一、粘土礦物型別
粘土礦物(clay minerals)是粘土和粘土岩中晶體一般小於2微公尺，主要是含水的鋁、鐵和鎂的層狀結構矽酸鹽礦物。有的在其成分中還有某些鹼金屬或鹼土金屬存在。粘土礦物包括高嶺石族礦物、蒙皂石、蛭石、粘土級雲母、伊利石、海綠石、綠泥石和膨脹綠泥石以及有關的混層結構礦物，此外還包括具過渡性的層鏈狀結構的坡縷石（凹凸棒石）和海泡石以及非晶質的水鋁英石。
除水鋁英石外均屬層狀或層鏈狀結構矽酸鹽，因此粘土礦物可按層狀結構矽酸鹽礦物的分類來劃分。粘土礦物按成因可分為他生粘土礦物和自生粘土礦物兩類，他生粘土礦物主要是來自沉積物源區的陸源礦物，礦物成分與母源區岩石型別關係密切；自生粘土礦物為儲層在特定成岩階段化學反應析出的礦物，如自生綠泥石、自生高嶺石等。不同成因粘土礦物通常具有不同的礦物組合、產狀、晶形和分布規律等特徵。
粘土礦物的粒度細小，其大小和形態需用電子顯微鏡才能測定。多數粘土礦物如伊利石等呈鱗片狀，結晶良好的高嶺石則呈完整的假六方片狀。少數粘土礦物呈管狀（埃洛石）或纖維狀（坡縷石和海泡石）。
晶體結構與晶體化學特點決定了它們的如下一些性質。①離子交換性。具有吸著某些陽離子和陰離子並保持於交換狀態的特性。
一般交換性陽離子是ca2+、mg2+、h+、k+、(nh4)+、na+，常見的交換性陰離子是(so4)2-、ci-、(po4)3-、(no3)-。產生陽離子交換性的原因是破鍵和晶格內類質同象置換引起的不飽和電荷需要通過吸附陽離子而取得平衡。陰離子交換則是晶格外露羥基離子的交代作用。
②粘土-水系統特點。粘土礦物中的水以吸附水、層間水和結構水的形式存在。結構水只有在高溫下結構破壞時才失去，但是吸附水、層間水以及海泡石結構孔洞中的沸石水都是低溫水，經低溫（100～150℃）加熱後就可脫出，同時象蒙皂石族礦物失水後還可以覆水，這是乙個重要的特點。
粘土礦物與水的作用所產生的膨脹性、分散和凝聚性、粘性、觸變性和可塑性等特點在工業上得到廣泛應用。③粘土礦物與有機質的反應特點。有些粘土礦物與有機質反應形成有機複合體，改善了它的效能，擴大了應用範圍，還可作為分析鑑定礦物的依據。
此外，粘土礦物晶格內離子置換和層間水變化常影響光學性質的變化。蒙皂石族礦物中的鐵、鎂離子置換八面體中的鋁，或者層間水分子的失去，都使折光率與雙折射率增大。
粘土礦物的形成方式有三種：①與風化作用有關。風化原岩的種類和介質條件如水、氣候、地貌、植被和時間等因素決定了礦物種和儲存與否。
②熱液和溫泉水作用於圍岩，可以形成粘土礦物的蝕變富集帶。③由沉積作用、成岩作用生成粘土礦物。
高嶺土主要用作陶瓷原料、造紙的填料和塗層；主要由蒙脫石構成的膨潤土用於作鑽井泥漿、精煉石油的催化劑和漂白劑、鐵礦球團的粘結劑和鑄形砂粘合劑；凹凸棒石粘土和海泡石粘土是製造抗鹽泥漿的優質原料、油脂的脫色劑和吸收劑。
下面我們介紹一下常見的幾種粘土礦物：
1、蒙脫石
鋁矽酸鹽礦物，常呈現蜂窩狀、絲絮狀等，比麵很大，有很強的吸水膨脹率，遇礦化度低的淡水等發生膨脹，體積可增大3 0倍以上，堵塞孔隙和吼道，影響滲透率，是對儲層傷害最大的水敏性黏土礦物。
2、伊利石
鋁矽酸鹽礦物，呈葉片狀、絲髮狀等貼附於顆粒表面或充填於粒間孔隙內。片狀等微晶把孔隙分割成許多小孔隙，增加了迂迴度；絲髮狀的容易被水沖移，堵塞孔隙和吼道，降低孔隙度和滲透率。
3、高嶺石
矽鋁酸鹽礦物，是長石的蝕變產物，呈書頁狀、蠕蟲狀、手風琴狀，多以孔隙充填的形式存在於粒間孔隙。其晶間結構比較松，在流體的沖刷下容易隨流體移動，堵塞、分割孔隙和吼道，尤其在細小吼道中，影響很大，是重要的速敏礦物。
4、綠泥石
