周林乾

摘要：粘土礦物由于抗壓實(shí)能較弱具有非常強(qiáng)的可塑性，在壓實(shí)作用下會(huì)發(fā)生彎曲變形，從而降低頁巖的脆性，其中一些類型的粘土礦物還具有水敏性而增加的壓裂難度。另外，粘土礦物尤其是蒙脫石的比表面積非常大，其吸附能力非常強(qiáng)，可以使頁巖儲(chǔ)層中吸附更多的頁巖氣。

關(guān)鍵詞：硅質(zhì)膠結(jié);頁巖儲(chǔ)層;有機(jī)質(zhì)孔

1 硅質(zhì)膠結(jié)對頁巖儲(chǔ)層的影響

目前大量的研究表明有機(jī)質(zhì)熱演化程度與內(nèi)部有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育有著非常緊密的關(guān)系。在生油窗內(nèi)，干酪根熱解形成瀝青并將其向相鄰的孔隙中排出，干酪根內(nèi)部這一過程中大量發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔，但是這些孔隙由于干酪根內(nèi)部充滿石油而很難被發(fā)現(xiàn)。在早成巖階段，由于機(jī)械壓實(shí)作用，頁巖隨著埋深的增大孔隙逐漸減小。硅質(zhì)膠結(jié)主要呈微晶及微晶聚集體的形式分布在顆粒周緣、充填顆粒間孔隙，使得頁巖孔隙減少，但是這種結(jié)構(gòu)在一定程度上抑制了后期的壓實(shí)，碎屑顆粒呈點(diǎn)接觸的關(guān)系，壓實(shí)程度中等，對頁巖孔隙的保存起到了建設(shè)性的作用;而龍馬溪組上部硅質(zhì)膠結(jié)程度發(fā)育弱，碎屑顆粒呈線接觸，壓實(shí)程度強(qiáng)烈。盡管這種微晶聚集體形式的石英充填了粒間孔隙，但是在其內(nèi)部仍保留了相當(dāng)一部分孔隙，這部分孔隙在早成巖一中成巖早期得以保留，在有機(jī)質(zhì)熱解生烴階段油氣的充注提供了有利的空間。隨著熱演化程度的增加，在生氣窗內(nèi)，經(jīng)歷二次裂解轉(zhuǎn)化成富含孔隙的固體瀝青或焦瀝青。在掃描電鏡下可以看到微晶石英聚集體內(nèi)部存在大量的遷移有機(jī)質(zhì)，其內(nèi)部發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔可以形成相互連通的有效的孔隙網(wǎng)絡(luò)。研究區(qū)龍馬溪組頁巖自上而下壓實(shí)程度逐漸減弱，石英含量尤其是生物成因自生石英的含量逐漸增加，網(wǎng)絡(luò)狀遷移有機(jī)質(zhì)逐漸增多。

礦物孔隙如果在油氣生成之前就被壓實(shí)和膠結(jié)作用全部破壞的話，干酪根內(nèi)部發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔就只會(huì)在干酪根內(nèi)部形成孔隙網(wǎng)絡(luò)，有機(jī)質(zhì)以孤立形式存在，相互之間缺乏連通，很難形成有效的孔隙網(wǎng)絡(luò)。遷移有機(jī)質(zhì)以無定型形式存在與礦物顆粒之間，這些礦物孔隙在三維空間上是相互連通的，因此遷移有機(jī)質(zhì)內(nèi)部形成的有機(jī)質(zhì)孔也可以形成三維連通性非常好的孔隙網(wǎng)絡(luò)。龍馬溪組硅質(zhì)頁巖發(fā)育大量自生石英，內(nèi)部的有機(jī)質(zhì)通常形成網(wǎng)絡(luò)，頁巖孔隙構(gòu)成以有機(jī)質(zhì)孔為主，所占比例一般為50%以上，而粘土質(zhì)頁巖內(nèi)部幾乎不發(fā)育自生石英，有機(jī)質(zhì)常呈孤立狀，頁巖孔隙構(gòu)成以粘土礦物孔為主，有機(jī)孔所占比例介于10%-30%，粉砂質(zhì)頁巖有機(jī)孔所占比例介于二者之間。不同巖性內(nèi)部孔隙構(gòu)成的差異，除了受有機(jī)質(zhì)含量的影響外，自生石英的含量對有機(jī)質(zhì)賦存狀態(tài)的影響也是一個(gè)不可忽略的重要因素。

