利用自然伽馬能譜測井定量計算粘土礦物成分方法初探

1、利用自然伽馬能譜測井定量計算粘土礦物成分方法初探3(石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院)石強摘要石 強. 利用自然伽馬能譜測井定量計算粘土礦物成分方法初探. 測井技術(shù), 1998, 22 (5) : 349 352根據(jù)自然伽馬能譜測井應(yīng)用現(xiàn)狀, 綜合分析自然伽馬能譜測井中粘土礦物特征值, 對原定性解釋圖版進(jìn)行解 剖。在理論計算與實際資料標(biāo)定相結(jié)合的基礎(chǔ)上, 總結(jié)出各種粘土礦物成分與自然伽馬能譜測井之間的關(guān)系, 進(jìn)行了粘土礦物成分定量計算的初步探討。主題詞: 自然伽馬能譜測井粘土礦物定量計算圖版A BSTRACTSh i Q ian g. Pre l im ina ry In ve st iga t i

2、on on Quan t ita t ive Ana ly s is of the Com po s it ion of C la y1998, 22 (5) : 349 352M in era ls U s in g NGS L og. W L T,A cco rd in g to th e cu r ren t app lica t io n sta tu s o f N GS lo g, th e qu a lita t ive an a ly sis ch a r t is im 2p ro ved af te r an a ly sin g th e ch a rac te r is

3、t ic va lu e s f rom N GS lo g. Com b in in g th e th eo re t ica l com p u2 ta t io n w ith th e an a ly sis o f ac tu a l da ta, th e re la t io n b e tw een th e com po sit io n va r ia t io n o f c lay m in2 e ra ls an d N GS lo g is summ a r ized. A n ew qu an t ita t ive an a ly sis ch a r t i

4、s g iven to ca lcu la te th e c lay m in e ra lo g ica l com po sit io n.Subjec t Term s:qu an t ita t ive an a ly2n a tu ra l gamm a ray sp ec t rom e t ry lo gsisch a r tc lay m in e ra l引言當(dāng)今利用自然伽馬能譜測井確定粘土礦物的方法最普遍的是斯倫貝謝公司粘土礦物分析圖版 ( 見圖 1)及自然伽馬能譜測井與巖性密度交會等定性分析圖 版, 但卻只能指示資料點是以哪種礦物成分為主?；诖? 本文根據(jù)各粘土礦物測

5、井特征, 結(jié)合大量實際分析化驗資料, 進(jìn)行了粘土礦物成分定量計算的嘗試。粘土礦物測井特征表 1 是幾種常見粘土礦物測井特征值。 在綜合分 析 各種數(shù)值后歸納出了基本與圖1 相 符 合 的 各 特 征圖 1 粘土礦物分析圖版表 1 粘土礦物測井特征值鈾含量m gk g- 1釷含量m gk g- 1名 稱分子式鉀含量%T h K體積密度gcm 3P eA l4S i4O 10 (O H ) 8(0 0. 5) 0. 63(2. 4 2. 7) 2. 64高嶺石4. 4 76 1911 301. 83(C aN a) 7 (A l,M g, F e) 44. 3 7. 7 0. 8 2 (0 1.

6、5) 0. 22 3. 7 8. 7 (2 2. 5) 2. 35 2. 04蒙脫石 (S i2A l) 4O 20 (O H ) 4 (H 2O ) n K 1- 1. 5A l4 (S i7- 6, 5A l1- 1, 5)8. 7 12. 4 10 25 (3. 51 8. 31) 5. 2 1. 7 3. 5伊利石2. 7 2. 93. 45 O 20 (O H ) 4 伊蒙混層2. 8 18. 50. 19 0. 44(M g, F e, A l) 4 (S i2A l) 417. 4 36. 2 0 8 (0 0. 3) 0. 2 11 30綠泥石2. 766. 3 O 10 (O

7、 H ) 8 值。需要特別指出的是, 蒙脫石的釷含量各種記載基本是 14 24 m gk g 左右, 與圖 1 有很大矛盾, 本文根據(jù) 其 T h K 比值與鉀含量值計算約為 018 2 m gk g。粘土礦物定量計算基礎(chǔ)表 1 所示伊利石具有明顯的高鉀特征, 其鉀含量 約為其它礦物的十倍乃至幾十倍。 伊利石含量較小的 變化會引起自然伽馬能譜測井中鉀含量的大幅度提 高。高嶺石具有明顯高釷低鉀特點 (由于綠泥石礦物測 井響應(yīng)特征與高嶺石非常接近, 故測井計算高嶺石中 包括綠泥石成分) , 高嶺石含量的變化會引起釷較大的 變化。地層中粘土礦物若為單一礦物高嶺石或伊利石, 測井資料點應(yīng)落在圖 1 所

