試論X射線衍射全巖分析技術(shù)在錄井中的應(yīng)用

吳丹

摘要：儀器具有較好地穩(wěn)定性和重復(fù)性，具有體積小、分析樣品用量少，速度較快等特點(diǎn)，適用于錄井現(xiàn)場(chǎng)；通過(guò)與實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)對(duì)比，誤差較小，可滿(mǎn)足巖屑定量化描述的要求；開(kāi)展應(yīng)用取得了較好的效果，對(duì)火成巖巖性的識(shí)別、非常規(guī)儲(chǔ)層的評(píng)價(jià)具有輔助作用；對(duì)巖礦制片有難度的鹽類(lèi)礦物具有較好地應(yīng)用效果，可輔助卡取層位和界面；能較好地應(yīng)用于空氣、泡沫等特殊鉆井工藝鉆進(jìn)的細(xì)小巖屑巖性識(shí)別和描述；建議在地質(zhì)錄井現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：儲(chǔ)層評(píng)價(jià)；地質(zhì)錄井；穩(wěn)定性；重復(fù)性；巖屑巖性識(shí)別

隨著石油鉆井新工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，如PDC鉆頭的應(yīng)用以及氣體鉆井、大位移井、水平井的鉆探，巖屑十分細(xì)碎，甚至成粉末狀，使得巖屑錄井對(duì)地層巖性難于識(shí)辨，層位難于判斷。X射線衍射全巖分析技術(shù)可分析樣品的礦物組成，根據(jù)礦物組合特征可判斷樣品的巖性，然而實(shí)驗(yàn)室的大型X射線衍射全巖分析儀在國(guó)內(nèi)外的各個(gè)行業(yè)都有著非常成功的應(yīng)用。缺點(diǎn)是體積龐大，環(huán)境要求高；高能耗；需要冷卻系統(tǒng)；需要旋轉(zhuǎn)電子器件來(lái)觀察不同的測(cè)量角度；樣品制備復(fù)雜，不能及時(shí)為現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)人員提供巖性全巖分析，無(wú)法應(yīng)用于錄井現(xiàn)場(chǎng)。為了克服以上缺點(diǎn)，相應(yīng)出現(xiàn)了適用于錄井現(xiàn)場(chǎng)的小型X射線衍射儀，它機(jī)體小、重量輕、方便攜帶；無(wú)需專(zhuān)業(yè)的實(shí)驗(yàn)室，無(wú)需水循環(huán)冷卻系統(tǒng)，維護(hù)方便；自動(dòng)化-無(wú)需測(cè)角儀，使用樣品震動(dòng)裝置（專(zhuān)利技術(shù)），省去傳統(tǒng)臺(tái)式機(jī)測(cè)角儀；樣品制備簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高。目前開(kāi)展了實(shí)驗(yàn)性的應(yīng)用研究，可以作為一項(xiàng)新的錄井技術(shù)，豐富錄井評(píng)價(jià)的技術(shù)手段，為地質(zhì)研究提供更為豐富的數(shù)據(jù)。

1 YST-1型X射線衍射儀介紹

YST-1型X射線衍射儀是按照晶體對(duì)X射線的衍射的幾何原理設(shè)計(jì)制造的衍射實(shí)驗(yàn)儀器。在測(cè)試過(guò)程中，由X射線管發(fā)射出的X射線照射到試樣上產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，用輻射探測(cè)器接收X射線光子，經(jīng)測(cè)量電路放大處理后，在顯示或記錄裝置上給出精確的衍射線位置、強(qiáng)度和線形等衍射信息。X射線粉末衍射儀是由X射線發(fā)生器、震動(dòng)器、X射線強(qiáng)度測(cè)量系統(tǒng)、衍射儀控制及衍射數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)組成的，其中包括電源設(shè)備及防護(hù)裝置等。YST-1型X射線衍射儀是密封式射線管，陰極接負(fù)高壓，陽(yáng)極接地。燈絲罩起著控制柵的作用，使燈絲發(fā)出的熱電子在電場(chǎng)的作用下聚焦并轟擊到靶面上，陽(yáng)極靶面上受電子束轟擊的焦點(diǎn)便成為X射線源，向四周發(fā)射X射線。

2 YST-1型X射線衍射儀的樣品分析

2.1 樣品制備

把樣品磨制成粉末，僅需要15mg的樣品裝入震動(dòng)樣品池中，這樣就能夠?qū)悠返慕Y(jié)晶結(jié)構(gòu)的所有方向呈現(xiàn)在儀器的光學(xué)系統(tǒng)中。由此我們可以得到極好的X射線譜圖，可在實(shí)際上避免定向影響帶來(lái)的問(wèn)題，以區(qū)別于傳統(tǒng)樣品的制備方法。

2.2 數(shù)據(jù)采集

簡(jiǎn)明的操作界面，一鍵式按鈕，自動(dòng)測(cè)定，操作方便。無(wú)需對(duì)儀器進(jìn)行參數(shù)和程序設(shè)置，簡(jiǎn)化了操作、縮短了檢測(cè)時(shí)間。保證了儀器使用安全性，提高了檢測(cè)可靠性。實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，動(dòng)態(tài)提供XRD光譜圖。便于隨時(shí)掌握儀器工作狀況和數(shù)據(jù)采集情況。

