渤海遼東灣油田下第三系粘土礦物變化規(guī)律研究

＊董長友李永強李寶剛孔婕董航

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452 2.中海油黃石交通新能源有限公司 湖北 435000 3.中海石油氣電集團有限責任公司浙江貿(mào)易分公司 浙江 315800）

渤海遼東灣油田下第三系粘土礦物變化規(guī)律研究

＊董長友1李永強1李寶剛1孔婕2董航3

（1.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300452 2.中海油黃石交通新能源有限公司 湖北 435000 3.中海石油氣電集團有限責任公司浙江貿(mào)易分公司 浙江 315800）

經(jīng)差熱和熱重、高壓釜高溫實驗后樣品晶間距、溶質(zhì)溶解、X-射線衍射、掃描電鏡和薄片等分析表明，渤海遼東灣油田下第三系粘土礦物是泥頁巖的主要成分，主要是由蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石和蒙伊混層礦物組成。其中蒙脫石含量占70%以上。這幾種礦物隨地層深度的增加，蒙脫石含量逐漸減少。利用單因素分析法研究了主要粘土礦物的縱向分布特征。量變分帶的劃分依據(jù)是蒙伊混層中蒙脫石層的含量變化。

粘土礦物；下第三系；量變分帶；變化規(guī)律；遼東灣油田

1.地質(zhì)概況

遼東灣位于華北盆地東北部，渤海灣的北部。構(gòu)造上屬于富含油氣的下遼河斷陷海上延伸部分如圖1所示。它可分為五個次生單元。它們形成了北北東向凹陷相間的構(gòu)造格局。根據(jù)沉積學、古生物學的研究，下第三系為一套近海河流—湖泊相沉積。遼西凹陷中第三系厚度達4000m，其中下第三系約3000m。遼中凹陷第三系厚度達6000—7000m。位于兩個凹陷之間的遼西低凸起則由一系列北東走向的背斜構(gòu)造組成。在低凸起上的第三系厚度達1000-2000m。遼東灣油田夾于郯廬斷裂帶東、西兩分支之間，其北部為凝析油構(gòu)造帶、南部為稠油構(gòu)造帶。遼西凹陷和遼中凹陷都是有利的生油區(qū)。郯廬走滑斷裂劇烈活動，造成局部抬升剝蝕，遼中凹陷中反轉(zhuǎn)洼構(gòu)造形成雛狀。東營組沉積晚期的喜山運動，使其發(fā)生隆升，走滑扭動，構(gòu)造反轉(zhuǎn)。不同構(gòu)造及不同層位的粘土礦物的成分有明顯的差別。

圖1 遼東灣油田區(qū)域構(gòu)造簡圖

2.常見粘土礦物類型及其分布規(guī)律

通過統(tǒng)計分析研究區(qū)遼東灣油田下第三系不同井及樣品的粘土礦物X-射線衍射的資料，表明粘土礦物類型主要為蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石和蒙伊混層礦物，見圖2。其中蒙脫石相對含量占粘土礦物總量的比例最大，其次為伊利石、高嶺石、綠泥石和蒙伊混層礦物含量。但伊利石具有水化膨脹，相對遷移的特性；高嶺石具有揮發(fā)分散和遷移，一般不宜水化膨脹的特性；綠泥石容易被酸化剝蝕，不宜水化膨脹；蒙伊混層具有蒙脫石和伊利石容易水化膨脹特性。受沉積特征及成巖環(huán)境等各種條件的影響，不同區(qū)塊單井縱向上粘土礦物含量變化趨勢不一致，而且同一口井縱向上受成巖作用等因素的影響，粘土礦物含量變化也不同。在東營組上段，蒙脫石含量超過70%以上，但下段低于44%，隨地層深度的不斷增加，樣品分析中可見蒙脫石含量由高向低變化，最后全部可轉(zhuǎn)化為伊利石。蒙伊混層含量變化與蒙脫石的出現(xiàn)相同趨勢。相比伊利石含量恰好與蒙脫石含量相反。

圖2 五個不同深度樣品的粘土的衍射圖

3.蒙伊混層中蒙脫石層的含量變化帶

混層礦物是一種礦物向另一種礦物轉(zhuǎn)化過程中的過度礦物。經(jīng)過對遼東灣油田下第三系不同井及樣品的混層中蒙脫石的含量變化分析，非常直觀地了解粘土礦物的轉(zhuǎn)化階段，清楚各井混層礦物中蒙脫石含量變化與深度的關(guān)系，依據(jù)混層比的計算方法，將所分析樣品混層礦物的X-衍射譜圖進行了準確計算，以蒙伊混層中蒙脫石層各個轉(zhuǎn)化帶劃分為依據(jù)，將遼東灣油田下第三系混層中蒙脫石層的量變分成四個變化帶，見表1。

(1)蒙脫石層帶

蒙脫石單礦物及混層中蒙脫石層的含量均大于70%以上，地層深度1600m以上，是壓實階段和液體排出四個期中的A期。這一帶頁巖中排出的水主要是縫隙水和多余的地層間水，鏡質(zhì)體反射率小于0．37%，有機質(zhì)不成熟，此帶處于成巖階段的成巖期。

