巖心分析技術(shù)

巖心分析技術(shù)第一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)巖心分析概述

一、巖心分析的目的及意義1.目的：（1）全面認(rèn)識(shí)油氣層巖石的物理性質(zhì)及巖石中敏感性礦物的類(lèi)型、產(chǎn)狀、含量及分布特點(diǎn)；（2）確定油氣層潛在損害類(lèi)型、程度及原因；（3）為各項(xiàng)作業(yè)中保護(hù)油氣層工程方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)和建議。第二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)巖心分析概述

2.意義：（1）油氣層地質(zhì)研究是保護(hù)油氣層技術(shù)的基礎(chǔ)工作，其中礦物性質(zhì)及滲流多孔介質(zhì)的特性主要通過(guò)巖心分析獲得，因此，巖心分析在油氣層地質(zhì)研究中具有核心作用。（2）巖心分析能夠確定某一塊實(shí)驗(yàn)巖樣在整個(gè)油氣層中的代表性，可以通過(guò)為數(shù)不多的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建立油氣層敏感性的整體輪廓，指導(dǎo)保護(hù)油氣層工作液的研制和優(yōu)選。第三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)巖心分析概述

二、巖心分析的內(nèi)容和方法

巖心分析是指利用各種儀器設(shè)備來(lái)觀測(cè)和分析巖心的一切特性的系列技術(shù)，是獲取地下巖心信息的十分重要的手段。表3-1列出了保護(hù)油氣層研究中巖心分析的內(nèi)容及相應(yīng)的技術(shù)方法。第四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)巖心分析概述

第五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用一、X-射線衍射(XRD)

1.X-射線衍射的基本概念

X-射線衍射分析是對(duì)多種不同類(lèi)型的晶體或準(zhǔn)晶體（通常為細(xì)粉晶狀）進(jìn)行定性鑒定或定量測(cè)定各物相（尤其是敏感性礦物）組成及其含量，是保護(hù)油氣層技術(shù)中主要巖心分析技術(shù)之一。

第六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用原理

每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射特征，可分別用d值（反射面網(wǎng)的面網(wǎng)間距）和I/I0值（反射的相對(duì)強(qiáng)度）表示。其中d值與晶胞的形狀和大小有關(guān)，相對(duì)強(qiáng)度I/I0值則與晶體質(zhì)點(diǎn)的種類(lèi)及其在晶胞中的位置有關(guān)，從而在衍射圖譜上表現(xiàn)出不同的衍射角和不同的衍射峰高（強(qiáng)度）。因而可以根據(jù)這兩個(gè)參數(shù)來(lái)鑒別各類(lèi)結(jié)晶物質(zhì)包括巖石中各種礦物組成。第七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用2.X射線衍射在保護(hù)油氣層技術(shù)中的應(yīng)用

（1）地層微粒分析

地層微粒是指粒徑小于37m即能通過(guò)400目篩的細(xì)粒物質(zhì)，它是導(dǎo)致砂巖油氣層損害的主要內(nèi)在物質(zhì)。第八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用參比物：全晶質(zhì)樣品用內(nèi)含的石英；含有較多非晶質(zhì)的樣品，則利用外加的剛玉。

地層微粒分析為礦物微粒穩(wěn)定劑的篩選、解堵措施的優(yōu)化提供依據(jù)。除粘土礦物外，常見(jiàn)的其它地層微粒有長(zhǎng)石、石英、菱鐵礦、方解石、石膏等。第九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用（2）全巖分析

對(duì)粒徑大于5m的非粘土礦物進(jìn)行XRD分析，可以知道諸如云母、碳酸鹽礦物、黃鐵礦、長(zhǎng)石的相對(duì)含量，對(duì)酸敏性（HF、HCl）研究和酸化設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。長(zhǎng)石（正長(zhǎng)石K[AlSi3O4]）、斜長(zhǎng)石(Ca、Na)[(Al、Si)AlSi2O8]）含量高的砂巖，當(dāng)酸液濃度和處理規(guī)模過(guò)大時(shí)，會(huì)削弱巖石結(jié)構(gòu)的完整性，并且存在著酸化后的二次沉淀問(wèn)題，可能導(dǎo)致土酸酸化失敗。

第十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用（3）粘土礦物類(lèi)型鑒定和含量計(jì)算

利用粘土礦物特征峰的d值鑒定粘土礦物類(lèi)型。根據(jù)出現(xiàn)的礦物對(duì)應(yīng)衍射峰的強(qiáng)度（峰面積或峰高度），求出粘土礦物相對(duì)含量。SY5163-87“用X射線衍射儀測(cè)定沉積巖粘土礦物的定量分析方法”。第十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用（4）間層礦物的鑒定和層間比的計(jì)算間層礦物是指由兩種或兩種以上不同結(jié)構(gòu)層，沿c軸方向相間成層疊積組合而成的晶體結(jié)構(gòu)。油氣層中常見(jiàn)的間層礦物大多數(shù)是由膨脹層與非膨脹層粘土礦物相間構(gòu)成，其中的膨脹層常常因鹽度的波動(dòng)而收縮和膨脹不定，它所造成的損害比單一礦物造成的損害還大，并且以水化膨脹和分散運(yùn)移兩種方式損害油氣層。間層比是指膨脹性粘土礦物在間層礦物中所占比例，以蒙皂石的百分含量表示。對(duì)間層礦物的鑒定有助于揭示油氣層中粘土礦物水化、膨脹、分散的特性。第十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用二、掃描電鏡技術(shù)(SEM-ScanningElectronMicroscope)