2.3 分析處理軟件

數(shù)據(jù)分析軟件有中文、英文兩個(gè)版本，軟件操作簡(jiǎn)單、方便。分析軟件界面中，選項(xiàng)欄、快捷按鈕欄依次排列。包括原始數(shù)據(jù)顯示、曲線處理、d值尋峰、定量計(jì)算并顯示計(jì)算結(jié)果等主要工具。在參數(shù)設(shè)定好的情況下，能夠自動(dòng)判定巖性。軟件囊括了常用標(biāo)準(zhǔn)巖石樣品礦物的原始圖譜，能夠滿(mǎn)足常用各種巖性樣品的分析檢測(cè)。具有顯示標(biāo)樣曲線功能，方便與測(cè)定譜圖對(duì)比。

3 X射線衍射全巖分析錄井技術(shù)的應(yīng)用

YST-1型X射線衍射儀經(jīng)過(guò)各種基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，儀器各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)標(biāo)以后。該項(xiàng)技術(shù)在分析化驗(yàn)人員的努力下，進(jìn)行推廣應(yīng)用，共分析36口井次，1405個(gè)樣品，涵蓋了大部分巖性。在生產(chǎn)科研上都取得了很好的應(yīng)用。

3.1 X射線衍射全巖分析錄井技術(shù)在勝利油區(qū)的應(yīng)用

在油區(qū)進(jìn)行X射線衍射試驗(yàn)，共分析12口井次、樣品687個(gè)。下面對(duì)A井的推廣應(yīng)用重點(diǎn)說(shuō)明：

3.1.1 A井

從A井沙三下亞段12、13砂組粘土礦物“X”衍射分析結(jié)果可以看出，沙三下亞段三套泥頁(yè)巖裂縫相對(duì)發(fā)育段的粘土礦物中，以蒙脫石與伊利石過(guò)渡相礦物（伊/蒙間層）含量最多，其次是伊利石，高嶺石、綠泥石含量不多，伊/蒙間層含量自上而下分別為：47～65%，55～69%，63～69%，平均值為：58.1%、64.0%、65.9%，伊利石含量分別為：20～41%、28～45%、28～38%，伊/蒙間層、伊利石的含量隨著埋深的增加表現(xiàn)出了逐漸增多的趨勢(shì)，從伊/蒙間層比含量（即蒙脫石含量）占20%可以看出，進(jìn)入沙三下亞段深層，伊/蒙間層含量中以伊利石為主，已有的資料表明，在蒙脫石變?yōu)橐晾^(guò)程中，體積縮小1/3，層間孔隙相應(yīng)縮小，反應(yīng)了隨埋深的增加成巖性逐漸增強(qiáng)；高嶺石相對(duì)含量分別為5～12%，0～5%，1～3%，平均值為：8.8%、3.6%、1.45%，綠泥石相對(duì)含量分別為3～7%、0～3%、1～2%，平均值為：4.9%、2.5%、1%，從高嶺石、綠泥石分析的數(shù)值看出，兩種礦物隨埋深的增加含量明顯降低，在3040.6～3080.9m段兩種礦物含量甚至大多為0%，研究資料表明，高嶺石在下第三系砂巖儲(chǔ)層中充填原生及次生孔隙后，易降低砂巖孔隙度和滲透性，而綠泥石在沙三下亞段砂巖中往往充填在高嶺石晶間孔隙中或其他殘留孔隙中，對(duì)砂巖儲(chǔ)層的孔滲性也有一定影響。

總體上隨深度的增加伊/蒙間層、伊利石的含量逐漸增高、高嶺石、綠泥石的含量逐漸降低，而與裂縫發(fā)育相對(duì)較差段對(duì)比，裂縫相對(duì)發(fā)育段伊/蒙間層含量、伊利石含量相對(duì)略高，高嶺石、綠泥石的含量明顯降低。

3.2 X射線衍射全巖分析錄井技術(shù)在巖性鑒定的輔助作用

在研究地區(qū)共分析14口井次，113個(gè)樣品。X射線衍射全巖分析技術(shù)對(duì)于巖性的鑒定發(fā)揮了很好的輔助作用。在應(yīng)用過(guò)程中，X射線衍射起到了重要的作用，大部分直接參與了巖性定名，為該區(qū)研究提供了準(zhǔn)確可靠的資料。

3.3 X射線衍射全巖分析錄井技術(shù)在礦物識(shí)別中的應(yīng)用

X射線衍射全巖分析技術(shù)在巖石礦物識(shí)別方面起到了重要作用，對(duì)長(zhǎng)石分類(lèi)、含量鑒別提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，非常具有說(shuō)服力。共分析2口井次，18個(gè)樣品。值得一提的是，在B井單井評(píng)價(jià)過(guò)程中，對(duì)于長(zhǎng)石砂巖中長(zhǎng)石組分含量難以確定，X射線衍射技術(shù)通過(guò)定量的方法，給每一個(gè)樣品都提供了準(zhǔn)確的長(zhǎng)石含量，提供了可靠的依據(jù)。

4結(jié)束語(yǔ)

隨著石油鉆井新工藝技術(shù)的飛速發(fā)展，如PDC鉆頭的應(yīng)用以及氣體鉆井、大位移井、水平井的鉆探，巖屑十分細(xì)碎，甚至成粉末狀，使得巖屑錄井對(duì)地層巖性難于識(shí)辨，層位難于判斷。在此條件下，X射線衍射全巖分析技術(shù)介入到錄井行業(yè)，該技術(shù)可分析樣品的礦物組成，根據(jù)礦物組合特征判斷樣品的巖性，實(shí)現(xiàn)了巖屑描述的定量化。該技術(shù)得到良好的試驗(yàn)應(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)錄井技術(shù)進(jìn)步、提高勘探開(kāi)發(fā)效益均具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]胡林彥，張慶軍，沈毅. X射線衍射分析的實(shí)驗(yàn)方法及其應(yīng)用[J]. 河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，26（3）：83-86

（作者單位：中石化華北石油工程有限公司錄井分公司）