8、示兩個區(qū)域內(nèi); 粘土礦物若 為高嶺石和伊利石兩種礦物, 隨著兩種礦物成分的變 化, 其鉀、釷含量隨之變化, 資料點將向中間過渡區(qū)域 移動。 蒙脫石為低鉀低釷測井響應(yīng)特征, 分布區(qū)域很 小, 其含量變化對測井響應(yīng)值影響很小。 因此, 3 種主 要粘土礦物在測井響應(yīng)中區(qū)別明顯, 利用圖 1 所示圖 版定量求取粘土礦物成分具備必要的理論依據(jù)。據(jù)實際資料, 自然伽馬能譜鉀、釷值與主要粘土礦 物之間顯示出以下特征:1.鉀與伊利石具有較強的相關(guān)性, 特別是鉀在1% 3% 區(qū)間內(nèi)近似呈線性正相關(guān); 鉀與高嶺石之間 相關(guān)性較弱, 當(dāng)鉀在 0% 115% 區(qū)間內(nèi)有逆相關(guān)性,鉀含量增加, 高嶺石減少; 在鉀大于

9、2% 以上呈線性無 關(guān) (見圖 2)。2. 釷與高嶺石相關(guān)性較弱, 但分析釷大于 6 m gk g 區(qū)間值, 有弱線性正相關(guān); 釷與伊利石關(guān)系有雙重 性。伊利石含量大于 30% 時, 二者呈近似線性正相關(guān);當(dāng)伊利石含量小于 30% 時, 二者呈逆相關(guān) (見圖 3)。圖 2鉀2伊利石、高嶺石相關(guān)趨勢圖釷2伊利石、高嶺石相關(guān)趨勢圖圖 3第 22 卷第 5 期石強: 利用自然伽馬能譜測井定量計算粘土礦物成分方法初探351解釋圖版的建立及應(yīng)用方法分析上述鉀、釷與各主要粘礦物之間相關(guān)性可看出單條譜線粘土礦物的相關(guān)性都較弱, 圖中料點比較分散, 很難利用單條曲進(jìn)行某一種礦物計算。 因此本文上述特征分析的基

10、礎(chǔ)上, 結(jié)合實資料標(biāo)定, 在原定性分析圖版上立了伊高 ( 高伊) 轉(zhuǎn)化百分線利石線、高嶺石線 3 組曲線交會,現(xiàn)定量計算粘土礦物成分的目解釋圖版見圖 4。1.伊高 (高伊) 轉(zhuǎn)化百分圖 1 中利用 T h K 值將圖版分出代表不同粘土礦物的幾個特區(qū)域, 但實際地層中粘土礦物的化多是一個連續(xù)變化過程。 假設(shè)層 為 伊 利 石 與 高 嶺 石 兩 種 礦 物成, 伊利石含量逐漸增加則高嶺圖 4 粘土礦物定量計算解釋圖版相對減少, 反映在自然伽馬能譜線中, K 含量逐漸增大, T h K 值逐漸減少; 反之, K 含量逐漸減少, T h K 值將會逐漸增大。 因此, 圖 1 中的 區(qū)域線僅是某種礦物

11、達(dá)到一定量的標(biāo)志。自蒙脫石的鉀含量最大值至純伊利石的最小110 310 之間, 隨伊利石含量的增加鉀含量近似為性增加, 將其劃分為 10 等份作為伊利石線來代表伊為了使各種礦物互為聯(lián)系, 本文首先將 T h K值石含量由 0 向百分之百增加的過程。的 210 28 區(qū)間量化為 0% 100% 共 10 等份, 建立伊高 (高伊) 轉(zhuǎn)化百分線, 代表伊利石每減少 1% , 相 應(yīng)高嶺石增加 1% , 以此表示由一種礦物向另一種礦物逐漸轉(zhuǎn)變的過程。此線主要根據(jù)理論計算, 伊利石和高嶺石的伊高另根據(jù)資料點所示趨勢, 伊利石線與理論分析致相同, 伊利石含量較大時基本呈線性關(guān)系, 伊利石量較小時, 伊利

12、石線為非線性變化。3.高嶺石線高嶺石粘土礦物沒有類似伊利石獨特的高鉀( 高伊) 轉(zhuǎn)化百分線的 0 線分別取伊利石 T h K值 210 和高嶺石 T h K 的最大值 28。2.伊利石線伊利石在自然伽馬能譜測井中具有獨特高鉀特 征, 受其它礦物影響很小, 與其它礦物相比較易區(qū)分。表 1 中 伊 利 石 測 井 響 應(yīng) 值 鉀 含 量 為 3151%8131% , 伊利石含量為百分之百時, 其鉀含量至少在3151% 以上。 而圖 1 中伊利石區(qū)域包括了 T h K 值210 315 整個范圍, 顯然將伊利石范圍擴(kuò)大化。 本文最小征, 其變化線的建立主要依據(jù)釷含量較高及鉀含量低。因伊利石也有較高釷