(2)漸變層帶

蒙脫石單礦物慢慢向蒙伊混層礦物轉(zhuǎn)變，混層中蒙脫石層占71-52%，地層深度為1600-2500m，地層間水平穩(wěn)，是穩(wěn)定壓實的排液階段，鏡質(zhì)體反射率為0．37-0．4%，有機質(zhì)比較低，這一帶是中成巖階段的早期。

(3)快速轉(zhuǎn)化帶

蒙脫石層占總的52-26%，沒有發(fā)現(xiàn)蒙脫石單礦物，較大部分開始向蒙伊混層變化，地層深度2400-2600m，地層間水流出較多，縫隙水變得較少，是急劇壓實的排液階段。隨著脫水排烴的出現(xiàn)，有小量較稠油生成，鏡質(zhì)體反射率為0．4%，有機質(zhì)低成熟-成熟，這一帶屬于中成巖階段的中期，次生孔隙開始發(fā)育。

(4)穩(wěn)定消失帶

混層中蒙脫石層小于26%，地層深度大于2700m，地層間水又一次流出，沒有縫隙水，鏡質(zhì)體反射率大于0．51%，有機質(zhì)已經(jīng)成熟，這一帶屬于中成巖階段的末期。

表1 混層中蒙脫石層的量變分帶及變化

4.劃分量變分帶的地質(zhì)意義

(1)估算地層溫度

隨著地層和溫度增加，蒙脫石開始向蒙伊混層礦物轉(zhuǎn)化，最初轉(zhuǎn)化溫度是81-91℃。根據(jù)有機地球化學資料和井溫說明，穩(wěn)定消失帶頂界以下，有機質(zhì)已成熟。確定這一穩(wěn)定消失帶的上限的溫度為100℃左右時可行的。但井溫梯度的差異，將影響粘土礦物的轉(zhuǎn)化速度。

(2)沉積環(huán)境

無論何時何地沉積環(huán)境的變化，必然會引起粘土礦物的成分、含量的變化。根據(jù)實驗分析及綜合評價，下第三系粘土礦物中，蒙脫石、綠泥石和蒙伊混層中的含量也有變化，蒙脫石和混層由高到低變化，綠泥石由小增高到25%，高嶺石、綠泥石和混層礦物的含量同分析井段有明顯的差異，這一帶井深是中成巖階段的中期與早期的分界。研究和判斷沉積界面依據(jù)是粘土礦物的成分、含量變化。

5.結(jié)論

(1)下第三系粘土礦物是渤海油田重要的生油層，利用X-衍射譜圖對遼東灣油田下第三系粘土礦物定性、定量解釋結(jié)果是可靠的。

(2)渤海遼東灣油田泥頁巖的主要粘土礦物是蒙脫石、伊利石、高嶺石、綠泥石和蒙伊混層礦物，其中蒙脫石、伊利石和蒙伊混層礦物的含量在縱向上隨著井深的增加和溫度的增高而呈降低趨勢，尤以蒙脫石含量變化最為明顯。

(3)依據(jù)分析樣品蒙伊混層礦物中蒙脫石層的含量變化為依據(jù)，將其分為四個量變化分帶，即蒙脫石層帶，漸變層帶，快速轉(zhuǎn)化層帶、穩(wěn)定消失層帶。確定研究區(qū)的生油巖成熟門限，估算地層溫度和沉積環(huán)境。應用各種粘土礦物成分和含量變化可以為鉆井鉆進、泥漿處理及勘探開發(fā)服務(wù)。

董長友（1962～），男，中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，研究方向：油氣田勘探開發(fā)實驗研究。

(責任編輯高鎮(zhèn)峰）

Study of the Clay Mineral Changes Rule of the Paleogene System of Liaodong Bay oil field in Bohai sea

Dong Changyou1, Li Yongqiang1, Li Baogang1, Kong Jie2, Dong Hang3
（1.Engineering & Tech Company, CNOOC Energy Technology & Services Limited,Tianjin, 300452 2.CNOOC Huangshi Traffic New Energy co., LTD, Hubei, 435000 3.Zhejiang Trading Company, CNOOC Gas & Power Group LLC.,Zhejiang, 315800）

The analysis of longitude difference heat, thermogravimetry, crystalline interspace after high-temperature and high-pressure kettle experiment, solute dissolution, X-ray diffraction, scanning electron microscope and lamina shows that the paleogene system of clay mineral of Bohai sea Liaodong Bay oil field is the main component of the shale, which is mainly composed of montmorillonite, illite, kaolinite, chlorite and montmorill onite mixed layer mineral. And the content of montmorillonite is more than 70%. For these kinds of minerals, with the increase of the depth of stratum, the montmorillonite content gradually reduces. Through the single factor analytical method, this paper studies the vertical distribution characteristics of the main clay minerals, besides, the division basis of quantitative changes and zoning is the content changes of montmorillonite layer in montmorillonite mixed layer.

clay mineral；paleogene system；quantitative change and zoning；changes rule；Liaodong Bay oil field在油田開發(fā)過程中，由于外來流體等眾因素與儲層發(fā)生各種物理或化學作用，將直接導致儲層滲透率變差，對儲層造成傷害。對于常溫條件粘土礦物膨脹造成儲層水敏性傷害。要想達到油田穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的開發(fā)目的，對于粘土礦物的定量解釋和種類劃分及其變化規(guī)律研究十分重要。本文從遼東灣油田下第三系粘土礦物類型和相對含量變化入手進行研究，為提高單井產(chǎn)量及有效勘探開發(fā)提供依據(jù)。

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