鋁矽酸鹽礦物，常與自生石英共生，呈針葉狀、絨球狀、玫瑰花狀，在孔隙中的產狀有孔隙襯墊及孔隙充填。一般針葉狀綠泥石多為孔隙襯墊包於顆粒表面，絨球狀和玫瑰花狀的則充填在孔隙中。綠泥石可由黑雲母、角閃石、蒙脫石等礦物轉化而來，自生綠泥石一般富含**鐵離子，與鑽井液中的hcl等酸液作用容易產生沉澱，而造成儲層傷害，是酸敏性礦物。
5、伊蒙混層
蒙脫石向伊利石過渡的礦物，呈蜂窩狀、半蜂窩狀、棉絮狀等，隨埋深加大和溫壓的公升高而含量增多，有較強的水敏性。
6、綠蒙混層
是蒙脫石向綠泥石轉化中的產物，呈薄片狀體包於顆粒表面或充填於顆粒間，既有綠泥石的針葉狀結構，也有蒙脫石的網格狀結構。成分中也有綠泥石特徵，含有較多的鐵和鎂，有一定的酸敏和水敏性。
二、粘土礦物分析
儲層敏感性礦物分析，特別是粘土礦物組分分析對儲層敏感性研究具有很重要的作用。
1、粘土礦物分析鑑定中存在的問題
（1）樣品選取
樣品一定要具有代表性和真實性。代表性就是根據研究目標的需要，從層位、深度、岩性變化等方面選取有代表性的樣品。並要注意合理的取樣密度，一般情況下，岩性變化大時取樣間隔要小，反之要大。
如果研究儲集層，還要選取油、氣、水、幹層中的樣品。
真實性就是要選取研究目標所需要的真實樣品。由於粘土礦物對周圍環境具有敏感性，因此不取受到外來流體影響的樣品。例如取岩心砂岩樣品，注意避開岩心壁，因為它常受到鑽井過程中泥漿的影響。
如果是取岩屑樣品，一定要挑樣，防止上部掉塊。而且，砂岩不能用岩屑，因為砂岩的滲透性受泥漿影響大；取泥岩岩屑時，如果岩屑是細粉，也不能用，因為細粉既有上部掉下來的部分，又有泥漿等雜質的混入。
（2）分析前處理
許多分析專案（如x射線衍射、差熱分析、紅外光譜、化學分析、透射電鏡、穆斯堡爾譜等）都必須對岩樣進行前處理，即進行粘土分離。
（3）分析鑑定
由於粘土礦物是岩石中最細粒部分（多小於2μm），同時，每種分析方法往往有侷限性，因此應採用多種方法分析結果進行綜合鑑定。
x射線衍射分析該方法是粘土礦物分析中最有效的方法，它既可定性，又可定量。侷限性是不能分析礦物形態和產狀，另外，有些礦物（如高嶺石和迪開石）也難以區分。電鏡、能譜分析在x射線衍射分析基礎上，選擇一部分樣品（有代表性的礦物組合）進行電鏡和能譜分析。
掃瞄電鏡可分辨礦物的形態和產狀；能譜可測定每種礦物的化學成分。透射電鏡只測定礦物的形態（包括泥岩、砂岩等）。差熱和紅外光譜分析定向樣品的x射線衍射譜圖不能區分高嶺石和迪開石，非定向樣品（壓片）的x射線衍射譜圖雖可區分這兩種礦物，但也較複雜，樣品用量也較多，且一般不做壓片分析。
而差熱分析和紅外光譜分析用樣量少，且易區分這兩種礦物，高嶺石差熱分析的中溫吸熱谷比迪開石低100℃左右。該兩種礦物是高嶺石亞族中兩個不同的種，二者形成條件有很大區別。
不難看出，取樣、前處理和分析鑑定，是粘土礦物分析研究最重要的基礎工作，必須認真對待。這對我們在油田開發過程中研究儲層潛在敏感性具有很重要的意義。
三、儲層敏感性試驗分析
1、水敏試驗
注入水和黏土礦物接觸，使得黏土礦物膨脹、分散和運移，堵塞孔隙、吼道，降低滲透率。儲層中水敏礦物主要是蒙脫石，其膨脹性和層間陽離子種類有關，na-蒙脫石的膨脹性大於ca-蒙脫石和k-蒙脫石。水敏試驗應在模擬地層的溫壓條件下，且水流速低於臨界流速，排除速敏的干擾。
實驗用地層水、次地層水(蒸餾水稀釋一倍後的地層水)和蒸餾水作為驅替介質進行實驗，應參考試驗結果對注入水的礦化度進行控制，應高於能使黏土礦物明顯發生反應的臨界礦化度值，避免水敏反應。
2、速敏試驗
