綠泥石為0.75/%，高嶺石為2.09%，伊/蒙混層為0.68%。

Ⅳ類孔喉以吸附—微孔喉為主，占總樣品數(shù)的13.33%，其中盒8段儲(chǔ)層占6.67%，山1段儲(chǔ)層占6.67%；排驅(qū)壓力為1.8～1.9 MPa，最大孔喉半徑為0.387～0.408 μm，中值孔喉半徑為 0.063～0.104 μm，分選系數(shù)為0.2～2.0；最大進(jìn)汞飽和度為85.53%～88.78%，平均為 87.16%［表 2，圖 3（d）］。由表 1黏土礦物數(shù)據(jù)分析可知，黏土礦物體積分?jǐn)?shù)為11.95%，伊利石為8.14%，綠泥石為0.14%，高嶺石為2.03%，伊/蒙混層為1.64%。

表2 蘇里格氣田高壓壓汞參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Parameters from pressure-controlled mercury intrusion analysis in Sulige Gas Field

核磁共振作為典型的非侵入式實(shí)驗(yàn)手段，由于其對(duì)巖心不產(chǎn)生明顯的破壞作用，以及能夠在一定程度上反映原位孔隙結(jié)構(gòu)，近年來(lái)為研究人員所使用［25-27］。圖 3（d）和圖 4（a）—（d）顯示：蘇里格地區(qū)致密砂巖氣藏核磁共振T2譜曲線分為左偏雙峰型、右偏雙峰型及單峰型，不同樣品峰值分布情況各不相同，左偏雙峰型在該區(qū)所占比例相對(duì)較高，表明該區(qū)儲(chǔ)層整體致密且雙孔隙型孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)育程度相對(duì)較高。以10 ms及100 ms為界限將孔隙劃分為3個(gè)區(qū)間（＜10 ms，10～100 ms，＞100 ms）［28］，發(fā)現(xiàn)小孔隙所占比例最高（66.01%），中孔次之（27.79%），大孔最低（6.20%）（表3），表明致密砂巖氣藏中的微—小孔隙主導(dǎo)著整體的孔喉結(jié)構(gòu)［圖3（d）和圖4（a）—（d）］。依照地區(qū)經(jīng)驗(yàn)值（13.895 ms）將可動(dòng)與不可動(dòng)流體分界線進(jìn)行劃分［29］，4類孔喉結(jié)構(gòu)（Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類）對(duì)應(yīng)的可動(dòng)流體飽和度分別為66.15%，25.66%，11.78%和6.70%；對(duì)應(yīng)的可動(dòng)流體孔隙度分別為10.19%，2.59%，0.86%和0.49%。上述表明研究區(qū)致密砂巖氣藏屬于典型的低滲可動(dòng)流體儲(chǔ)層［30］。

圖4 蘇里格氣田致密砂巖氣藏核磁共振T2弛豫時(shí)間分布Fig.4 NMR T2relaxation time distribution of tight sandstone gas reservoirs in Sulige Gas Field

表3 蘇里格氣田核磁共振參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 3 Parameters from NMR analysis in Sulige Gas Field

3 討論

3.1 黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層物性的影響

研究表明，黏土礦物類型及含量對(duì)儲(chǔ)層物性影響較大［9，12］。利用孔隙度及滲透率與黏土礦物絕對(duì)含量及單項(xiàng)黏土礦物含量關(guān)系研究發(fā)現(xiàn)，黏土礦物對(duì)致密砂巖氣藏儲(chǔ)集能力的貢獻(xiàn)明顯高于滲流能力［圖 5（a），（b）］，黏土礦物總含量、伊利石及伊/蒙混層含量與孔隙度和滲透率呈一定的負(fù)相關(guān)性［圖5（c）—（f）］。整體而言，三者與孔隙度的相關(guān)性略好于滲透率，而綠泥石和高嶺石對(duì)物性的影響規(guī)律性不明顯［圖 5（b），（c），（e），（f）］。史洪亮等［30］、孟萬(wàn)斌等［31］的研究均得出黏土礦物對(duì)儲(chǔ)層破壞作用明顯的結(jié)論。圖2和圖5同樣表明伊利石及伊/蒙混層能直接充填孔隙從而破壞儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)，降低儲(chǔ)層的儲(chǔ)集能力，但伊利石和伊/蒙混層對(duì)孔隙度和滲透率的影響相近，該結(jié)論與前人結(jié)論明顯相悖，其認(rèn)為黏土礦物對(duì)滲透率的影響要強(qiáng)于孔隙度。產(chǎn)生的原因可歸結(jié)為2方面：一是伊利石和伊/蒙混層本身提供了廣泛發(fā)育的晶間孔，由于氦氣分子直徑細(xì)小，導(dǎo)致該部分空間能通過(guò)氦測(cè)孔隙度手段完全反映出來(lái)，使得所測(cè)量得到的孔隙度較高；二是伊利石的廣泛發(fā)育是長(zhǎng)石溶蝕的間接證據(jù)［32-35］，雖然伊利石充填了部分孔隙，但長(zhǎng)石溶孔的出現(xiàn)在一定程度上改善了儲(chǔ)層孔隙，孔喉配位處被伊利石和伊/蒙混層分割降低了流體的滲流能力。由于伊利石為研究區(qū)主要黏土礦物類型，因此黏土礦物含量與伊利石基本一致［表 1，圖 5（b），（e）］。包膜式及充填式綠泥石與物性相關(guān)性不明顯［圖 5（b），（e）］。

