粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用
一、粘土矿物类型
粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐，因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类，他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物，矿物成分与母源区岩石类型关系密切；自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物，如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。
粘土矿物的粒度细小，其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状，结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状（埃洛石）或纤维状（坡缕石和海泡石）。
晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+，常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去，但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水，经低温（100～150℃）加热后就可脱出，同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水，这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体，改善了它的性能，扩大了应用范围，还可作为分析鉴定矿物的依据。此外，粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝，或者层间水分子的失去，都使折光率与双折射率增大。
粘土矿物的形成方式有三种：①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩，可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。
高岭土主要用作陶瓷原料、造纸的填料和涂层；主要由蒙脱石构成的膨润土用于作钻井泥浆、精炼石油的催化剂和漂白剂、铁矿球团的粘结剂和铸形砂粘合剂；凹凸棒石粘土和海泡石粘土是制造抗盐泥浆的优质原料、油脂的脱色剂和吸收剂。
下面我们介绍一下常见的几种粘土矿物：
1、蒙脱石
铝硅酸盐矿物，常呈现蜂窝状、丝絮状等，比面很大，有很强的吸水膨胀率，遇矿化度低的淡水等发生膨胀，体积可增大3 0倍以上，堵塞孔隙和吼道，影响渗透率，是对储层伤害最大的水敏性黏土矿物。
2、伊利石
铝硅酸盐矿物，呈叶片状、丝发状等贴附于颗粒表面或充填于粒间孔隙内。片状等微晶把孔隙分割成许多小孔隙，增加了迂回度；丝发状的容易被水冲移，堵塞孔隙和吼道，降低孔隙度和渗透率。
3、高岭石
硅铝酸盐矿物，是长石的蚀变产物，呈书页状、蠕虫状、手风琴状，多以孔隙充填的形式存在于粒间孔隙。其晶间结构比较松，在流体的冲刷下容易随流体移动，堵塞、分割孔隙和吼道，尤其在细小吼道中，影响很大，是重要的速敏矿物。
4、绿泥石
铝硅酸盐矿物，常与自生石英共生，呈针叶状、绒球状、玫瑰花状，在孔隙中的产状有孔隙衬垫及孔隙充填。一般针叶状绿泥石多为孔隙衬垫包于颗粒表面，绒球状和玫瑰花状的则充填在孔隙中。绿泥石可由黑云母、角闪石、蒙脱石等矿物转化而来，自生绿泥石一般富含高价铁离子，与钻井液中的HCL等酸液作用容易产生沉淀，而造成储层伤害，是酸敏性矿物。
5、伊蒙混层
蒙脱石向伊利石过渡的矿物，呈蜂窝状、半蜂窝状、棉絮状等，随埋深加大和温压的升高而含量增多，有较强的水敏性。
6、绿蒙混层
是蒙脱石向绿泥石转化中的产物，呈薄片状体包于颗粒表面或充填于颗粒间，既有绿泥石的针叶状结构，也有蒙脱石的网格状结构。成分中也有绿泥石特征，含有较多的铁和镁，有一定的酸敏和水敏性。
二、粘土矿物分析
储层敏感性矿物分析，特别是粘土矿物组分分析对储层敏感性研究具有很重要的作用。
1、粘土矿物分析鉴定中存在的问题
（1）样品选取
样品一定要具有代表性和真实性。代表性就是根据研究目标的需要，从层位、深度、岩性变化等方面选取有代表性的样品。并要注意合理的取样密度，一般情况下，岩性变化大时取样
间隔要小，反之要大。如果研究储集层，还要选取油、气、水、干层中的样品。
真实性就是要选取研究目标所需要的真实样品。由于粘土矿物对周围环境具有敏感性，因此不取受到外来流体影响的样品。例如取岩心砂岩样品，注意避开岩心壁，因为它常受到钻井过程中泥浆的影响。如果是取岩屑样品，一定要挑样，防止上部掉块。而且，砂岩不能用岩屑，因为砂岩的渗透性受泥浆影响大；取泥岩岩屑时，如果岩屑是细粉，也不能用，因为细粉既有上部掉下来的部分，又有泥浆等杂质的混入。
（2）分析前处理
许多分析项目（如X射线衍射、差热分析、红外光谱、化学分析、透射电镜、穆斯堡尔谱等）都必须对岩样进行前处理，即进行粘土分离。
（3）分析鉴定
由于粘土矿物是岩石中最细粒部分（多小于2μm），同时，每种分析方法往往有局限性，因此应采用多种方法分析结果进行综合鉴定。
X射线衍射分析该方法是粘土矿物分析中最有效的方法，它既可定性，又可定量。局限性是不能分析矿物形态和产状，另外，有些矿物（如高岭石和迪开石）也难以区分。电镜、能谱分析在X射线衍射分析基础上，选择一部分样品（有代表性的矿物组合）进行电镜和能谱分析。扫描电镜可分辨矿物的形态和产状；能谱可测定每种矿物的化学成分。透射电镜只测定矿物的形态（包括泥岩、砂岩等）。差热和红外光谱分析定向样品的X射线衍射谱图不能区分高岭石和迪开石，非定向样品（压片）的X射线衍射谱图虽可区分这两种矿物，但也较复杂，样品用量也较多，且一般不做压片分析。而差热分析和红外光谱分析用样量少，且易区分这两种矿物，高岭石差热分析的中温吸热谷比迪开石低100℃左右。该两种矿物是高岭石亚族中两个不同的种，二者形成条件有很大区别。
不难看出，取样、前处理和分析鉴定，是粘土矿物分析研究最重要的基础工作，必须认真对待。这对我们在油田开发过程中研究储层潜在敏感性具有很重要的意义。
三、储层敏感性试验分析
1、水敏试验
注入水和黏土矿物接触，使得黏土矿物膨胀、分散和运移，堵塞孔隙、吼道，降低渗透率。储层中水敏矿物主要是蒙脱石，其膨胀性和层间阳离子种类有关，Na-蒙脱石的膨胀性大于Ca-蒙脱石和K-蒙脱石。水敏试验应在模拟地层的温压条件下，且水流速低于临界流速，排除速敏的干扰。实验用地层水、次地层水(蒸馏水稀释一倍后的地层水)和蒸馏水作为驱替介质进行实验，应参考试验结果对注入水的矿化度进行控制，应高于能使黏土矿物明显发生反应的临界矿化度值，避免水敏反应。
2、速敏试验
储层中的微粒，注入水中的杂质和黏土矿物颗粒随注入水移动，堵塞吼道，降低渗透率。在采用模拟地层水以消除其它影响的实验中，流速超过某值时，渗透率急剧下降，该流速称为临界流速。高岭石、丝状伊利石和绿泥石等的碎片，都可以随注入水而移动，造成储层渗透率下降。试验为实际开发过程提供比较可靠的采出和注入速度，尤其是在注水开发过程中确定单井的合理注水速度。
3、酸敏试验
将酸液（常用盐酸和乙酸等）和滴入岩心样品，酸液会和绿泥石、浊沸石等发生反应而产生沉淀，部分碳酸盐矿物也可以和酸液反应生成沉淀物，使得渗透率下降。根据实验结果结果可以为酸化时提供合适的酸液配方，选择合适的酸液体系。
