XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地的應(yīng)用

付連明　申延晴　曹光?！⌒列×痢垺『啤⑴屐?/p>

（中國(guó)石油新疆油田公司勘探公司，新疆　克拉瑪依　834000）

XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地的應(yīng)用

付連明申延晴曹光福辛小亮張浩劉佩煊

（中國(guó)石油新疆油田公司勘探公司，新疆克拉瑪依834000）

準(zhǔn)噶爾盆地構(gòu)造復(fù)雜，地層巖性類別多樣，且鉆井新工藝技術(shù)飛速發(fā)展，加大地層巖性識(shí)別的難度，易導(dǎo)致分層錯(cuò)誤、卡層失準(zhǔn)、取心漏失、套管少下等復(fù)雜事故發(fā)生。為了提高準(zhǔn)噶爾盆地勘探效率，新疆油田引進(jìn)XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)，并在準(zhǔn)噶爾盆地20余口井上進(jìn)行了探索性試驗(yàn)。結(jié)果表明，XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)的巖性識(shí)別準(zhǔn)確率高，實(shí)現(xiàn)了巖性識(shí)別從定性化到定量化，能夠現(xiàn)場(chǎng)快速分析識(shí)別火成巖、碳酸鹽巖等復(fù)雜巖性，并在特殊工藝下能夠準(zhǔn)確識(shí)別細(xì)末巖屑，為安全順利鉆井提供技術(shù)保障，是一項(xiàng)值得推廣應(yīng)用的巖性識(shí)別技術(shù)。

XRD衍射；巖性識(shí)別；工作原理；應(yīng)用情況

新疆油田位于準(zhǔn)噶爾盆地，該地區(qū)地層巖性類別多樣，且鉆井新工藝飛速發(fā)展，加大地層巖性識(shí)別的難度，極易導(dǎo)致分層錯(cuò)誤、卡層失準(zhǔn)、取心漏失、套管少下等事故發(fā)生。目前國(guó)內(nèi)巖性識(shí)別方法主要有以下3種：肉眼法定性巖性識(shí)別、巖屑圖像采集巖性分析技術(shù)、X射線熒光分析技術(shù)。肉眼法定性巖性識(shí)別，主要在肉眼下借助刻度放大鏡并結(jié)合顯微熒光薄片觀察不同巖石類型的主要礦物成分、結(jié)構(gòu)構(gòu)造等特征進(jìn)行巖性分析，但該方法對(duì)細(xì)小巖屑識(shí)別困難。巖屑圖像采集巖性分析技術(shù)，通過把細(xì)小巖屑成像放大后通過巖屑顏色區(qū)別砂泥巖，用數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法統(tǒng)計(jì)其含量，但這種方法統(tǒng)計(jì)誤差大，局限性較強(qiáng)。X射線熒光分析技術(shù)是運(yùn)用元素含量的差異進(jìn)行巖性識(shí)別，但對(duì)于混合巖的巖性識(shí)別局限性較強(qiáng)，由于其巖石中的礦物成分和結(jié)構(gòu)構(gòu)造很不均勻，混合巖巖性識(shí)別準(zhǔn)確度難以得到保證。為了解決這個(gè)問題，引入了XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)［1，2］。XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)適合現(xiàn)場(chǎng)快速直接分析礦物組成，能計(jì)算出各種礦物的相對(duì)含量，根據(jù)礦物組合來獲得測(cè)試樣品的巖性，提高巖性識(shí)別準(zhǔn)確度，解決空氣鉆井、PDC鉆頭下巖屑礦物組成定量分析及定名的問題［3，4］。該技術(shù)是在準(zhǔn)噶爾盆地尚屬首次應(yīng)用，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)能為準(zhǔn)確識(shí)別巖性、安全鉆井提供技術(shù)支持，同時(shí)豐富了錄井技術(shù)序列。

1　XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)及工作原理

1.1基本原理

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)主要通過YST-I型X衍射儀進(jìn)行操作。YST-I型X衍射儀工作基本原理是根據(jù)晶體礦物在X射線下的特殊衍射效應(yīng)來判斷巖樣中晶體礦物的組成及其相應(yīng)含量，根據(jù)X衍射譜圖中的出峰位置來測(cè)定巖樣的晶體礦物組成，以其峰值的大小確定對(duì)應(yīng)晶體的含量。描述晶體形狀與大小的參數(shù)叫晶胞參數(shù)d，根據(jù)衍射的角度可計(jì)算出每一種礦物d值。將此礦物d值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)比完全一致，即能定義檢測(cè)礦物［5］。因?yàn)椴煌木w其結(jié)構(gòu)類型不同，晶胞大小、晶體中原子、離子和分子數(shù)目及其所在位置不同，其衍射出峰的位置不同，導(dǎo)致峰值大小不同，因此可用來區(qū)別不同晶體含量。任何結(jié)晶物質(zhì)因都有其特定的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)，X射線激發(fā)樣品后，不同晶體產(chǎn)生不同的衍射效應(yīng)，得出樣品的衍射圖譜，而未知混合物的衍射圖譜是各相物質(zhì)衍射圖譜的總和，結(jié)合X射線熒光分析技術(shù)可直接測(cè)定出巖石中的各種礦物組成（黏土含量、石英、鉀長(zhǎng)石、斜石、方解石、白云石和黃鐵礦等），并通過軟件計(jì)算出各種礦物的相對(duì)含量［6，7］。