高嶺石能直接充填孔隙導(dǎo)致儲(chǔ)集和滲流能力下降，同時(shí)高嶺石的出現(xiàn)通常伴隨著長(zhǎng)石的溶蝕及次生石英的沉淀［32-35］，導(dǎo)致其與物性的相關(guān)性較為復(fù)雜。因此，綠泥石和高嶺石與滲透率的低相關(guān)性證明，致密砂巖氣藏黏土礦物含量與滲流能力關(guān)系非常復(fù)雜，并非類似前人研究成果所表明的直接破壞儲(chǔ)層滲流能力［30-31］，二者關(guān)系需要進(jìn)一步探究。

圖5 蘇里格氣田致密砂巖氣藏黏土礦物含量與儲(chǔ)層物性的相關(guān)性Fig.5 Relationship between clay mineral contents and reservoir properties of tight sandstone gas reservoirs in Sulige Gas Field

3.2 黏土礦物對(duì)微觀孔隙結(jié)構(gòu)的影響

對(duì)致密砂巖氣藏微觀孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確表征和影響因素分析，是儲(chǔ)層合理開(kāi)發(fā)及有效規(guī)劃的重要工作之一［36-37］。任大忠等［38］、周康等［39］研究表明，黏土礦物的充填對(duì)儲(chǔ)層微觀孔喉結(jié)構(gòu)具有明顯的破壞作用，具體體現(xiàn)在孔喉空間減小、配置關(guān)系復(fù)雜、連通性降低、孔喉非均質(zhì)性增強(qiáng)等方面，但與此同時(shí)，以往研究往往忽略了其他成巖作用對(duì)微觀孔喉結(jié)構(gòu)的控制作用，因此，只能單憑黏土礦物含量與孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)相關(guān)性來(lái)判斷二者的關(guān)系。對(duì)于致密砂巖儲(chǔ)層而言，壓實(shí)作用是影響蘇里格地區(qū)致密儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的主要因素之一［40］，壓實(shí)強(qiáng)度對(duì)儲(chǔ)層起到改造作用，膠結(jié)物（本次研究?jī)H關(guān)注黏土礦物）對(duì)儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。

深度越深通常對(duì)應(yīng)著上覆地層壓力越大，導(dǎo)致儲(chǔ)層經(jīng)受的壓實(shí)作用越強(qiáng)烈，因而埋深較大的樣品孔喉通常相對(duì)較小，而孔隙結(jié)構(gòu)則相對(duì)均質(zhì)。從圖6可以看出，黏土礦物含量與微觀孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)關(guān)系復(fù)雜，為了闡明其關(guān)系，挑選出4類黏土礦物含量最高的樣品，其中S49樣品的伊利石和伊/蒙混層體積分?jǐn)?shù)分別為9.28%和2.38%，Z451樣品的綠泥石體積分?jǐn)?shù)為2.17%，D326樣品的高嶺石體積分?jǐn)?shù)為5.92%，其對(duì)應(yīng)的黏土礦物體積分?jǐn)?shù)分別為13.57%，7.22%和8.28%，對(duì)應(yīng)的中值壓力分別為11.75 MPa，3.81 MPa和 7.09 MPa，對(duì)應(yīng)的最大進(jìn)汞飽和度分別為85.53%，92.00%和97.01%。對(duì)比表明，伊利石和伊/蒙混層對(duì)儲(chǔ)層起到破壞作用，屬中晚期膠結(jié)的產(chǎn)物［41］，而綠泥石膠結(jié)主要發(fā)生在早中成巖期，高嶺石主要發(fā)生在早成巖B期和中成巖階段的酸性環(huán)境中。

從圖6可以看出：深度由淺至深，黏土礦物總量與孔喉結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的變化關(guān)系具有較好的響應(yīng)性；隨著黏土礦物（伊利石和伊/蒙混層）含量的增加孔喉偏向細(xì)歪度、分選性變差，表明黏土礦物由于其本身的均質(zhì)性變化，導(dǎo)致孔喉的結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性發(fā)生變化［41］。同時(shí)，黏土礦物在一定程度上能減緩壓實(shí)作用［12］，使得一定量的大孔隙得以保存，孔喉偏向粗歪度。

圖6 蘇里格氣田黏土礦物體含量及高壓壓汞參數(shù)縱向分布Fig.6 Clay mineral content and longitudinal distribution of high pressure mercury intrusion parameters in Sulige Gas Field