4、碱敏试验
硅酸盐矿物(长石类、沸石类矿物)和氧化硅矿物(石英、蛋白石)等，若在强碱性(PH>12)介质中黏土矿物可产生新的硅酸盐沉淀物和硅凝胶体堵塞孔喉。通过碱敏感性评价实验可以了解油层岩石与不同p H值盐水接触作用下岩石渗透率的变化过程，找出碱敏感性损害发生的条件(临界pH值)以及由碱敏感性引起的油层损害程度，为各种入井工作液PH值的确定提供依据。
5、盐敏实验
盐敏感性是指储层在系列盐溶液中，由于黏土矿物会发生水化和阳离子交换使黏土层间距加大，产生分散、运移、膨胀而导致储层渗透率下降的现象。实验所用介质为不同矿化度的水样，每更换一次矿化度，应先用该矿化度的溶液驱替10～15倍孔隙体积以上，驱替后，浸泡24 h以上，再用该矿化度盐水驱替，稳定后测其渗透率。其结果作为作业时所用的注入水、泥浆等矿化度的参考值。
四、粘土矿物分析在研究储层潜在敏感性中的应用
1、A油田三叠系砂岩储层中，I、Ⅱ油组以高岭石为主，为20％-60％，Ⅲ油组增加为40％-50％。但高岭石往往局部集中，成斑块状分布，甚至有的样品粘土矿物集中分布于数个孔隙中，因此速敏性程度弱。
伊／蒙混层矿物I、Ⅱ油组为5％-15％，Ⅲ组为10％左右，故水敏性中偏弱。
绿泥石I、Ⅱ油组为12％-48％，Ⅲ油组为20％-40％，含量较高，故存在酸敏性损害。且土酸与粘土矿物产生硅沉淀，因此酸敏程度为中等偏强。
三叠系储层临界盐度为2.5×104mg／L，且含有少量伊／蒙混层矿物，故盐敏程度为中等偏弱。
三叠系储层地层水矿化度为12.0×104-16.0×104mg／L，且为caCl2型水，ca2+ ：0.553×lO4-1.32×104mg／L、Mg2+：500-900 mg／L，离子含量普遍较高，产层与高pH值流体接
触将会导致钙、镁沉淀，产生碱敏性损害，故碱敏程度中等。
2、西峰油田长8储层精细研究表明，以孔隙衬垫形式存在的绿泥石含量与自生石英胶结物含量存在消长关系，当砂粒表面自生绿泥石包膜厚度大于3um时，能有效抑制石英和长石的再生长，当自生绿泥石包膜厚度很薄或缺失时，石英和长石再生长严重，压溶嵌合、再生长作用强烈，可能严重堵塞粒间孔隙，使储层孔隙度和渗透率大大降低(图1)
1 西峰油田长8孔隙衬垫绿泥石含量与自生石英含量关系
高岭石是岩石与孔隙水在弱酸性沉积环境中发生化学反应的产物，高岭石的析出常与岩石溶蚀作用伴生，高岭石的产生必将填充储层孔隙，而溶蚀作用常能够形成部分次生孔隙，一定程度上缓解了高岭石生成对储层孔隙的影响，另外，高岭石多呈散点式孔隙充填产状，对储层孔喉连通性的影响也很小(图2)，因此，自生高岭石的发育对储层孔隙度的影响并不明显。但由于高岭石颗粒往往较大，在岩石颗粒表面附着不牢固，当外来流体或油气层中流体以较高流速流经孔隙通道时，所产生的剪切力可能使高岭石脱落并随流体在孔道中发生移动，较大颗粒的高岭石就有可能在喉道内形成堵塞，对注水开发的影响较大。
图2 陇东地区长8储层渗透率与高岭石含量关系
3、胡状集油田胡2块储层粘土矿物的X-衍射资料分析，发现该块储层中的粘土矿物类型主要有高岭石、伊利石、绿泥石和伊/蒙混层矿物。其中，高岭石相对含量为11%-19%，平均为14.7%；伊利石相对含量为31%-46%，平均为38.8%；绿泥石含量不高，其相对含量为6%-10%，平均为8.5%；伊/蒙混层矿物几乎全部为有序混层，混层比为30%，伊/蒙混层矿物相对含量为33%-44%，平均为38%。
该区块所做的一块样品水敏指数为0.311。由于该区伊/蒙混层矿物含量较高，参考邻区胡5块水敏曲线，推测胡2块水敏性为中等水敏(水敏指数为0.3-0.5)及较强水敏(水敏指数为0.5-0.7)。
该区块所作的2个速敏实验样品中，一个发生降渗速敏，一个发生增渗速敏。渗透率K高的一块样品发生增渗速敏，速敏指数为0.619；渗透率低的一块样品发生降渗速敏，速敏指数为0.397。其中，降渗速敏主要是由于粒间孔隙高岭石和伊利石造成的，该区粘土矿物中高岭石、伊利石含量不高，因而降渗速敏也不强；增渗速敏主要是由于胡2块储层为弱胶结强溶解的储层，大都经历了强溶解作用，孔道连通性好，在长期注水条件下，这些大孔道中的微粒物质均可被流体冲走，从而增大孔喉，增大渗透率。总的来说，胡2块沙三段储层的速敏指数≥0.30，敏感性为中等速敏。
该区块共做2个酸敏试验样品。渗透率高的一块样品K前/K后为3.51(K前为试验前的渗透率，K后为试验后的渗透率)，渗透率低的一块样品(K前/K后为1.93，可见其酸敏性相对较强。
4、瓦窑堡油田安家嘴区位于鄂尔多斯盆地沉积中心东侧，主要含油层为三叠系延长组。自
上而下可分为：长61，长62，长63，长64，在长6各小层中均有含油砂体，其中长61，长62是主要的产油小层。物性集中于8%-12%，平均10.375%；渗透率主要集中于0.1×10-3μm2-1.35×10-3μm2，平均0.578×10-3μm2，该油层整体属低孔、特低渗透储层。含油饱和度集中于5.4%-23.8%，平均13.23%。电测解释含油饱和度平均31.63%，为低饱和油层。地层水以CaCl2水型为主，其中Cl-含量33 548 mg/L，Ca2++Mg2+含量13 808 mg/L。矿化度为55 354 mg/L-74 146 mg/L，平均64 801 mg/L。pH=6.428，略显酸性。粘度0.7 mm2/s(V50℃)。储层亲水使吸水好，注水的效果最好，偏亲水的储层也有较好的效果。酸后地层水渗透率为0.010 3×10-3μm2，酸敏指数0.97，属于强酸敏地层。水敏指数0.03，为弱水敏反应。储层盐敏的试验结果表明为弱盐敏。据裂缝充填比例和裂缝力学性质判断，长6储层段大多为闭合的无效裂缝，占76.50%，有效裂缝占23.50%。有效裂缝与无效裂缝之比为1：3.26。
酸敏感性：试验前地层水渗透率为0.364×10-3μm2，酸后地层水渗透率为0.010 3×10-3μm2，酸敏指数0.97，属于强酸敏。
水敏：用同样的样品进行水敏试验，试验前地层水渗透率为0.186×10-3μm2，注入无离子水量19 PV，无离子水渗透率为0.181×10-3μm2，水敏指数0.03，为弱水敏反应(见图3)。
速敏：速敏的试验结果表明为弱速敏。速敏试验特征表明，临界流量比较大(5.06 m/d-7.12 m/d)，说明地层微粒对流体的运动不敏感，抗机械冲刷能力强(见图4)
储层中粘土矿物的类型、数量、产状及其分布特征等对储层储渗条件具有明显的控制作用，开发过程中易对油层造成损害，加剧开发矛盾。客观认识粘土矿物发育特征、分布规律及其对开发过程的影响，并有针对性地采取酸化压裂、防膨胀注水等措施，可有效提高油田开发水平。
结论
粘土矿物质点微小、比表面积大，是低渗透砂岩储层的重要胶结物，其存在和发育对砂岩储层性质(特别是孔隙度和渗透率)具有较大影响。同时，粘土矿物常发育于颗粒或孔隙表面，易与人侵流体发生强烈而快速的物理化学反应，发生膨胀、运移、水化、溶解等，使储层呈现水敏、酸敏、速敏等特性，对油藏开发产生较大影响
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哈尔滨工程大学 硕士学位论文 某盆地储层敏感性特征研究 姓名：彭柏群 申请学位级别：硕士 专业：应用化学 指导教师：张密林 20030301
