浅析成岩作用对页岩储层的影响

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　　摘要：粘土矿物由于抗压实能较弱具有非常强的可塑性，在压实作用下会发生弯曲变形，从而降低页岩的脆性，其中一些类型的粘土矿物还具有水敏性而增加的压裂难度。另外，粘土矿物尤其是蒙脱石的比表面积非常大，其吸附能力非常强，可以使页岩储层中吸附更多的页岩气。
　　关键词：硅质胶结;页岩储层;有机质孔
　　1 硅质胶结对页岩储层的影响
　　目前大量的研究表明有机质热演化程度与内部有机质孔的发育有着非常紧密的关系。在生油窗内，干酪根热解形成沥青并将其向相邻的孔隙中排出，干酪根内部这一过程中大量发育有机质孔，但是这些孔隙由于干酪根内部充满石油而很难被发现。在早成岩阶段，由于机械压实作用，页岩随着埋深的增大孔隙逐渐减小。硅质胶结主要呈微晶及微晶聚集体的形式分布在颗粒周缘、充填颗粒间孔隙，使得页岩孔隙减少，但是这种结构在一定程度上抑制了后期的压实，碎屑颗粒呈点接触的关系，压实程度中等，对页岩孔隙的保存起到了建设性的作用;而龙马溪组上部硅质胶结程度发育弱，碎屑颗粒呈线接触，压实程度强烈。尽管这种微晶聚集体形式的石英充填了粒间孔隙，但是在其内部仍保留了相当一部分孔隙，这部分孔隙在早成岩一中成岩早期得以保留，在有机质热解生烃阶段油气的充注提供了有利的空间。随着热演化程度的增加，在生气窗内，经历二次裂解转化成富含孔隙的固体沥青或焦沥青。在扫描电镜下可以看到微晶石英聚集体内部存在大量的迁移有机质，其内部发育的有机质孔可以形成相互连通的有效的孔隙网络。研究区龙马溪组页岩自上而下压实程度逐渐减弱，石英含量尤其是生物成因自生石英的含量逐渐增加，网络状迁移有机质逐渐增多。
　　矿物孔隙如果在油气生成之前就被压实和胶结作用全部破坏的话，干酪根内部发育的有机质孔就只会在干酪根内部形成孔隙网络，有机质以孤立形式存在，相互之间缺乏连通，很难形成有效的孔隙网络。迁移有机质以无定型形式存在与矿物颗粒之间，这些矿物孔隙在三维空间上是相互连通的，因此迁移有机质内部形成的有机质孔也可以形成三维连通性非常好的孔隙网络。龙马溪组硅质页岩发育大量自生石英，内部的有机质通常形成网络，页岩孔隙构成以有机质孔为主，所占比例一般为50%以上，而粘土质页岩内部几乎不发育自生石英，有机质常呈孤立状，页岩孔隙构成以粘土矿物孔为主，有机孔所占比例介于10%-30%，粉砂质页岩有机孔所占比例介于二者之间。不同岩性内部孔隙构成的差异，除了受有机质含量的影响外，自生石英的含量对有机质赋存状态的影响也是一个不可忽略的重要因素。
　　2 有机质生烃演化对页岩储层的影响
　　2.1 有机质生烃演化产生有机质孔
　　有机质的热演化作用对页岩储层有着重要的影响。一方面有机质在热成熟过程中大量生烃，是页岩气的物质来源，页岩只有达到了一定的热成熟要求才能生气成为页岩气储层;另一方面，有机质热成熟过程中生烃过程中，内部发育有机质孔，增加页岩的孔隙度和吸附能力，对页岩气的富集有着重要的影响。页岩气储层具有自身自储的特点，因此与常规储层相比，有机质热演化过程不仅是可以生成油气，也对页岩储层物性具有重要的影响。有机质孔是页岩中独有的也是页岩孔隙的主要组分，Barnet盆地中页岩TOC含量高达70%，假设在有机质热演化生烃过程中，消耗3.5%的有机质就是增加4.9%的孔隙度。有机质孔隙随有机质成熟生烃作用增强而增加，从干酪根到石油和从石油裂解成气的热转化过程中，会形成高含碳的残留碳及有机孔，对页岩的储集能力造成一定的影响。干酪根内部和迁移到外部的沥青在生气窗内经历二次裂解致使有机质孔的大量发育，对New Albany页岩的研究证实，页岩内部沥青中发育的有机质孔是在二次裂解时期形成的。计点法统计结果表明，龙马溪组页岩自上而下有机质含量逐渐增加，热成熟度逐渐增高，孔隙度逐渐增加，主要孔隙类型由粒内孔转化为有机质孔，TOC含量、热成熟度以及生物成因石英含量是有机质孔发育的主要控制因素。Milliken等研究发现有机质热成熟度和压实作用共同影响有机质孔的发育、赋存和破坏，由于有机质孔隙网络具有非常好的连通性，孔隙中天然气的排除之后，孔隙由于受到上覆地层的压实作用，部分发生塌陷和破坏，致使总孔隙度减少，这也是海相页岩在达到一定埋深后，有机质孔数量并不会再随着热成熟度增加而增高，而是随着埋深的增加而减少的原因。
　　2.2 有机质生烃增压控制有机质孔的保存
　　超压主要有侧向构造应力、超压传递、流体膨胀、不均衡压实这4类成岩机制，粘土矿物转化脱水、水热增压、沥青裂解生气以及干酪根生烃是流体膨胀的主要原因，其中粘土矿物转化过程中的脱水作用和水热增压引起的压力增幅程度太小，可以忽略不计。
　　3 粘土矿物转化对页岩储层的影响
　　页岩气主要是以吸附气、游离气和溶解气的形式赋存与页巖孔隙中的，吸附气主要赋存于颗粒或孔隙表面上，游离气主要赋存在孔隙和裂缝中，溶解气则是溶解在残留水、液态原油、沥青和干酪根之中。因此矿物的比表面积和孔体积控制着页岩气的赋存程度。页岩中存在着大量的粘土矿物，研究区龙马溪组页岩中粘土矿物组合为伊利石+伊/蒙混层+绿泥石，粘土矿物的转化主要是蒙脱石伊利石化，而蒙脱石和伊利石的比表面积和孔体积具有非常大的差异，因此粘土矿物中二者的含量对页岩储层具有重要的影响。
　　参考文献：
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