射線衍射技術(shù)在扶余油層巖性識(shí)別中的應(yīng)用

摘 要：隨著勘探的不斷深入，大慶油田已經(jīng)進(jìn)入非常規(guī)資源勘探時(shí)期。大量新鉆井工藝的使用，給錄井帶來了一些影響，如巖屑細(xì)小，油基鉆井液包裹，巖性識(shí)別難等問題。文章通過實(shí)驗(yàn)建立了X射線衍射礦物定量的分析方法，結(jié)合巖石薄片分析，優(yōu)選了巖性識(shí)別的特征礦物，建立了不同巖性的識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：X射線衍射；曝光次數(shù)；巖性

中圖分類號(hào)：P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）21-0046-02

大慶油田位于松遼盆地北部，1959年發(fā)現(xiàn)至今，經(jīng)歷了50多年的勘探開發(fā)，為國(guó)家能源安全做出了巨大的貢獻(xiàn)。但隨著勘探開發(fā)的不斷深入，薩爾圖、葡萄花、高臺(tái)子這些高豐度、易發(fā)現(xiàn)、易開采的常規(guī)油氣資源越來越少，勘探開發(fā)已進(jìn)入非常規(guī)資源勘探時(shí)期，其中扶余致密油就是大慶油田非常規(guī)資源勘探開發(fā)的主戰(zhàn)場(chǎng)之一。在致密油勘探過程中，由于大量鉆井新工藝開始使用，如PDC鉆頭、細(xì)齒三牙輪鉆頭、油基鉆井液鉆井等，這些鉆井新工藝的使用，給錄井解釋評(píng)價(jià)帶來了諸多影響，在巖性識(shí)別方面主要體現(xiàn)在巖屑細(xì)小，經(jīng)油基鉆井液的包裹，常規(guī)肉眼難以對(duì)其巖性進(jìn)行識(shí)別。筆者針對(duì)X射線衍射分析技術(shù)能夠?qū)r石礦物組成定性定量分析的特點(diǎn)，開展了應(yīng)用礦物組成及其含量在巖性識(shí)別方面的研究。

1 X射線衍射技術(shù)分析原理

X射線衍射分析是利用晶體形成的X射線衍射，對(duì)物質(zhì)進(jìn)行內(nèi)部原子在空間分布狀況的結(jié)構(gòu)分析方法。將具有一定波長(zhǎng)的X射線照射到結(jié)晶性物質(zhì)上時(shí)，X射線因在結(jié)晶內(nèi)遇到規(guī)則排列的原子或離子而發(fā)生散射，散射的X射線在某些方向上相位得到加強(qiáng)，從而顯示與結(jié)晶結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)的特有的衍射現(xiàn)象，如圖1所示。

波長(zhǎng)λ可用已知的X射線衍射角測(cè)定，進(jìn)而求得面間隔，即結(jié)晶內(nèi)原子或離子的規(guī)則排列狀態(tài)。將求出的衍射X射線強(qiáng)度和面間隔與已知的表對(duì)照，即可確定試樣結(jié)晶的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，此即定性分析。從衍射X射線強(qiáng)度的比較，可進(jìn)行定量分析。自然界絕大多數(shù)礦物都為晶體，因此，通過X射線衍射分析，巖石中的絕大多數(shù)礦物均能被定性識(shí)別和定量分析。

2 分析方法建立

便攜式XRD-BTX型號(hào)X射線衍射儀較常規(guī)大型臺(tái)式衍射儀相比，所需的樣品量更少，大約15 mg，操作更加簡(jiǎn)單，但都需晶粒的取向完全視為無序時(shí)，才能保證數(shù)據(jù)的重復(fù)性。因此，如何保證晶粒取向的無序是分析的關(guān)鍵。大型臺(tái)式機(jī)一般采取保證X射線照射的體積中有足夠多的晶粒數(shù)量，而便攜式XRD-BTX型號(hào)X射線衍射儀使用了一種新穎的方法，通過振動(dòng)使樣品倉(cāng)中的樣品實(shí)現(xiàn)對(duì)流，以達(dá)到晶粒取向的無序。為了確定樣品振動(dòng)對(duì)流多長(zhǎng)時(shí)間，晶粒取向才能達(dá)到無序的狀態(tài)，探測(cè)器采集到的數(shù)據(jù)穩(wěn)定，筆者做了如下實(shí)驗(yàn)：分別采用不同曝光次數(shù)（每次曝光所需的時(shí)間大約7 s），分析同一碎屑巖樣品5次，比較其樣品中常見礦物石英含量的穩(wěn)定性。相同曝光次數(shù)石英含量誤差統(tǒng)計(jì)表，見表1，不同曝光次數(shù)石英分析結(jié)果直方圖，如圖2所示。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看隨著分析的時(shí)間增加（曝光次數(shù)的增加），晶粒取向無序較明顯，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性增強(qiáng)，當(dāng)曝光次數(shù)達(dá)到40次時(shí)，誤差已經(jīng)降到2%以下，可以滿足生產(chǎn)的要求，因此，曝光次數(shù)選擇為40次。