摘要 本文根据某盆地大量现场施工资料，选取２０口井的岩心，进行了其粘十矿物组成分析、岩心薄片形貌及结构分析，以及敏感性特征分析。 通过对储层岩矿特征、孔隙结构特征和物性特征分析，证明盆地的多数井段储集层含油、气性较差，仅少数井段较好。 根据粘十矿物的基本结构，结合粘土的水化膨胀、絮凝、分散情况，从理论上分析了粘士矿物对油层潜在的损害方式。通过大量的粘土矿物分析数据，表明盆地粘十矿物在纵向上由浅到深的变化规律是：蒙皂石一高岭石组合（以蒙皂石为主）、高岭石一蒙皂石组合（以高岭石为主）、高岭石一伊利石组合（以高岭石为主）、伊利石一高岭石组合（以伊利石为主）、伊利石一绿泥石组合。根据这些结果得出粘土矿物在盆地的浅层主要以膨胀的形式损害储层：在中层，主要以微粒运移的形式损害储层；在深层，主要以微粒运移和酸敏的形式损害储层。 储层敏感性实验研究证明，盆地的速敏性为弱到中速敏，水敏性第。和第三凹陷较强，而第二凹陷的水敏性相对较弱；酸化研究表明，现场目前使用的几种酸型配比不适合对该盆地进行酸化改造，必须探索新的酸化途径和配方。 由敏感性实验证明，整个盆地的敏感性主要以水敏和速敏为主，因此
本文的储层敏感性研究为油层保护提出如下解决方案：第一凹陷水敏性较强，要特别注意防止粘上矿物的水化膨胀：第二凹陷速敏性较强，要注意防止微粒迁移：第三凹陷渗透性较差，应以压裂改造为主。 关键词：粘土矿物储层敏感性油层保护速敏水敏
ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｂａｓｅｄｏｎａｇｒｅａｔｄｅａｌｏｆｏｎ－ｔｈｅ—ｓｐｏｔｄａｔａｉｎｓｏｍｅｂａｓｉｎｓ．Ｌｏｇｃｏｒｅｓｆｒｏｍｔｗｅｎｔｙｗｅｌｌｓａｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄｔｏｐｅｒｆｏｒｍｃｌａｙｍｉｎｅｒａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｈａｐｅａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｌｉｃｅｃｏｒｅａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓ． ＴｈｒｏｅＩｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｒｏｃｋｆｅａｔｕｒｅ，ｐｏｒｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｅａｔｕｒｅａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｆｅａｔｕｒｅｏｆｒｅｓｅｒｖｏｉＬｉｔｔｕｒｎｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｏｉｌａｎｄｇａｓｐｏｔｅｎｔｉａｌｉｎｍｏｓｔｗｅｌｌｉｎｔｅｒｖａｌｓｉｓｂａｄａｎｄｏｎｌｙａｆｅｗｗｅｌｌｉｎｔｅｒｖａｌｓａｒｅｇｏｏｄ． Ｂａｓｅｄｏｎｂａｓｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈｈｙｄｒｏｕｓｅｘｐａｎｓｉｏｎ，ｆｌｏｃｃｕｌａｔｅａｎｄｄｉｓｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｔｈｅｐｏｔｅｎｔｉａｌｍｅｔｈｏｄｂｙｗｈｉｃｈｃｌａｙｍｉｎｅｒａｌｄｏｅｓｄａｍａｇｅｔｏｒｅｓｅｒｖｏｉｒｉｓａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈｍｕｃｈｃｌａｙｍｉｎｅｒａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｉｔｓｃｈａｎｇｉｎｇｒｅｇｕｌａｒｉｔｙｉｓｓｈｏｗｎｆｒｏｍｓｈａｌｌｏｗｔｏｄｅｅｐｖｅｒｔｉｃａｌｌＮｉ．ｅ．：ｓｍｅｃｔｉｔｅ－－ｋａｏｌｉｎｉｔｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ（ｍａｉｎｌｙｓｍｅｃｔｉｔｅ），ｋａｏｌｉｎｉｔｅ－－ｓｍｅｃｔｉｔｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ（ｍａｉｎｌｙｋａｏｌｉｎｉｔｅ），ｋａｏｌｉｎｉｔｅ—ｉｌｌｉｔｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ（ｍａｉｎｌｙｋａｏｌｉｎｉｔｅ），ｉｌｌｉｔｅ—ｋａｏｌｉｎｉｔｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ（ｍａｉｎｌｙｉｌｌｉｔｅ），ｉｔｌｉｔｅ—ｃｈｌｏｒｉｔｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ．Ｓｏｉｔｉｓｃｏｎｃｌｕｄｅｄｔｈａｔｉｎｔｈｅｓｈａｌｌｏｗｌａｙｅｒ，ｃｌａｙｍｉｎｅｒａｌｄｏｅｓｄａｍａｇｅｔｏｒｅｓｅｒｖｏｉｒｂｙｍｅａｎｓｏｆｅｘｐａｎｓｉｏｎ，ｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｌａｙｅｒｂｙｍｅａｎｓｏｆｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｔｒａｎｓｍｉｔ，ｉｎｔｈｅｄｅｅｐｌａｙｅｒｂｙｍｅａｎｓｏｆｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅｔｒａｎｓｍｉｔａｎｄａｃｉｄｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔＮ Ｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｅｓｔｔｕｒｎｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｏｆｔｈｅｂａｓｉｎｉｓｗｅａｋｔｏｍｅｄｉｕｍ，ｗａｔｅｒｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｉｓｓｔｒｏｎｇｉｎｆｉｒｓｔｓａｇａｎｄｔｈｉｒｄｓａｇａｎｄｗｅａｋｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｓａｇ．Ａｃｉｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｉｎｄｉｃａｔｅｓｔｈａｔｓｅｖｅｒａｌｔｙｐｅｓｏｆａｃｉｄｏｎｔｈｅｓｐｏｔａｒｅｕｎｆｉｔｆｏｒａｃｉｄｓｔｉｍｕｌａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｂａｓｉｎａｎｄｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｄｉｓｃｏｖｅｒｎｅｗａｃｉｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄａｎｄｐｒｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ． Ｔｈｅｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｅｓｔｔｕｒｎｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｗｈｏｌｅｂａｓｉｎｉｓｍａｉｎｌｙｗａｔｅｒ
环境保护中粘土矿物的应用 [文档副标题] [日期]