1.掃描電鏡技術(shù)的基本概念

掃描電鏡分析能提供孔隙內(nèi)充填物的礦物類(lèi)型、產(chǎn)狀的直觀資料，同時(shí)也是研究孔隙結(jié)構(gòu)的重要手段。掃描電鏡通常由電子系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信息檢測(cè)系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)五大部分構(gòu)成。它是利用類(lèi)似電視攝影顯像的方式，用細(xì)聚焦電子束在樣品表面上逐點(diǎn)進(jìn)行掃描，激發(fā)產(chǎn)生能夠反映樣品表面特征的信息來(lái)調(diào)制成像。具有制樣簡(jiǎn)單、分析快速的特點(diǎn)。

第十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日B1-3（3000倍）B28#Ed33553-3556m泥巖掃描電鏡照片M2-1（600倍）M2-2（1200倍）M108X1#Ed33303m泥巖掃描電鏡第十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用2.掃描電鏡在保護(hù)油氣層技術(shù)中的應(yīng)用

（1）地層微粒的觀察

掃描電鏡分析能給出孔隙系統(tǒng)中微粒的類(lèi)型、大小、含量和共生關(guān)系的資料，越靠近孔、喉中央的微粒，在外來(lái)流體和地層流體作用下越容易失穩(wěn)。測(cè)定出微粒的大小分布及在孔喉中的位置，能有效地估計(jì)臨界流速和速敏程度，便于有針對(duì)性地采取措施防止或解除因分散、運(yùn)移造成的損害。第十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用（2）

粘土礦物的觀測(cè)

粘土礦物有其特殊的形態(tài)，如表3-3所示。借此可確定粘土礦物的類(lèi)型、產(chǎn)狀和含量。對(duì)于間層礦物，通過(guò)形態(tài)可以大致估計(jì)間層比范圍。而過(guò)渡形態(tài)的粘土礦物是一種粘土礦物向另一種粘土礦物轉(zhuǎn)變的過(guò)渡階段的產(chǎn)物，在掃描電鏡下直接觀察到礦物顆粒在形態(tài)上具有雙重特征。第十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（4）含鐵礦物的檢測(cè)

當(dāng)掃描電鏡配有（X射線能譜儀）時(shí)，能對(duì)礦物提供半定量的元素分析，常用于檢測(cè)鐵元素，因?yàn)樯倭康蔫F很容易造成油氣層損害。（5）油氣層損害的檢測(cè)

利用背散射電子圖像，巖心可以不必進(jìn)行鍍金和鍍碳就能測(cè)定，在做敏感性（或污染）實(shí)驗(yàn)前后都可以分析，為檢測(cè)油氣層損害類(lèi)型和程度創(chuàng)造了條件。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日三、薄片技術(shù)1.薄片技術(shù)的基本概念

薄片技術(shù)指在光學(xué)顯微鏡下對(duì)巖石按需要方向切制、拋磨成的薄片進(jìn)行巖礦分析的方法，主要包括偏光薄片分析和鑄體薄片分析。該項(xiàng)技術(shù)是保護(hù)油氣層巖相學(xué)分析三大常規(guī)技術(shù)之一，也是最基礎(chǔ)的一項(xiàng)分析。利用此技術(shù)可以確定骨架顆粒、基質(zhì)、膠結(jié)物及其它敏感性礦物的組分和分布，并能描述孔隙及成因。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日2.薄片分析技術(shù)在保護(hù)油氣層中的應(yīng)用

（1）巖石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造通過(guò)觀測(cè)顆粒間接觸關(guān)系、膠結(jié)類(lèi)型及膠結(jié)物的結(jié)構(gòu)可以估計(jì)巖石的強(qiáng)度，預(yù)測(cè)出砂趨勢(shì)。（2）骨架顆粒的成分及成巖作用沉積作用、壓實(shí)作用、膠結(jié)作用和溶解作用強(qiáng)烈地影響著油氣層的儲(chǔ)集性及敏感性。了解成巖變化及自生礦物的晶出順序?qū)︺@井、完井液設(shè)計(jì)、增產(chǎn)措施選擇、測(cè)井解釋十分有利。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（3）孔隙特征薄片分析獲得孔隙成因、大小、形態(tài)分布資料，用于研究地層微粒及敏感性礦物在孔隙和喉道中的位置及孔喉尺寸的匹配關(guān)系，從而可以判斷油氣層損害原因，并綜合分析潛在的油氣層損害，提出相應(yīng)的防治措施。（4）不同產(chǎn)狀粘土礦物含量的估計(jì)可以觀測(cè)同一種類(lèi)型不同產(chǎn)狀粘土礦物的含量。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（5）熒光薄片應(yīng)用熒光薄片提供油存在的有效儲(chǔ)集和滲流空間的性質(zhì)，如孔隙形狀、大小、連通性及裂縫隙發(fā)育程度，為更好地了解油氣層損害創(chuàng)造了條件。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日四、壓汞法測(cè)巖石毛管壓力曲線