13、含量, 高嶺石計算會受到伊石的影響, 因此高嶺石線的建立主要由實際資料標(biāo)圖版計算方法根據(jù)各礦物在圖 4 中的位置, 粘土礦物成分計過程如下:因伊利石特征明顯, 計算時首先計算伊利石含在圖 4 中純伊利石分布于圖的左上角, 其變化趨勢認(rèn)為僅鉀含量至少大于 315% 且 T h K值為 210 315表 2 誤差統(tǒng)計表伊利石線百分?jǐn)?shù)增加, 其二伊高轉(zhuǎn)化百分線值增加。因此伊利石線和伊利石的伊高 (高伊) 轉(zhuǎn)化百分線值 可分別反映伊利石礦物成分的變化程度, 二者共同效 應(yīng)才能夠真正代表伊利石含量。伊利石相對含量具體計算過程為: 首先讀出資料 點 落在伊利石線的百分?jǐn)?shù), 再讀伊利石的伊高 ( 高伊) 轉(zhuǎn)

14、化百分線值, 故二者之積為伊利石的百分含量。 高嶺石含量為高嶺石線的百分?jǐn)?shù)與高伊轉(zhuǎn)化百分線值之積。計算出伊利石及高嶺石百分含量之后, 利用高嶺 石、伊利石、蒙脫石 ( 伊蒙混層) 為地層中主要粘土礦物, 三者之和約為百分之百, 計算出蒙脫石含量 ( 內(nèi)含 伊蒙混層)。注意, 計算過程中最好預(yù)先根據(jù)當(dāng)?shù)貙崪y資料了 解泥巖中粘土礦物組成, 如果是僅有伊利石和高嶺石(或蒙脫石) 兩種礦物組成, 則只用伊利石線計算, 以減 少計算誤差。 如果有兩種以上礦物則需要伊利石線和 高嶺石線同時應(yīng)用。其相對誤差小于 20% ; 相對含量小于 10% 的組分, 其相對誤差必須小于 50% 。利用 230 塊分析化

15、驗樣品驗證計算結(jié)果, 71% 以上可以達(dá)到 X 2衍射專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。表 2 是我國西部某 2 個油田 2 口井的對比結(jié)果, 可以看到除極少數(shù)粘土礦物含量較低的樣品相對誤差較大外, 其它都吻合較好。結(jié)束語由于泥巖中粘土礦物成分復(fù)雜, 粘土礦物成分定量計算十分困難, 加之自然伽馬能譜測井標(biāo)準(zhǔn)化工作及環(huán)境影響, 實際應(yīng)用時可能會有較大誤差, 此時應(yīng)注意對測井資料進(jìn)行質(zhì)量分析和環(huán)境校正。另外, 本方法建立基礎(chǔ)部分為實際資料標(biāo)定, 可能會帶有地區(qū)局限性, 須進(jìn)一步完善。參 考 文 獻(xiàn)曾文沖, 歐陽健, 等. 測井地質(zhì)分析與油氣評價. 北京: 石 工業(yè)出版社, 1987 年 6 月趙杏媛, 張有喻. 粘土礦物

16、與粘土礦物分析. 北京: 海洋出社, 1990 年 5 月德萊賽公司. 測井解釋 (圖版集). 1985 年 測井地質(zhì)學(xué)在油氣勘探中的應(yīng)用 ( 譯文集). 北京: 石油工 出版社, 1991 年 3 月(收稿日期: 1998203205 本文編輯 繆文芳)12圖版精度分析由于粘土礦物成分多變, 其骨架值不易確定, 因此 利用何種方法都不可避免較大誤差。即使利用 X 2衍射 分析化驗, 其專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 相對含量大于 50% 的組 分, 其相對誤差小于 10% ; 相對含量小于 20% 的組分,34井 號深度m能譜測井伊利石%高嶺石%蒙脫石%T hKT h K分析值測井值誤差分析值測井值誤差分析

17、值測井值誤差M 1 井2379. 12382. 02466. 42467. 42482. 42556. 02560. 31091514. 513 20 201. 41. 31. 651. 32. 00. 20. 16. 96. 929. 111. 26. 5 100 200101329112611171524. 5153000701515. 336. 415 262548565099923227. 5545746. 5100100231012. 51. 8718. 764622333240748. 957. 521. 53023. 50023. 67. 26. 59. 12. 1SL 1 井5856. 05886. 06108. 06286. 96297. 06305