环境保护中粘土矿物的应用 摘要：无机非金属环境矿物材料基于其不同的性能广泛用于空气污染处理、 废水处理和固体废弃物处理的环境治理，并在节能保温材料方面、在降噪隔 声方面、在无形磁波污染控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应 用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌材料方面、在人体健康材料方面 等都将起到重要作用。 1.粘土矿物材料的研究现状 人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高，许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求，因而非金属矿物材料的发展十分迅速，如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%，采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重，节约了钢材；发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时，伴随着矿物材料的深加工技术的发展，矿物材料的利用价值和应用领域不断提高，如散装膨润土30美元/吨，而有机膨润土2400-3600美元/吨；重晶石散装未碎者40美元/吨，而药物级达2560美元/吨；石墨原矿500美元/吨，石墨密封材料7000美元/吨，而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强，使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。 新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸
https://www.doczj.com/doc/8219038402.html, 粘土矿物在环境中的应用 刘龙涛1，崔丹2 1中国矿业大学（北京）资源学院（100083） 2陕西师范大学旅环院（710062） E-mail：wfhtllt@https://www.doczj.com/doc/8219038402.html, 摘要：随着科学技术的不断发展，人们在享受科技成果的同时，也造成了对自身生存环境的污染。许多化学污染物以多种途径进入环境，工业和生活废弃物的排放日益增多，造成土壤、水体和大气污染，严重影响着生态系统的安全，对人类与生态环境产生了直接或潜在的危害。随着工农业生产的飞速发展和人口急剧膨胀，人类活动与自然资源和环境之间的矛盾日益加剧，合理利用矿产资源和有效控制环境污染已是实现社会可持续发展的战略问题。目前，对于环境污染，人们已经研究出多种物理、化学和生物的方法来转移这些污染物。由于粘土矿物价格便宜且具有机械稳定性，多孔隙率、多种表面和结构、分散悬浮性、离子交换性、吸附性等，故用颗粒细小的粘土矿物及改性粘土矿物来转移污染物已经成为人们研究的热点。 关键词：粘土矿物 环境保护 构造特征 1． 引言 近几年，粘土矿物在环保方面的应用越来越广泛，在污水处理、大气吸附、过滤脱色等方面的应用水平不断提高;在生态建材(如具有保温、隔热、吸音、调光等功能的建材)、杀菌、消毒剂等方面都有新的应用技术和产品[22-23]。加强环境保护、改善生态平衡已成为当务之急。 2. 粘土矿物的结构特征概述 粘土矿物是颗粒细小(＜0.1mm)的含水层状结构硅酸盐矿物，其结构单元层是由Si-O四面体片与Al-O八面体片按不同的规律连结起来而构成，按其连接方式的不同把粘土矿物划分为1:1和2:1两种结构类型，前者如高岭石，后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石等.粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换，比如四面体中Si4+被Al3+置换，八面体中Al3+被Fe2+、Mg2+置换，从而使其单元层表面具有电性.此外，粘土矿物颗粒细小，比表面积大，因而，粘土矿物会表现吸附性、离子变换性、胶体性、分散性和催化性，这些特性在环境污染处理中具有十分重要意义. 在粘土矿物中，硅、铝、氧是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，硅和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成了铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以3个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体.这些硅氧四面体片和铝氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起.形成层状结 -1-
跃进二号东高点储层敏感性分析 【摘要】跃进二号油田造成油层伤害的主要因素有水敏伤害、附加毛管阻力和速敏伤害，酸敏性相对较弱。浅层可膨胀性粘土矿物占较高比例，胶结程度弱，因而对各种类型的伤害都很敏感。深层比浅层的敏感性要弱一些，主要原因在于可膨胀性粘土矿物相对含量少，而且岩石的胶结程度相对较好。孔隙结构好的储层，敏感性较弱，而孔隙结构差的储层，由于其孔隙小、喉道细，粘土矿物含量高，工作制度不当时最易受到伤害。在注水开发中，要做好储层保护，提高水驱开发效果。 【关键词】储层敏感性；水敏；速敏；附加毛管阻力；酸敏； 油层自身的敏感性程度是油层伤害的一个重要因素。岩性、物性研究以及敏感性流动实验是进行油层敏感性分析的主要手段。其敏感性程度随敏感矿物含量增多、孔隙结构变异而升高。敏感矿物主要有水敏感矿物、速敏矿物、酸敏矿物、碱敏矿物等。 1.储层物性特征 跃进二号东高点构造是青海省柴达木盆地西部坳陷区昆北断阶亚区铁木里克凸起内的一个三级构造。 通过岩心薄片分析，本区的储层具有砂岩近源、低成熟的岩石学特征。从岩心样品分析得出，全油田的平均孔隙度为16.76%，样品分布主峰在15-25%之间，平均渗透率为18.7×10-3um2，残余油饱和度平均为30.83%，物性特征呈中低孔隙度和中低渗透率。 本区油层的润湿性具非均质特点，高渗透层多表现为中性或偏亲油，而低渗透层则多表现为偏亲水。在偏亲油的砂岩模型中，残余油主要分布于颗粒表面、小孔隙、孔隙角隅和死孔隙之中；而在偏亲水的砂岩模型中，残余油则主要以孤立的油滴分布于孔隙之间。 2.储层敏感性分析 2.1水敏伤害 跃进二号油田粘土矿物X衍射分析结果表明。伊利石是该地区的主要粘土矿物，其相对含量达40-90%；蒙脱石分布于浅层，其相对含量达10-50%；伊蒙混成矿物作为蒙脱石向伊利石转化的中间产物，则普遍分布于浅层和深层，相对含量在1-25%之间。 YⅡ264井E31地层的水敏实验和盐敏实验数显示，这些样品用标准盐水测得的渗透率远低于样品的克氏渗透率，下降幅度大于50%。美国岩心公司通过对