1.2YST-I型X衍射儀主要特點(diǎn)

1.2.1機(jī)體小型化。X射線從儀器YST-I型X衍射儀中發(fā)出，與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室X射線衍射儀相比較，YST-I型X衍射儀具有集體小、重量輕、方便攜帶等特點(diǎn)。此外，YST-I型X衍射儀使用電子制冷，無需水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，維護(hù)方便。

1.2.2自動(dòng)化程度較高。YST-I型X衍射儀分析樣品制備更簡(jiǎn)單，無需制片，粒徑小于150um即可直接進(jìn)行測(cè)試。該儀器使用樣品振動(dòng)系統(tǒng)，可消除晶體擇優(yōu)取向，增加檢測(cè)樣品的數(shù)量，適合大顆粒樣品，操作使用簡(jiǎn)單，無需復(fù)雜參數(shù)設(shè)置和校正，自動(dòng)化程度較高。

1.2.3集成性高。YST-I型X衍射儀可同步進(jìn)行XRD和XRF監(jiān)測(cè)，既可檢測(cè)物質(zhì)結(jié)構(gòu)信息，也可檢測(cè)物質(zhì)元素信息。

1.2.4微量化檢測(cè)程度高。檢測(cè)樣品僅需15mg樣品裝入震動(dòng)樣品池中進(jìn)行檢測(cè)，即可得到射線圖譜，避免定向影響。

1.2.5無線傳輸功能。采用WiFi實(shí)現(xiàn)儀器與筆記本霍手機(jī)無線連接，可遠(yuǎn)程操控及傳輸采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)性和數(shù)據(jù)處理的及時(shí)性。

1.2.6分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。YST-I型X衍射儀配備了科學(xué)完善的樣品組成模塊，囊括了各種標(biāo)準(zhǔn)巖石巖性的礦物質(zhì)，選項(xiàng)化操作，可針對(duì)不同的巖性樣品進(jìn)行相對(duì)性選擇，能直接測(cè)定出巖石中的各種礦物組成，并通過軟件計(jì)算出各種礦物的相對(duì)含量。

1.3YST-I型X衍射儀操作流程

YST-I型X衍射儀實(shí)驗(yàn)分析流程分為樣品制備和樣品分析兩個(gè)階段。先對(duì)分析樣進(jìn)行初選和精選，砸樣準(zhǔn)備，然后篩選出粒徑小于150um的樣品裝機(jī)進(jìn)行樣品分析。將XRD衍射礦物分析結(jié)果與單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)礦物圖譜進(jìn)行匹配，并結(jié)合XRF分析結(jié)果、測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)及薄片鑒定對(duì)XRD分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)樣品進(jìn)行準(zhǔn)確定名。

2　XRD巖性識(shí)別技術(shù)應(yīng)用分析

2.1XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建立

X衍射儀能夠測(cè)試直接測(cè)定巖石中的各種礦物組成，但現(xiàn)場(chǎng)分析時(shí)巖屑巖性復(fù)雜，花費(fèi)時(shí)間較多，不利于快速評(píng)價(jià)巖屑巖性。如圖1所示，針對(duì)石英、鉀長(zhǎng)石、斜長(zhǎng)石等34種常見標(biāo)準(zhǔn)礦物進(jìn)行定性分析計(jì)算，得出不同礦物特征峰及圖譜，通過特征峰和圖譜定性分析出礦物成分。

圖1　不同礦物的特征峰

由于多相混合物中每種物質(zhì)成分都有各自特征的衍射圖譜，且其衍射圖譜不受其他物質(zhì)成分的影響，因此通過X射線衍射儀可對(duì)各種礦物做定量分析。如表1所示，通過采集準(zhǔn)噶爾盆地不同巖性標(biāo)準(zhǔn)樣品及實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)樣品333塊進(jìn)行系統(tǒng)分析，根據(jù)不同類別巖性XRD譜圖特征的差異以及主要礦物質(zhì)量百分含量分布區(qū)間的不同制定XRD巖性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。

表1　XRD巖性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

2.2XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)的定性定量分析

根據(jù)已有的常見礦物特征峰值及圖譜，就能夠定性分析出巖屑中的礦物成分。同時(shí)，通過X射線衍射儀對(duì)巖屑中的各種礦物成分進(jìn)行定量分析，并對(duì)照XRD巖性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)，即可對(duì)巖屑進(jìn)行準(zhǔn)確命名。取C477井2 932m井深處巖屑進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖2所示，巖屑中石英含量為9%，斜長(zhǎng)石含量為46%，方解石含量為13%，非晶質(zhì)含量為13%，黏土礦物含量為19%，結(jié)合XRD巖性識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)可知被分析巖屑為安山巖，經(jīng)完井測(cè)井分析和薄片鑒定證實(shí)其定名準(zhǔn)確無誤。