2 有機(jī)質(zhì)生烴演化對頁巖儲(chǔ)層的影響

2.1 有機(jī)質(zhì)生烴演化產(chǎn)生有機(jī)質(zhì)孔

有機(jī)質(zhì)的熱演化作用對頁巖儲(chǔ)層有著重要的影響。一方面有機(jī)質(zhì)在熱成熟過程中大量生烴，是頁巖氣的物質(zhì)來源，頁巖只有達(dá)到了一定的熱成熟要求才能生氣成為頁巖氣儲(chǔ)層;另一方面，有機(jī)質(zhì)熱成熟過程中生烴過程中，內(nèi)部發(fā)育有機(jī)質(zhì)孔，增加頁巖的孔隙度和吸附能力，對頁巖氣的富集有著重要的影響。頁巖氣儲(chǔ)層具有自身自儲(chǔ)的特點(diǎn)，因此與常規(guī)儲(chǔ)層相比，有機(jī)質(zhì)熱演化過程不僅是可以生成油氣，也對頁巖儲(chǔ)層物性具有重要的影響。有機(jī)質(zhì)孔是頁巖中獨(dú)有的也是頁巖孔隙的主要組分，Barnet盆地中頁巖TOC含量高達(dá)70%，假設(shè)在有機(jī)質(zhì)熱演化生烴過程中，消耗3.5%的有機(jī)質(zhì)就是增加4.9%的孔隙度。有機(jī)質(zhì)孔隙隨有機(jī)質(zhì)成熟生烴作用增強(qiáng)而增加，從干酪根到石油和從石油裂解成氣的熱轉(zhuǎn)化過程中，會(huì)形成高含碳的殘留碳及有機(jī)孔，對頁巖的儲(chǔ)集能力造成一定的影響。干酪根內(nèi)部和遷移到外部的瀝青在生氣窗內(nèi)經(jīng)歷二次裂解致使有機(jī)質(zhì)孔的大量發(fā)育，對New Albany頁巖的研究證實(shí)，頁巖內(nèi)部瀝青中發(fā)育的有機(jī)質(zhì)孔是在二次裂解時(shí)期形成的。計(jì)點(diǎn)法統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，龍馬溪組頁巖自上而下有機(jī)質(zhì)含量逐漸增加，熱成熟度逐漸增高，孔隙度逐漸增加，主要孔隙類型由粒內(nèi)孔轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)孔，TOC含量、熱成熟度以及生物成因石英含量是有機(jī)質(zhì)孔發(fā)育的主要控制因素。Milliken等研究發(fā)現(xiàn)有機(jī)質(zhì)熱成熟度和壓實(shí)作用共同影響有機(jī)質(zhì)孔的發(fā)育、賦存和破壞，由于有機(jī)質(zhì)孔隙網(wǎng)絡(luò)具有非常好的連通性，孔隙中天然氣的排除之后，孔隙由于受到上覆地層的壓實(shí)作用，部分發(fā)生塌陷和破壞，致使總孔隙度減少，這也是海相頁巖在達(dá)到一定埋深后，有機(jī)質(zhì)孔數(shù)量并不會(huì)再隨著熱成熟度增加而增高，而是隨著埋深的增加而減少的原因。

2.2 有機(jī)質(zhì)生烴增壓控制有機(jī)質(zhì)孔的保存

超壓主要有側(cè)向構(gòu)造應(yīng)力、超壓傳遞、流體膨脹、不均衡壓實(shí)這4類成巖機(jī)制，粘土礦物轉(zhuǎn)化脫水、水熱增壓、瀝青裂解生氣以及干酪根生烴是流體膨脹的主要原因，其中粘土礦物轉(zhuǎn)化過程中的脫水作用和水熱增壓引起的壓力增幅程度太小，可以忽略不計(jì)。

3 粘土礦物轉(zhuǎn)化對頁巖儲(chǔ)層的影響

頁巖氣主要是以吸附氣、游離氣和溶解氣的形式賦存與頁巖孔隙中的，吸附氣主要賦存于顆?；蚩紫侗砻嫔?，游離氣主要賦存在孔隙和裂縫中，溶解氣則是溶解在殘留水、液態(tài)原油、瀝青和干酪根之中。因此礦物的比表面積和孔體積控制著頁巖氣的賦存程度。頁巖中存在著大量的粘土礦物，研究區(qū)龍馬溪組頁巖中粘土礦物組合為伊利石+伊/蒙混層+綠泥石，粘土礦物的轉(zhuǎn)化主要是蒙脫石伊利石化，而蒙脫石和伊利石的比表面積和孔體積具有非常大的差異，因此粘土礦物中二者的含量對頁巖儲(chǔ)層具有重要的影響。

參考文獻(xiàn)：

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