理论研究 山泰工案技术 ２５６ 泥页岩理化分析后的粗略分类 罗新辉 （１．湖南科技大学土木工程学院；２．岩土工程稳定控制与健康监测湖南省重点实验室，湖南湘潭４１ １ ２０１） 摘要：近些年，伴随着石油天然气等稀缺资源的不断开发利用，对－Ｉ－￣－种稀缺资源的不断减少，如何高效的保护和开发这种稀缺资源，成了 工程师们十分在意的点，而井壁失稳便是石油钻井中常常遇到的技术难题，而绝大多数的井壁失稳，都与泥页岩的分类以及理化性质的分析有 着密不可分的关系，本文便结合国内外常用的泥页岩理化分析方法来粗略的给泥页岩进行分类。 关键词：泥页岩；理化分析；分类 ＤＯＴ：１０．１６６４０／ｊ．ｃｎｋｉ．３７—１２２２／ｔ．２０１７．１１．２３４ １泥页岩的介绍 泥页岩是一种发育不完善的过渡性岩石类型，它介于泥岩和页岩 之间，孔径分布不均，结构复杂，遇水极易膨胀，虽然是组织油气逸 散的良好隔绝层，但是却因为理化性质不同、机理特征差异分为不同 的类型，一直没有统一的分类标准，国内外工程技术人员也是提出了 诸多的分类方案，拥有各自的适用性。 美国的Ｒ．ＤＪｏｎｅｓ根据泥页岩中的矿物质含量、矿物质组分、矿物 质强度以及基质特性将泥页岩分为了五类，而在国内，徐同台也提出 了中国含油气盆地井壁不稳定地层的六大类八亚类分法，甚至在中华 人民共和国石油天然气行业标准中更是提出了泥页岩理化性能试验方 法，明确规定了泥页岩的密度测试、膨胀试验、分散实验、阳离子交 换容量测定、吸附等温线测试、水溶性盐分析等试验方法，如此之多 的国内外学者不断地探索分析，只能说明泥页岩在石油天然气开发 中的重要之处以及泥页岩理化分析的类型差异。 ２泥页岩的构成 泥页岩构成复杂，大致成分可分为三类，一类是非黏土矿物，包 括石英、方解石、白云石等等，这类非黏土矿物存在广泛，研究起来 也比较简单，并非影响泥页岩作为石油天然气开发中井壁不稳的关键 因素；第二类晶体性黏土矿物，包括蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭 石等，这类晶体黏土矿物主要是降低泥页岩的水化膨胀能力和阳离子 交换能力；而第三类则是非晶体黏土矿物，包括蛋白石等，而在这三 类矿物中，又可以分为含蒙脱石黏土矿物的膨胀性泥页岩和不含蒙脱 石矿物的弱膨胀性泥页岩，而伊利石和蒙脱石的含量，则主要影响着 泥页岩的阳离子交换能力，而现如今，对于不含蒙脱石矿物的泥页岩 研究还处于比较低的阶段，其影响因素太多，更需要加大研究力度。 ３泥页岩的理化性能分析 泥页岩地层分类主要跟泥页岩的回收率、膨胀率和阳离子交换容 量等相关，这些理化性能是研究不同泥页岩分类的重要指标，也是石 油天然气开发的技术难点，工程技术人员通过ｘ射线衍射方法获取泥 页岩地层的矿物种类和矿物资料，然后通过研究这些矿物种类的理化 性能，来得出泥页岩的不同分类，在通过反复的研究实验之后，得出 晶体黏土矿物、非晶体黏土矿物、可溶性盐和非黏土矿物的组成和性 质对泥页岩的井壁失稳和油气隔绝形成主要影响，所以下面我们就简 单的分析一下这四类矿物的理化性能，以便浅显的对泥页岩进行粗略 的分类。 ３．