圖2　C477井2 932m井深巖屑分析譜圖

3　現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

利用XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)對(duì)C243井井段1 270～1 278m與1 292～1 320m巖屑逐包進(jìn)行了分析，井段1 270～1 278m錄井描述為含礫砂巖夾泥巖，礦物分析黏土含量在13%～16%，石英含量在43%～51%，長(zhǎng)石含量在9%～11%；井段1 292～1 320m錄井描述為砂礫巖及凝灰質(zhì)砂巖，礦物分析黏土含量在12%～19%，石英含量在38%～55%，長(zhǎng)石含量在7%～12%，實(shí)際分析結(jié)果為一套巖性，整體為砂巖。對(duì)比礦物含量可以看出，井段1 270～1 278m與1 292～1 320m巖性礦物含量的相似度極高，均為砂巖，具有相同的礦物參比特征及圖譜出峰特征，而且均顯示出了石英成分的高參比強(qiáng)度，有別于上下兩套圍巖，認(rèn)為是齊古組地層。通過XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)，準(zhǔn)確識(shí)別C243井地層多種巖性組合。

4　結(jié)論與建議

①新疆油田地層巖性復(fù)雜，鉆井新工藝的應(yīng)用使得常規(guī)巖性識(shí)別方法巖性識(shí)別率低，達(dá)不到區(qū)塊勘探開發(fā)要求。XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地的應(yīng)用，進(jìn)一步豐富了錄井技術(shù)序列，實(shí)現(xiàn)了巖性識(shí)別從定性化到定量化轉(zhuǎn)變，火成巖、碳酸鹽巖等復(fù)雜巖性和特殊工藝下的細(xì)末巖屑現(xiàn)場(chǎng)能夠快速分析識(shí)別。

②目前XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地尚屬探索性應(yīng)用，綜合現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，XRD巖性識(shí)別技術(shù)能夠準(zhǔn)確識(shí)別地層巖性，有助于現(xiàn)場(chǎng)巖性剖面準(zhǔn)確建立，并能夠大幅度降低復(fù)雜和事故，進(jìn)一步加快勘探步伐。

③XRD衍射巖性識(shí)別技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用方便，操作簡(jiǎn)單，巖性識(shí)別率高，應(yīng)用效果較好，建議在該區(qū)塊進(jìn)一步推廣使用。

［1］魏道新.基于XRD技術(shù)的施工前期筑路石材巖性識(shí)別與料場(chǎng)勘察［J］.西南大學(xué)學(xué)報(bào)，2013（8）：144-149.

［2］馬鴻文.工業(yè)礦物與巖石［M］.北京：地質(zhì)出版社，2002.

［3］錢其鎖.便攜式XRD分析在石油錄井中的應(yīng)用［J］.資源導(dǎo)刊·地球科技版，2013（3）：28-32.

［4］方錫賢.X射線衍射全巖礦物分析錄井技術(shù)應(yīng)用拓展［J］.錄井工程，2016（1）：14-18.

［5］曾理，許懷先，王蘭生，等.沉積巖中黏土礦物和常見非黏土礦物X射線衍射分析方法［A］.中國(guó)石油協(xié)會(huì)：中華人民共和國(guó)石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)匯編［C］.北京：石油工業(yè)出版社，2010.

［6］林西生.X射線衍射分析技術(shù)及其地質(zhì)應(yīng)用［M］.北京：石油工業(yè)出版社，1990.

［7］裴光文.單晶、多晶和非晶物質(zhì)的X射線衍射［M］.濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，1989.

Application of XRD Diffraction Technique of Lithological Identification in Junggar Basin

Fu LianmingShen YanqingCao GuangfuXin XiaoliangZhang HaoLiu Peixuan
（Exploration Division of Xinjiang Oilfield Company，PetroChina，Karamay Xinjiang 834000）

With complex geologic structure，the Junggar basin has lithofacies diversity，coupled with high developed drilling technology，increasing the difficulty of lithologic identification.Complicacy and trouble such as wrong rock classification，coring of loss，no running casing frequently happens.To improve the exploration efficiency of the Junggar basin，XRD diffraction technique of lithological identification was brought in and exploratory experiment was carried out in more than 20 wells of the Junggar basin.The resulted showed that XRD diffraction technique of lithological identification had high accuracy rate，transformed the lithology identification from qualitative mode to quantification and identified pyrogenic rock and carbonate rock quickly，and identified fine cutting under special drilling technology offered the reliable technological guarantee for drilling safely and smoothly，which is a popular and applied new technique.

XRD diffraction technique；lithology identification；working principles；application situation

P631.84

A

1003-5168（2016）07-0084-03

2016-06-09

付連明（1986-），男，本科，工程師，研究方向：油氣勘探。