作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。由于粘土矿物颗粒细小（<0.01mm），比表面极大，并具有特殊的结构组成，因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。当与外来流体接触时，粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道，造成储层渗流能力的下降，损害油气层。因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。 通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定，测定结果见表1。 表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表 根据X衍射和扫描电镜分析，韭菜园子组砂层以蒙皂石（包括蒙脱石和皂石两个亚族）为主，63％～98％，平均87.8％；其次为伊/蒙混层（20％～99％，平均72.76％），绿泥石（1％～55％，平均9.33％），另有高岭石（1％～12％，平均5.74％）和伊利石（2％～16％，平均6.24％）（见表1）。 对韭菜园子组敏感性的简单分析：（供参考） 韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多，伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。 韭菜园子组绿泥石含量相对较高（平均9.33％），绿泥石是酸敏性矿物，酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀（酸敏）。另外伊利石和高岭石是速敏性矿物，易造成颗粒运移堵塞地层。
粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用 一、粘土矿物类型 粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐，因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类，他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物，矿物成分与母源区岩石类型关系密切；自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物，如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。 粘土矿物的粒度细小，其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状，结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状（埃洛石）或纤维状（坡缕石和海泡石）。 晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+，常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去，但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水，经低温（100～150℃）加热后就可脱出，同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水，这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体，改善了它的性能，扩大了应用范围，还可作为分析鉴定矿物的依据。此外，粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝，或者层间水分子的失去，都使折光率与双折射率增大。 粘土矿物的形成方式有三种：①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩，可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。 高岭土主要用作陶瓷原料、造纸的填料和涂层；主要由蒙脱石构成的膨润土用于作
储层的敏感性特征及开发过程中的变化 摘要：由于储层岩石和流体的性质，储层往往存在多种敏感性，即速敏、水敏、盐敏、 酸敏、碱敏、应力敏感性和温度敏感性等七种敏感性。不同的敏感性产生的条件和产生的影响都有各自的特点。本文主要从三个部分研究分析了储层的敏感性特征。即：粘土矿物的敏感性；储层敏感性特征；储层敏感性在开发过程中的变化。通过这三个方面的研究，希望能给生产实际提供理论依据，进而指导合理的生产。 关键词：粘土矿物；储层；敏感性 1．粘土矿物的敏感性特征 随着对储层研究进一步加深，除了进行常规的空隙结构和空隙度、渗透率、饱和度等的研究外，还必须对储层岩心进行敏感性分析，以确定储层与入井工作液接触时，可能产生的潜在危险和对储层可能造成伤害的程度。 由于各种敏感性多来至于砂岩中粘土矿物，因此它们的矿物组成、含量、分布以及在空隙中的产出状态等将直接影响储层的各种敏感性。 1.1 粘土含量 在粒度分析中粒径小于5um 者皆称为粘土，其含量即为粘土总含量。当粘土矿物含量在1%~5%时，则是较好的油气层，粘土矿物超过10%的一般为较差的油气层[1]。 1.2 粘土矿物类型 粘土矿物的类型较多，常见的有蒙皂石、高岭石、绿泥石、伊利石以及它们的混层粘土[2]。粘土矿物的类型和含量与物源、沉积环境和成岩作用阶段有关。不同类型的粘土矿物对流体的敏感性不同，因此要分别测定不同储集层出现的粘土矿物类型，以及各类粘土矿物的相对含量。目前多彩采用X 射线衍射法分析粘土矿物。常见粘土矿物及其敏感性如表 1 所示。 1.3 粘土矿物的产状 粘土矿物的产状对储层内油气运动影响较大，其产状一般分为散状（充填式）、薄层状（衬底状）和搭桥状[1]。在三种粘土矿物类型中，以分散式储渗条
文章编号:1001-909X (2008)01-0058-07 收稿日期: 2006-05-15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40476050) 作者简介:邱中炎(1981-),男,广西柳州市人,硕士研究生,主要从事海洋环境记录方面的研究。 南海粘土矿物组合特征及其环境意义 邱中炎 1,2 ,沈忠悦3,韩喜球 1,2 ,陈建芳 1 (1.国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州 310012; 2.国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州 310012; 3.浙江大学地球科学系,浙江杭州 310027) 摘 要:利用X 射线衍射法(X RD )对南海12个海底表层沉积物和20个悬浮物样品中粘土矿物组成和分布特征进行了综合分析。结果表明:(1)研究区的表层沉积物粘土矿物以伊利石为主,其次为绿泥石、高岭石、伊/蒙间层矿物以及蒙皂石;悬浮物粘土矿物是以绿泥石为主,其次为高岭石、蒙皂石、伊利石以及伊/蒙间层矿物。(2)粘土矿物的组成和分布特征主要受气候条件、物质来源、水动力条件及相互间稀释作用的制约。伊利石的含量随离岸距离和水深的增加呈增大趋势;高岭石则在近岸区特别是河口区富集;绿泥石在西部沿岸海区的含量较低,在东部岛弧和北部台湾岛附近海区的含量较高;蒙皂石与火山作用密切相关,在东部火山岛弧附近海区含量较高。(3)粘土沉积物的来源以河流输入为主,海洋自生和风尘搬运对该区的沉积影响不大。(4)深海悬浮物粘土矿物的组成变化能够很好地指示短尺度气候环境的变迁,伊利石的结晶程度对气候和环境变化反映灵敏,其随所处环境的压力增大而变差。 关键词:南海;粘土矿物;结晶度;环境意义中图分类号: P736.21 文献标识码:A 0 引言 南海背靠亚洲大陆、外绕岛弧,是一个典型的 半封闭性边缘海,其独特的地理位置和晚新生代以来的高沉积速率,引起了中外众多海洋地质学家的极大关注。海洋粘土矿物的分布非常广泛,它的组成和分布特征可以反映源区气候以及许多非气候条件,如物质来源、沉积环境和水动力条件等。