試論X射線衍射全巖分析技術在錄井中的應用

吳丹

摘要：儀器具有較好地穩定性和重復性，具有體積小、分析樣品用量少，速度較快等特點，適用于錄井現場；通過與實驗室數據對比，誤差較小，可滿足巖屑定量化描述的要求；開展應用取得了較好的效果，對火成巖巖性的識別、非常規儲層的評價具有輔助作用；對巖礦制片有難度的鹽類礦物具有較好地應用效果，可輔助卡取層位和界面；能較好地應用于空氣、泡沫等特殊鉆井工藝鉆進的細小巖屑巖性識別和描述；建議在地質錄井現場進行推廣應用。

關鍵詞：儲層評價；地質錄井；穩定性；重復性；巖屑巖性識別

隨著石油鉆井新工藝技術的飛速發展，如PDC鉆頭的應用以及氣體鉆井、大位移井、水平井的鉆探，巖屑十分細碎，甚至成粉末狀，使得巖屑錄井對地層巖性難于識辨，層位難于判斷。X射線衍射全巖分析技術可分析樣品的礦物組成，根據礦物組合特征可判斷樣品的巖性，然而實驗室的大型X射線衍射全巖分析儀在國內外的各個行業都有著非常成功的應用。缺點是體積龐大，環境要求高；高能耗；需要冷卻系統；需要旋轉電子器件來觀察不同的測量角度；樣品制備復雜，不能及時為現場地質人員提供巖性全巖分析，無法應用于錄井現場。為了克服以上缺點，相應出現了適用于錄井現場的小型X射線衍射儀，它機體小、重量輕、方便攜帶；無需專業的實驗室，無需水循環冷卻系統，維護方便；自動化-無需測角儀，使用樣品震動裝置（專利技術），省去傳統臺式機測角儀；樣品制備簡單，自動化程度高。目前開展了實驗性的應用研究，可以作為一項新的錄井技術，豐富錄井評價的技術手段，為地質研究提供更為豐富的數據。

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X射線的衍射的幾何原理設計制造的衍射實驗儀器。在測試過程中，由X射線管發射出的X射線照射到試樣上產生衍射現象，用輻射探測器接收X射線光子，經測量電路放大處理后，在顯示或記錄裝置上給出精確的衍射線位置、強度和線形等衍射信息。X射線粉末衍射儀是由X射線發生器、震動器、X射線強度測量系統、衍射儀控制及衍射數據采集分析系統組成的，其中包括電源設備及防護裝置等。YST-1型X射線衍射儀是密封式射線管，陰極接負高壓，陽極接地。燈絲罩起著控制柵的作用，使燈絲發出的熱電子在電場的作用下聚焦并轟擊到靶面上，陽極靶面上受電子束轟擊的焦點便成為X射線源，向四周發射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的樣品裝入震動樣品池中，這樣就能夠將樣品的結晶結構的所有方向呈現在儀器的光學系統中。由此我們可以得到極好的X射線譜圖，可在實際上避免定向影響帶來的問題，以區別于傳統樣品的制備方法。

2.2 數據采集

簡明的操作界面，一鍵式按鈕，自動測定，操作方便。無需對儀器進行參數和程序設置，簡化了操作、縮短了檢測時間。保證了儀器使用安全性，提高了檢測可靠性。實時的數據采集系統，動態提供XRD光譜圖。便于隨時掌握儀器工作狀況和數據采集情況。

2.3 分析處理軟件

數據分析軟件有中文、英文兩個版本，軟件操作簡單、方便。分析軟件界面中，選項欄、快捷按鈕欄依次排列。包括原始數據顯示、曲線處理、d值尋峰、定量計算并顯示計算結果等主要工具。在參數設定好的情況下，能夠自動判定巖性。軟件囊括了常用標準巖石樣品礦物的原始圖譜，能夠滿足常用各種巖性樣品的分析檢測。具有顯示標樣曲線功能，方便與測定譜圖對比。

3 X射線衍射全巖分析錄井技術的應用

YST-1型X射線衍射儀經過各種基礎實驗測試，儀器各項指標均達標以后。該項技術在分析化驗人員的努力下，進行推廣應用，共分析36口井次，1405個樣品，涵蓋了大部分巖性。在生產科研上都取得了很好的應用。

3.1 X射線衍射全巖分析錄井技術在勝利油區的應用

在油區進行X射線衍射試驗，共分析12口井次、樣品687個。下面對A井的推廣應用重點說明：

3.1.1 A井

從A井沙三下亞段12、13砂組粘土礦物“X”衍射分析結果可以看出，沙三下亞段三套泥頁巖裂縫相對發育段的粘土礦物中，以蒙脫石與伊利石過渡相礦物（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出了逐漸增多的趨勢，從伊/蒙間層比含量（即蒙脫石含量）占20%可以看出，進入沙三下亞段深層，伊/蒙間層含量中以伊利石為主，已有的資料表明，在蒙脫石變為伊利石過程中，體積縮小1/3，層間孔隙相應縮小，反應了隨埋深的增加成巖性逐漸增強；高嶺石相對含量分別為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，對砂巖儲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，而與裂縫發育相對較差段對比，裂縫相對發育段伊/蒙間層含量、伊利石含量相對略高，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在巖性鑒定的輔助作用

在研究地區共分析14口井次，113個樣品。X射線衍射全巖分析技術對于巖性的鑒定發揮了很好的輔助作用。在應用過程中，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，為該區研究提供了準確可靠的資料。

3.3 X射線衍射全巖分析錄井技術在礦物識別中的應用

X射線衍射全巖分析技術在巖石礦物識別方面起到了重要作用，對長石分類、含量鑒別提供了準確的數據，非常具有說服力。共分析2口井次，18個樣品。值得一提的是，在B井單井評價過程中，對于長石砂巖中長石組分含量難以確定，X射線衍射技術通過定量的方法，給每一個樣品都提供了準確的長石含量，提供了可靠的依據。

4結束語

隨著石油鉆井新工藝技術的飛速發展，如PDC鉆頭的應用以及氣體鉆井、大位移井、水平井的鉆探，巖屑十分細碎，甚至成粉末狀，使得巖屑錄井對地層巖性難于識辨，層位難于判斷。在此條件下，X射線衍射全巖分析技術介入到錄井行業，該技術可分析樣品的礦物組成，根據礦物組合特征判斷樣品的巖性，實現了巖屑描述的定量化。該技術得到良好的試驗應用，對于促進錄井技術進步、提高勘探開發效益均具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]胡林彥，張慶軍，沈毅. X射線衍射分析的實驗方法及其應用[J]. 河北理工學院學報，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）