3 應(yīng)用方法研究

新鉆井工藝的廣泛使用，使得巖屑細(xì)小，導(dǎo)致巖石部分信息損失，如巖石的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造等，但是在鉆井過程中，也有一些信息不會(huì)因鉆井方式及巖石的破碎程度而發(fā)生改變，如巖石的放射性強(qiáng)度、元素構(gòu)成、礦物組分等。本文通過X射線衍射分析所獲得的礦物組分信息，開展了應(yīng)用礦物組分在巖性識(shí)別方面的應(yīng)用方法研究。

松遼盆地北部扶余油層發(fā)育于下白堊統(tǒng)泉頭組四段、三段地層中，其發(fā)育的巖性主要為粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖和泥巖。

通過巖石鏡下觀察，扶余油層砂巖的成分成熟度較低，顆粒組分一般以巖屑為主，其次為長(zhǎng)石和石英，顯微鏡下石英含量在13.6%～30.8%之間，平均值為23.0%，長(zhǎng)石含量在25.7%～58.6%，平均值為35.4%，在這之中，長(zhǎng)石類型主要是鉀長(zhǎng)石，含有微量的斜長(zhǎng)石，巖屑成分主要是火成巖，為酸性噴出物，含量在23.1%～57.4%，平均值為41.6%，泥質(zhì)雜基含量在11%～30%，平均值為15.8%。泥巖顆粒較粉砂巖細(xì)小，礦物組成主要為粘土礦物，含量一般在50%以上，其次為石英及斜長(zhǎng)石組成。總體來看，扶余油層泥巖與砂巖的礦物組成相當(dāng)，但泥巖的粘土礦物含量較高。

從上鏡下分析可知，扶余油層由粉砂巖→泥質(zhì)粉砂巖→粉砂質(zhì)泥巖→泥巖的變化，其主要的礦物成分沒有太大的變化，為長(zhǎng)石、石英、泥質(zhì)填隙物。

為了研究扶余油層不同巖性在X射線衍射儀的響應(yīng)特征，筆者選取了泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂巖各3塊巖心樣品，其分析結(jié)果見表2，從分析結(jié)果來看，如圖3和圖4所示，礦物類型沒有變化，但各礦物含量變化特征不同，其特征主要為：隨著巖性由泥巖→粉砂質(zhì)泥巖→泥質(zhì)粉砂巖→粉砂巖的變化，粘土礦物含量明顯降低，長(zhǎng)石、石英含量總體表現(xiàn)為升高的趨勢(shì)，但顯著性沒有粘土礦物含量變化明顯。

綜合來看，影響扶余油層巖性定名的關(guān)鍵是泥質(zhì)含量多少的判定，粉砂巖→泥質(zhì)粉砂巖→粉砂質(zhì)泥巖→泥巖泥質(zhì)成分依次增加，巖石較為破碎的情況下，泥質(zhì)含量多少的判斷，這將直接影響巖性定名準(zhǔn)確與否。

因此，選取泥質(zhì)成分主要礦物粘土礦物含量來表征泥質(zhì)含量的多少，進(jìn)而來判斷扶余油層砂泥巖巖性。

經(jīng)已鉆5口井扶余油層組X射線衍射分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)，建立了不同巖性劃分標(biāo)準(zhǔn)。

4 應(yīng)用實(shí)例

P3井是松遼盆地中央坳陷區(qū)大慶長(zhǎng)垣葡萄花構(gòu)造上的一口預(yù)探井，主要目的層為扶余油層，本井鉆達(dá)井深為2 556 m，于1879.0 m進(jìn)入水平段，水平段長(zhǎng)677.0 m。X射線衍射分析，本井粘土礦物含量最小值11%，最大值為46%，平均值為27%，表明本井總體含泥較重。

砂巖粘土含量為15%～18%之間，解釋為砂巖厚度143.0 m；泥質(zhì)砂巖粘土礦物含量為25%～27%，解釋為泥質(zhì)砂巖厚度176.0 m；鈣質(zhì)砂巖粘土礦物含量為16%～17%，方解石含量為15%左右，解釋為鈣質(zhì)砂巖厚度89.0 m；砂質(zhì)泥巖粘土含量為30%～32%，解釋為砂質(zhì)泥巖厚度223.0 m；泥巖粘土含量為38%～40%，解釋泥巖厚度46.0 m。與多資料綜合巖性解釋對(duì)比，X射線衍射分析巖性解釋符合率為85.3%。

5 結(jié) 語

通過X射線衍射技術(shù)在致密油地質(zhì)勘探中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了礦物組分的定量分析，達(dá)到了巖性的精細(xì)解的目的。隨著X射線衍射技術(shù)在錄井中應(yīng)用研究的深入，巖石中礦物成分所蘊(yùn)含著豐富信息將得到進(jìn)一步的挖掘，如巖石中脆性、敏感性等，X射線衍射技術(shù)在油田勘探開發(fā)中所扮演的角色會(huì)愈加重要。

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