3.3 黏土礦物對(duì)可動(dòng)流體參數(shù)的影響

致密砂巖儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存特征在生產(chǎn)評(píng)價(jià)、開(kāi)發(fā)工程設(shè)計(jì)、儲(chǔ)層精細(xì)描述等方面均具有重要意義［42-43］。蘇里格地區(qū)致密砂巖氣藏可動(dòng)流體參數(shù)與黏土礦物含量均呈偏弱的負(fù)相關(guān)性，表明黏土礦物在一定程度上阻礙了儲(chǔ)層的可動(dòng)流體運(yùn)動(dòng)的范圍與自由度。與此同時(shí)，可動(dòng)流體飽和度及可動(dòng)流體孔隙度與黏土礦物總量及各類黏土礦物含量均呈中等偏弱的趨勢(shì)（R2均高于0.7），一方面說(shuō)明了孔喉結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性增加了黏土礦物評(píng)價(jià)儲(chǔ)層流體的難度，另一方面表明了儲(chǔ)層的這種現(xiàn)象與所采用的實(shí)驗(yàn)手段有直接關(guān)系。

伊利石和伊/蒙混層與可動(dòng)流體飽和度和可動(dòng)流體孔隙度均呈較好的負(fù)相關(guān)性，而與綠泥石和高嶺石之間規(guī)律不明顯，表明不同類型的黏土礦物含量、晶體結(jié)構(gòu)、分布特征的差異性對(duì)致密砂巖全尺度孔喉的表征和流體賦存特征的影響不可忽略。因此，評(píng)價(jià)黏土礦物對(duì)可動(dòng)流體賦存特征的影響是校正可動(dòng)流體參數(shù)及儲(chǔ)層評(píng)價(jià)的重要工作。本次研究采取的手段如下：

由于蘇里格地區(qū)致密砂巖儲(chǔ)層黏土礦物中僅有伊利石和伊/蒙混層，且具有親水性，因此統(tǒng)計(jì)二者的相對(duì)含量之和（S）為

S=Si+SI/S（1）

式中：Si為伊利石相對(duì)含量，%；SI/S為伊/蒙混層相對(duì)含量，%。由于僅有這2種黏土礦物能賦存流體，因此，將巖樣中所有孔隙均等效為被伊利石或伊/蒙混層包裹的孔隙。

式中：Sm為可動(dòng)流體飽和度，%；τs為可動(dòng)流體飽和度指數(shù)，該數(shù)值乘以氣測(cè)孔隙度φ，即為可動(dòng)流體孔隙度指數(shù)τp。

修正指數(shù)與黏土礦物總含量及各類黏土礦物相關(guān)性明顯提高，對(duì)于可動(dòng)流體而言，黏土礦物的出現(xiàn)減小了可動(dòng)流體賦存的空間，尤其是親水型的伊利石及伊/蒙混層的出現(xiàn)對(duì)可動(dòng)流體參數(shù)下降有直接的關(guān)系。

4 結(jié)論

（1）伊利石、高嶺石、綠泥石及伊/蒙混層是研究區(qū)主要的黏土礦物類型，且含量依次降低；粒徑為10 μm提取物獲取的黏土礦物含量明顯高于粒徑為2.0 μm的提取物，證明了在蘇里格地區(qū)大粒徑黏土礦物所占總比例較高。

（2）粒間孔、溶孔（長(zhǎng)石溶孔及巖屑溶孔）及黏土礦物晶間孔是研究區(qū)主要的孔喉類型；高壓壓汞及核磁共振結(jié)果顯示，儲(chǔ)層孔喉非均質(zhì)性較強(qiáng)，小孔喉占主導(dǎo)地位。盒8段儲(chǔ)層主要為Ⅱ類和Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)，其次是Ⅰ類；山1段儲(chǔ)層主要為Ⅰ類和Ⅲ類孔隙結(jié)構(gòu)，其次是Ⅱ類?？傊?，盒8段儲(chǔ)層品質(zhì)略優(yōu)于山1段儲(chǔ)層，微觀非均質(zhì)性也強(qiáng)于山1段儲(chǔ)層。

（3）大面積發(fā)育的伊利石和伊/蒙混層對(duì)儲(chǔ)層物性和可動(dòng)流體的影響遠(yuǎn)高于綠泥石和高嶺石，表現(xiàn)出中等偏強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性；伊利石和伊/蒙混層填充孔隙和分割孔喉降低了儲(chǔ)集空間和孔喉的連通性，同時(shí)也可作為溶孔出現(xiàn)的間接證據(jù)。黏土礦物絕對(duì)含量與滲流能力關(guān)系非常復(fù)雜，并非前人研究成果所表明的直接降低儲(chǔ)層的滲流能力。

（4）可動(dòng)流體修正指數(shù)充分考慮了黏土礦物的親水性對(duì)儲(chǔ)層可動(dòng)流體賦存特征的影響，伊利石及伊/蒙混層的大量出現(xiàn)嚴(yán)重壓縮了致密砂巖氣藏可動(dòng)流體的賦存空間。