对粘土矿物的组合、含量、粒度分布特征以及结构特点的深入研究,可为了解粘土矿物的形成、推测来源区气候环境的特征及沉积环境提供有益的信息,对解决相关的地质科学问题、改善生态环境具有重要意义。前人对南海表层沉积物中的粘土矿物特征曾进行了大量的研究[1-6] ,本文在对其组合特征进行研究的同时,还对不同季节、不同水深采集到的悬浮物样品中粘土矿物组合特征进行了研究,为未来南海粘土矿物来源及在时间和空间上变化的进一步研究提供科学依据。 1 样品及实验方法 本文共采集了32个样品,其中12个样品来自于南海海底表层沉积物,20个样品来自于南海N E 2站位(17.2534°N 、119.5013°E )的海洋悬浮物(图1)。 表层沉积物样品是利用箱式采集器采集的,悬浮物样品是1998年7月8日～1999年4月30日利用悬浮物采集器采集的。采集悬浮物时,将各采集器悬挂于浅、中、深3种不同水深处,当悬浮物缓慢沉淀到采集器中后,将悬浮物取出,经低温冷冻烘干后密封保存,供实验室分析和测量使用,采集的周期为半个月至一个月不等。 实验室分析和测量步骤如下:(1)原样品经醋酸处理去除碳酸盐矿物后,用离心法分离,获得粒级小于2μm 的粘土矿物;(2)采用自然沉降法制取定向样品,并进行X 射线衍射(X RD)分析;(3)自然定向样品在60℃的乙二醇饱和蒸汽中恒温16h, 第26卷 第1期2008年3月 海 洋 学 研 究 JOURNAL OF MARINE S CIENC ES V ol.26 N o.1M a r., 2008
粘土矿物在地质、环境、材料科学领域中的应用 随着人类对粘土矿物研究的日益深入以及粘土矿物在各领域中的应用日益加深，粘土矿物的独特性质正越来越受到人们的关注。粘土矿物分布的广泛性、特有的物理、化学、晶体结构的性质及其形成机理的独特性，决定了它在地质、环境、材料科学领域应用中的重要意义。 1.粘土矿物的结构特征概述 粘土矿物是颗粒细小（<0.1mm）的含水层状结构硅酸盐矿物，其结构单元层是由si-o四面体片与Al-o八面体片按不同的规律连结起来而构成，按其连结方式的不同把粘土矿物分为1:1和2:1两种结构类型，前者如高岭石，后者如蒙脱石、伊利石、凹凸棒石等。粘土矿物结构单元层内部因发生离子的类质同象置换，比如四面体中Si离子被Ai离子置换，八面体中Ai离子被Fe、Mg离子置换，从而使其单元层表面具有电性。此外，粘土矿物颗粒细小，比表面积大，因而，粘土矿物会表现吸附性、离子交换性、胶体性、分散性和催化性，这些特征在地质、环境、材料科学领域中具有十分重要的意义。 在粘土矿物中，硅、铝、氧是其中最主要的元素。在这些粘土矿物中，硅和氧结合生成硅氧四面体，铝和氧结合生成铝氧八面体，其中硅氧四面体分布在同一个平面内，彼此以三个角顶相连，从而形成二维延展的网层即四面体片。同样，铝氧八面体共用边角形成了八面体片。这些铝氧四面体片和硅氧八面体片又共用氧原子，将不同的片结合在一起，形成层状结构。 粘土矿物除少数为非晶质外，大多是是由按四面体配位阳离子(Si4+、Al3+、Fe3+)和按八面体配位阳离子（Al3+、Fe3+、Fe2+、Mg2+）组成层状或链状的硅酸盐化合物。层状硅酸盐的基本结构单元是硅氧四面体层或水镁石层或三水铝石八面体层。粘土矿物可分为高岭石类、蒙脱石类和云母类等。高岭石为1:1型结构，基本式为Si4Ai4O10（OH）8，个单元层间距小，小分子或阳离子很少有机会进入层际空隙中，故层际通常不发生离子交换，而是在粘土的表面和边、角发生。蒙脱石类和云母类粘土均为2:1型结构其基本式为Si3Ai4O20（OH）4·nH2O，由于同晶置换，这两种类型的粘土矿的离子交换除在层面的边、脚上发生，更多是由层际间的阳离子交换而形成。 2.粘土矿物在石油地质中的应用
1、什么叫做储层敏感性？储层敏感性包含哪些方面？ 答：广义概念：油气储层与外来流体发生各种物理或化学作用而使储层孔隙结构和渗透性发生变化的性质，即称为储层的敏感性。 狭义概念：储层与不匹配的外来流体作用后，储层渗透性往往会变差，会不同程度地损害油层，从而导致产能损失或产量下降。因此，人们又将储层对于各种类型储层损害的敏感性程度，称为储层敏感性。 储层敏感性包含：速敏性、水敏性、盐敏性、酸敏性和碱敏性。 2、简略概述如何评价储层的敏感性？ 答：储层敏感性评价包括两方面的内容：一是从岩相学分析的角度，评价储层的敏感性矿物特征，研究储层潜在的伤害因素；二是在岩相学分析的基础上，选择代表性的样品，进行敏感性实验，通过测定岩石与各种外来工作液接触前后渗透率的变化，来评价工作液对储层的伤害程度。 3、在注水开发过程中储层的性质会有哪些变化？ 答：1）储层岩性参数的变化；2）储层物性参数的变化；3）储层孔隙结构参数的变化；4）储层含油性的变化；5）储层渗流参数的变化。 4、储层速敏的机理是什么？开发过程中应注意哪些问题？ 答：在储层内部，总是不同程度地存在着非常细小的微粒，这些微粒或被牢固地胶结，或呈半固结甚至松散状分布于孔壁和大颗粒之间。当外来流体流经储层时，这些微粒可在孔隙中迁移，堵塞孔隙喉道，从而造成渗透率下降。 在开发过程中：1）确定油井不发生速敏伤害的临界产量；2）确定注水井不发生速敏伤害的临界注入速率，如果注入速率太小，不能满足配注要求，应考虑增注措施；3）确定各类工作液允许的最大密度。 5、储层水敏的机理是什么？开发过程中应注意哪些问题？ 答：在储层中，粘土矿物通过阳离子交换作用可与任何天然储层流体达到平衡。但是，在钻井或注水开采过程中，外来液体会改变孔隙流体的性质并破坏平衡。当外来液体的矿化度低（如注淡水）时，可膨胀的粘土便发生水化、膨胀，并进一步分散、脱落并迁移，从而减小甚至堵塞孔隙喉道，使渗透率降低，造成储层损害。 开发中的应用：1）如无水敏，则进入地层的工作液的矿化度只要小于地层水矿化度即可，不做严格要求；2）如果有水敏，则必须控制工作液的矿化度大于Cc1；3）如果水敏性较强，在工作液中要考虑使用粘土稳定剂。 6、储层酸敏的机理是什么？开发过程中应注意哪些问题？ 答：油层酸化处理是油井开采过程中的主要增产措施之一。酸化的主要目的通过溶解岩石中的某些物质以增加油井周围的渗透率。但在岩石矿物质溶解的同时，可能产生大量的沉淀物质，如果酸处理时的溶解量大于沉淀量，就会导致储层渗透率的增加，达到油井增产的效果，反之，则得到相反的结果，造成储层损害。
粘土矿物在环境保护中的应用 杨飞华姜志刚郑学松 （北京市建材科学研究院北京100041） 摘要无机非金属环境矿物材料基于其不同的性能广泛用于空气污染处理、废水处 理和固体废弃物处理的环境治理，并在节能保温材料方面、在降噪隔声方面、在无形磁波污染 控制方面、在自然灾害防治方面、在太阳能材料应用方面、在传动系统减震方面、在新型抗菌 材料方面、在人体健康材料方面等都将起到重要作用， 1．粘土矿物材料的研究现状 人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高，许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求，因而非金属矿物材料的发展十分迅速，如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%，采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重，节约了钢材；发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时，伴随着矿物材料的深加工技术的发展，矿物材料的利用价值和应用领域不断提高，如散装膨润土30美元/吨，而有机膨润土2400-3600美元/吨；重晶石散装未碎者40美元/吨，而药物级达2560美元/吨；石墨原矿500美元/吨，石墨密封材料7000美元/吨，而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强，使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。 