１ 晶体黏土矿物 通过ｘ射线衍射泥页岩，我们得到了晶体黏土矿物的粗略组成： 蒙脱石、伊利石、高岭石和绿泥石，其中伊利石和蒙脱石之间形成了 排列有序的间层，而伊利石含量往往最高，而根据这几种矿物的组成 往往决定着晶体黏土矿物呈现的理化特性。 当蒙脱石为黏性矿物时，由于晶体的取代作用，黏土矿物带有较 大负电荷，可以吸附大量的水合阳离子进入蒙脱石和伊利石的间层， 使的两种矿物之间的间距增大，所以这个晶体黏土便属于膨胀性。 当高岭石为黏性矿物时，蒙脱石和伊利石之间的间层更紧密，晶 体无法取代，因此阳离子交换容量便低，不容易进入蒙脱石和伊利石 的间层，因此膨胀性变差，但是水却可以从裂缝进入导致剥蚀。 当伊利石占比较多时，所带电荷便大于了蒙脱石，使的间层静电 吸附能力变强，导致水不易进入，水化作用无法作用于晶体内部，基 本只能影响表面，这种情况时，伊利石与泥页岩的理化性能便主要取 决于跟伊利石和蒙脱石之间的间层的相对比例。 当绿泥石占比较高时，则是层状硅酸盐矿物，使的蒙脱石和伊利 石之间的间层充满了带有正电荷的水镁石或者三水铝石，让氢氧化物 具有更高的热稳定性，属于非膨胀性矿物。 ３－２非晶体黏土矿物 非晶体黏土矿物包含的矿物种类较晶体黏性矿物少了很多，大致 包括三水铝石和蛋白石，乃是其他矿物转化为黏土矿物的最终产物， 它与晶体黏土矿物呈对比趋势，晶体黏土矿物多，则它就相对减少， 而它其中的不稳定矿物则会因为地质作用大部分会逐渐转化成晶体黏 土矿物。 ３．３可溶性盐 可溶性盐的存在主要是便于工程技术人员推断泥页岩中的水成分 和水型，并且判断其中所含的特征离子的含量，由此判断出泥页岩的 理化特性，比如可溶性盐中常含有钾离子，而钾离子的存在便是判断 泥页岩理化特性的一个依据，当钾离子含量较高时，则泥页岩中的膨 胀率以及阳离子交换容量都会明显降低，而相对的回收率则会有所提 高。 ３．４非黏土矿物 非黏土矿物本质影响泥页岩的理化特性是因为它其中的胶结物对 于回收率的影响，比如硅质胶和钙胶的占比，就会对泥页岩的硬度和 回收率造成影响，而这种影响就会间接的影响到泥页岩的分类。 ４结论 通过对常用泥页岩分类方法的研究发现，泥页岩的分类不单单只 是依靠对于泥页岩理化特性的分析就能够轻松得出的，它还需要了解 泥页岩的力学特征、井壁分析模型以及现有油井开采技术等结合起来， 针对不同类型的泥页岩的地层结构，采取不同的泥页岩分析方法，才 能够在油田开发，石油天然气开采的工程项目上取得良好的效果。 现如今常用的ＢＰ神经网络预测泥页岩地层的理化特性，也是基 于对泥页岩各个方面的研究，采用网络算法，经过大量的实验数据计 算，得出一定的泥页岩理化特性，以便于石油天然气的开采。 泥页岩的分类是一项重大的，有难度的工程难题，是需要我们工 程技术人员不断地去试验，去实践，通过一次次的模拟来得出越来越 便捷，越来越准确的分类方式，不管是国内还是国外，这都是所有工 程技术人员一致的目标和追求。 参考文献： 【１】徐同台．国外不稳定泥页岩分类简述【Ｊ］．钻井液与完井液，１９８９， Ｏ６（０２）：３２—３４． ［２］王怡，刘修善，曾义金，光新军．泥页岩综合分类方法探索［Ｊ】． 钻井液与完井液，２０１４，０７（０４）：８２—８４． ［３】刘波，鄢捷年，李静．泥页岩分类的ＢＰ神经网络办法［Ｊ】．石油 钻采工艺，２００３，０８（０４）：２０－２２．