儲層中的微粒，注入水中的雜質和黏土礦物顆粒隨注入水移動，堵塞吼道，降低滲透率。在採用模擬地層水以消除其它影響的實驗中，流速超過某值時，滲透率急劇下降，該流速稱為臨界流速。高嶺石、絲狀伊利石和綠泥石等的碎片，都可以隨注入水而移動，造成儲層滲透率下降。
試驗為實際開發過程提供比較可靠的採出和注入速度，尤其是在注水開發過程中確定單井的合理注水速度。
3、酸敏試驗
將酸液（常用鹽酸和乙酸等）和滴入岩心樣品，酸液會和綠泥石、濁沸石等發生反應而產生沉澱，部分碳酸鹽礦物也可以和酸液反應生成沉澱物，使得滲透率下降。根據實驗結果結果可以為酸化時提供合適的酸液配方，選擇合適的酸液體系。
4、鹼敏試驗
矽酸鹽礦物(長石類、沸石類礦物)和氧化矽礦物(石英、蛋白石)等，若在強鹼性(ph>12)介質中黏土礦物可產生新的矽酸鹽沉澱物和矽凝膠體堵塞孔喉。通過鹼敏感性評價實驗可以了解油層岩石與不同p h值鹽水接觸作用下岩石滲透率的變化過程，找出鹼敏感性損害發生的條件(臨界ph值)以及由鹼敏感性引起的油層損害程度，為各種入井工作液ph值的確定提供依據。
5、鹽敏實驗
鹽敏感性是指儲層在系列鹽溶液中，由於黏土礦物會發生水化和陽離子交換使黏土層間距加大，產生分散、運移、膨脹而導致儲層滲透率下降的現象。實驗所用介質為不同礦化度的水樣，每更換一次礦化度，應先用該礦化度的溶液驅替10～15倍孔隙體積以上，驅替後，浸泡24 h以上，再用該礦化度鹽水驅替，穩定後測其滲透率。其結果作為作業時所用的注入水、泥漿等礦化度的參考值。
四、粘土礦物分析在研究儲層潛在敏感性中的應用
1、a油田三疊系砂岩儲層中，i、ⅱ油組以高嶺石為主，為20％-60％ ，ⅲ油組增加為40％-50％。但高嶺石往往區域性集中，成斑塊狀分布，甚至有的樣品粘土礦物集中分布於數個孔隙中，因此速敏性程度弱。
伊／蒙混層礦物i、ⅱ油組為5％-15％，ⅲ組為10％左右，故水敏性中偏弱。
綠泥石i、ⅱ油組為12％-48％，ⅲ油組為20％-40％，含量較高，故存在酸敏性損害。且土酸與粘土礦物產生矽沉澱，因此酸敏程度為中等偏強。
三疊系儲層臨界鹽度為2.5×104mg／l，且含有少量伊／蒙混層礦物，故鹽敏程度為中等偏弱。
三疊系儲層地層水礦化度為12.0×104-16.0×104mg／l，且為cacl2型水，ca2+ ：
0.553×lo4-1.32×104mg／l、mg2+：
500-900 mg／l，離子含量普遍較高，產層與高ph值流體接觸將會導致鈣、鎂沉澱，產生鹼敏性損害，故鹼敏程度中等。
2、西峰油田長8儲層精細研究表明，以孔隙襯墊形式存在的綠泥石含量與自生石英膠結物含量存在消長關係，當砂粒表面自生綠泥石包膜厚度大於3um時，能有效抑制石英和長石的再生長，當自生綠泥石包膜厚度很薄或缺失時，石英和長石再生長嚴重，壓溶嵌合、再生長作用強烈，可能嚴重堵塞粒間孔隙，使儲層孔隙度和滲透率大大降低 (圖1)
1 西峰油田長8孔隙襯墊綠泥石含量與自生石英含量關係
高嶺石是岩石與孔隙水在弱酸性沉積環境中發生化學反應的產物，高嶺石的析出常與岩石溶蝕作用伴生，高嶺石的產生必將填充儲層孔隙，而溶蝕作用常能夠形成部分次生孔隙，一定程度上緩解了高嶺石生成對儲層孔隙的影響，另外，高嶺石多呈散點式孔隙充填產狀，對儲層孔喉連通性的影響也很小(圖2)，因此，自生高嶺石的發育對儲層孔隙度的影響並不明顯。但由於高嶺石顆粒往往較大，在岩石顆粒表面附著不牢固，當外來流體或油氣層中流體以較高流速流經孔隙通道時，所產生的剪下力可能使高嶺石脫落並隨流體在孔道中發生移動，較大顆粒的高嶺石就有可能在喉道內形成堵塞，對注水開發的影響較大。
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