新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸多领域的应用受到限制。随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。因此,特种矿 2．粘土矿物在环境治理中的应用 虽然物质文明提高、人类在创造物质文明的同时，也在不断破坏人类赖以生存的空间环境，地球温室效应、酸雨现象、高新技术产生的污染、臭氧层的穿孔、地球资源的枯竭、废弃物的增加等对地球环境的破坏越来越严重，保护环境、治理环境、有机地协调经济发展与生态环境保护已成为我国21世纪可持续发展的战略目标的重要内容。随着“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”绿色材料新概念的提出，矿物材料不仅是绿色材料主要组成，而且在环境保护和环境治理中起着重要的作用。 2.1矿物材料在治理空气污染中的应用 大气污染系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现足够的浓度，达
粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用 一、粘土矿物类型 粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐，因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类，他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物，矿物成分与母源区岩石类型关系密切；自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物，如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。 粘土矿物的粒度细小，其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状，结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状（埃洛石）或纤维状（坡缕石和海泡石）。 晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+，常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去，但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水，经低温（100～150℃）加热后就可脱出，同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水，这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体，改善了它的性能，扩大了应用范围，还可作为分析鉴定矿物的依据。此外，粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝，或者层间水分子的失去，都使折光率与双折射率增大。 粘土矿物的形成方式有三种：①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩，可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。 高岭土主要用作陶瓷原料、造纸的填料和涂层；主要由蒙脱石构成的膨润土用于作钻井泥浆、精炼石油的催化剂和漂白剂、铁矿球团的粘结剂和铸形砂粘合剂；凹凸棒石粘土和海泡石粘土是制造抗盐泥浆的优质原料、油脂的脱色剂和吸收剂。 下面我们介绍一下常见的几种粘土矿物： 1、蒙脱石
1?流速敏感性实验 油气储集层在采油、注水等过程中，当流体在地层中流动速度增大到一定时，引起地层中微粒运移并堵塞喉道处造成渗透率的下降，引起渗透率明显下降的流体流动速度称为该岩石的临界流速（V c）。流速敏感性实验的目的在于确定合理的注采速度提供科学依据。 流速敏感性实验所用岩样是绥1油田冷冻取心岩样，岩样两端添加丝网，周壁为铅皮包裹。实验中为了保证岩样与岩芯夹持器钢套间无串流，用环氧树脂填封岩样与钢套间的间隙，环氧树脂固化后岩样进行驱替实验，实验流速的确定相同于常规流速敏感性实验。 用地层水作介质，进行了流速敏感性实验，结果如表1所示。 根据表1的综合数据，可以得到如下的结论和认识： 胜利油田储层敏感性分析 张宁 哈尔滨石油学院石油工程学院 黑龙江 哈尔滨 150027 摘要：本文利用储集层真实岩石，通过敏感性评价实验可帮助了解在钻井和开发过程中储层损害的因素，以便合理设计储层保护方案。 关键词：渗透率?储层损害?敏感评价 Analysis?of?reservoir?sensitivity?in?Shengli?Oilfield Zhang?Ning School of Petroleum Engineering；Harbin Petroleum College， Heilongjiang Harbin 15002 Abstract：This?paper?uses?the?real?reservoir?rock，through?the?sensitivity?evaluation?experiment?can?help?us?understand?the?factors?in?the?development?process?of?drilling?and?reservoir?damage，so?that?the?reasonable?design?of?reservoir?protection?scheme. Keywords：permeability；?Reservoir?damage；?Sensitivity?evaluation 表1?绥1油田储层流速敏感性实验结果 区块井号岩样号深度/m Kg/μm2孔隙度，%临界流速/ （m·d-1） 速敏损害指数损害程度备注 G G1*******.70 6.81834.8912.710.319中等261538.05 1.43532.6718.180.289弱321550.85 2.73833.1713.470.306中等 B B72-11428.150.51728.53 5.2460.349中等 2-21431.850.59629.157.7020.319中等 2-31433.68 1.55331.5414.240.171弱 4-21373.780.09826.59.850.057弱 胜利油田测 试结果 1-61347.600.26230.310.940.123弱 3-71372.84 2.97929.8无 5-21428.41 3.54233无 1）速敏实验结果表明，G区岩样的临界流速在12.71～18.18m/d之间，速敏损害指数为0.289～0.319，速敏损害程度为弱至中等。 2）B区岩样的临界流速为2.64～14.24m/d。速敏损害程度为弱至中等偏强。 2?水敏性评价? 在油层钻开之前，粘土矿物与地层水达到膨胀平衡，在作业过程中，钻井液中的化学成分和矿化度都与地层水不一致，而使得岩石中的粘土进一步膨胀而造成储层的损害。进行水敏性评价实验的目的就是要了解这一膨胀、分散、运移的过程，以及最终使油气层渗透率下降的程度。 水敏损害程度与岩石中粘土的种类和含量有关，水敏性最强的粘土矿物是蒙脱石，其次是伊/蒙混层；可膨胀性粘土含量越高，水敏性损害越强。由绥1油田粘土矿物分析结果知，B区块和G区块岩石中伊蒙混层矿物含量很高，因此导致了油田具有中等偏强至极强的水敏性。 3?盐敏评价实验 盐敏性实验是指由高到低逐渐改变通过岩样的流体矿化度，测定不同矿化度下岩样渗透率的变化。其目的是了解储层对所接触流体矿化度变化的敏感性程度，找出盐度递减条件下渗透率明显下降的临界矿化度，从而为油田入井流体矿化度的选择提供依据。 绥1油田岩样的盐敏实验结果如表2所示。 129
粘土矿物在环境保护中的应用 黏土的用途黏土 1．粘土矿物材料的研究现状 人类社会的发展史就是人们利用矿物材料的文明史。随着科学技术的发展和工业化程度的不断提高，许多金属材料的性能已不能适应高强、高速、高温、轻质、绝缘、耐腐蚀等方面的要求，因而非金属矿物材料的发展十分迅速，如美国汽车工业中轿车钢铁构件已由占81%降为61%，采用由非金属材料制成的构件大大减轻了车重，节约了钢材；发达国家一些原来从事钢铁、造船等行业的研究已转向新型材料及新型陶瓷的研究。同时，伴随着矿物材料的深加工技术的发展，矿物材料的利用价值和应用领域不断提高，如散装膨润土30美元/吨，而有机膨润土2400-3600美元/吨；重晶石散装未碎者40美元/吨，而药物级达2560美元/吨；石墨原矿500美元/吨，石墨密封材料7000美元/吨，而石墨乳10000美元/吨。近年来无机非金属矿物材料在环境保护中的应用不断加强，使矿物材料成为治理、修复环境污染的环境材料。 新型材料是发展高新技术产业的重要支柱之一,随着材料结构向多元化、功能化、智能化发展,矿物材料已成为现代材料科学的重要组成部份。传统的或一般的矿物材料的应用是直接利用矿物(包括部分岩石)本身所具有的物理化学性质和工艺特性,而且只作为单一性能或低性能的一般材料来应用。如陶瓷矿物材料、建筑矿物材料、化工矿物材料和冶金辅助矿物材料等,这种传统的矿物材料都是低值材料或产品,并由于其本身性能的局限性或未得以强化增强,因而在诸多领域的应用受到限制。随着科学技术的发展,矿物材料正在向轻型、高纯、精细和复合方向发展,具有特殊功能的矿物材料已成为新型材料和应用技术研究开发的主流。因此,特种矿 2．粘土矿物在环境治理中的应用 虽然物质文明提高、人类在创造物质文明的同时，也在不断破坏人类赖以生存的空间环境，地球温室效应、酸雨现象、高新技术产生的污染、臭氧层的穿孔、地球资源的枯竭、废弃物的增加等对地球环境的破坏越来越严重，保护环境、治理环境、有机地协调经济发展与生态环境保护已成为我国21世纪可持续发展的战略目标的重要内容。随着“在原料采用、产品制造、使用或者再生循环以及废料处理等环节中对地球负荷最小和最有利于人类健康的材料”绿色材料新概念的提出，矿物材料不仅是绿色材料主要组成，而且在环境保护和环境治理中起着重要的作用。 2.1矿物材料在治理空气污染中的应用 大气污染系指由于人类活动和自然过程引起某种物质进入大气中，呈现足够的浓度，达到足够的时间，并因此而危害了人体健康，舒适感或环境。大气污染物按其存在状态可分为气溶胶污染物和气态污染物两大类。其中气态污染物在一定的条件下可转化为气溶胶态污染
粘土矿物分析 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT
作为岩石组分的粘土矿物其含量、种类及其分布、产状等对地层伤害有着非常密切的关系。由于粘土矿物颗粒细小（<0.01mm），比表面极大，并具有特殊的结构组成，因此它们对外来作业流体如注入水、压裂液、酸化液、压井液等的侵入极为敏感。当与外来流体接触时，粘土矿物往往会发生膨胀、微粒运移、生成某种沉淀等从而堵塞储层油气流动的孔隙通道，造成储层渗流能力的下降，损害油气层。因此了解粘土矿物的性质对油田开发十分重要。 通过X射线衍射分析和扫描电子显微镜技术可以确定岩石中粘土矿物的含量、分布及产状等。选取了西泉5井的部分岩石样品进行了上述测定，测定结果见表1。 表1 西泉5井区三叠系储层粘土矿物含量统计表 根据X衍射和扫描电镜分析，韭菜园子组砂层以蒙皂石（包括蒙脱石和皂石两个亚族）为主，63％～98％，平均％；其次为伊/蒙混层（20％～99％，平均％），绿泥石（1％～55％，平均％），另有高岭石（1％～12％，平均％）和伊利石（2％～16％，平均％）（见表1）。 对韭菜园子组敏感性的简单分析：（供参考） 韭菜园子组伊/蒙混层和绿/蒙混层含量较多，伊/蒙混层和绿/蒙混层是遇水易膨胀的矿物，易发生粘土膨胀和分散造成地层伤害。 韭菜园子组绿泥石含量相对较高（平均％），绿泥石是酸敏性矿物，酸化时易造成氢氧化铁胶体沉淀（酸敏）。另外伊利石和高岭石是速敏性矿物，易造成颗粒运移堵塞地层。 粘土矿物分析在储层潜在敏感性评价中的应用
一、粘土矿物类型 粘土矿物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶体一般小于2微米，主要是含水的铝、铁和镁的层状结构硅酸盐矿物。有的在其成分中还有某些碱金属或碱土金属存在。粘土矿物包括高岭石族矿物、蒙皂石、蛭石、粘土级云母、伊利石、海绿石、绿泥石和膨胀绿泥石以及有关的混层结构矿物，此外还包括具过渡性的层链状结构的坡缕石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶质的水铝英石。除水铝英石外均属层状或层链状结构硅酸盐，因此粘土矿物可按层状结构硅酸盐矿物的分类来划分。粘土矿物按成因可分为他生粘土矿物和自生粘土矿物两类，他生粘土矿物主要是来自沉积物源区的陆源矿物，矿物成分与母源区岩石类型关系密切；自生粘土矿物为储层在特定成岩阶段化学反应析出的矿物，如自生绿泥石、自生高岭石等。不同成因粘土矿物通常具有不同的矿物组合、产状、晶形和分布规律等特征。 粘土矿物的粒度细小，其大小和形态需用电子显微镜才能测定。多数粘土矿物如伊利石等呈鳞片状，结晶良好的高岭石则呈完整的假六方片状。少数粘土矿物呈管状（埃洛石）或纤维状（坡缕石和海泡石）。 晶体结构与晶体化学特点决定了它们的如下一些性质。①离子交换性。具有吸着某些阳离子和阴离子并保持于交换状态的特性。一般交换性阳离子是Ca2+、Mg2+、H+、K+、(NH4)+、Na+，常见的交换性阴离子是(SO4)2-、CI-、(PO4)3-、(NO3)-。产生阳离子交换性的原因是破键和晶格内类质同象置换引起的不饱和电荷需要通过吸附阳离子而取得平衡。阴离子交换则是晶格外露羟基离子的交代作用。②粘土-水系统特点。粘土矿物中的水以吸附水、层间水和结构水的形式存在。结构水只有在高温下结构破坏时才失去，但是吸附水、层间水以及海泡石结构孔洞中的沸石水都是低温水，经低温（100～150℃）加热后就可脱出，同时象蒙皂石族矿物失水后还可以复水，这是一个重要的特点。粘土矿物与水的作用所产生的膨胀性、分散和凝聚性、粘性、触变性和可塑性等特点在工业上得到广泛应用。③粘土矿物与有机质的反应特点。有些粘土矿物与有机质反应形成有机复合体，改善了它的性能，扩大了应用范围，还可作为分析鉴定矿物的依据。此外，粘土矿物晶格内离子置换和层间水变化常影响光学性质的变化。蒙皂石族矿物中的铁、镁离子置换八面体中的铝，或者层间水分子的失去，都使折光率与双折射率增大。 粘土矿物的形成方式有三种：①与风化作用有关。风化原岩的种类和介质条件如水、气候、地貌、植被和时间等因素决定了矿物种和保存与否。②热液和温泉水作用于围岩，可以形成粘土矿物的蚀变富集带。③由沉积作用、成岩作用生成粘土矿物。