由毛管壓力曲線可以獲得描述孔喉分布及大小的系列特征參數(shù)，確定各孔喉區(qū)間對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)。壓汞法測(cè)巖石毛管壓力曲線優(yōu)點(diǎn)：儀器裝置固定、測(cè)定快速準(zhǔn)確，并且壓力可以較高，便于更微小的孔隙測(cè)量，因而它是目前國(guó)內(nèi)外測(cè)定巖石毛細(xì)管壓力的主要手段。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日1.測(cè)定原理

汞對(duì)大多數(shù)固體表面為非潤(rùn)濕相，對(duì)汞施加壓力后，當(dāng)汞的壓力和孔喉的毛細(xì)管壓力相等時(shí)，汞就能克服阻力進(jìn)入相應(yīng)的孔隙中，根據(jù)進(jìn)汞量（即孔隙介質(zhì)的飽和度）和相應(yīng)的壓力，就能得出毛管壓力曲線（如圖所示）。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日把洗凈烘干的巖樣放入巖心杯中抽空，在真空條件下繼續(xù)抽1h。從真空開(kāi)始，每一壓力點(diǎn)下維持一定時(shí)間，使外壓與毛管壓力達(dá)到平衡。計(jì)算在此壓力(Pc)下進(jìn)入巖樣的汞體積(VHg)，即可求得汞進(jìn)入巖樣的飽和度(SHg)。一般儀器的最高工作壓力為8MPa，每個(gè)巖樣可以做20~30個(gè)測(cè)試點(diǎn)。最后按照下面的格式來(lái)填寫(xiě)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。毛管壓力Pc(MPa)和孔喉半徑r(m)的關(guān)系為Pc=0.735/r。

Pc/MPaP1P2P3

Pi

VHg/mLV1V2V3Vi

SHg/%S1S2S3

Si

第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十六頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日3.壓汞法的優(yōu)缺點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn)：①在所有方法中壓汞法求毛管壓力曲線所需時(shí)間最短；②研究壓力范圍最大；③適用于規(guī)則和不規(guī)則巖樣，可用此法做退汞實(shí)驗(yàn)，求出吸入毛管壓力曲線。（2）缺點(diǎn)：①不能給出礦物學(xué)方面的信息；②缺少成巖作用信息；③汞毒性大。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十七頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日4.毛管壓力曲線在保護(hù)油氣層技術(shù)中的應(yīng)用（1）儲(chǔ)集巖的分類(lèi)評(píng)價(jià)儲(chǔ)集巖分類(lèi)是評(píng)價(jià)油氣層損害的前提，因?yàn)橥粨p害因素在不同類(lèi)型儲(chǔ)集巖中的表現(xiàn)存在差異。毛管壓力曲線給出的描述巖樣孔隙結(jié)構(gòu)的三個(gè)定量特征參數(shù)是排驅(qū)壓力PD、飽和度中值毛管壓力Pc50和最小非飽和的孔隙體積百分?jǐn)?shù)Smin。

第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十八頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日PD是指孔隙系統(tǒng)中最大連通孔隙所對(duì)應(yīng)的毛管壓力又稱閾壓。PD既反映了巖石孔隙喉道的集中程度，又反映了這種集中的孔隙喉道的大小，所以，它是劃分儲(chǔ)集巖性好壞的主要指標(biāo)之一。對(duì)于砂巖儲(chǔ)層，顆粒越均勻，膠結(jié)物充填越少，顆粒越粗，排驅(qū)壓力就越低，巖石儲(chǔ)集性就越好。

第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第二十九頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日

飽和度中值Pc50指非潤(rùn)濕相為50%時(shí)相應(yīng)的注入曲線的毛細(xì)管壓力，它反映當(dāng)孔隙中同時(shí)存在油水兩相時(shí)油的產(chǎn)能大小。Pc50越小，則表示巖石對(duì)油的滲透能力越好，生產(chǎn)能力就越高。束縛水飽和度Smin（或Swi）表示當(dāng)注入汞的壓力達(dá)到儀器的最高壓力時(shí)，沒(méi)有被汞侵入的孔隙體積百分?jǐn)?shù)。Smin越大，表示小孔喉所占的體積越多，顯然對(duì)油的滲流不利。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第三十頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)毛管壓力曲線特征參數(shù)，結(jié)合巖石孔隙度、滲透率、孔隙類(lèi)型、巖性等可以對(duì)儲(chǔ)集巖進(jìn)行綜合分類(lèi)。通常，孔隙結(jié)構(gòu)較差（孔喉尺寸較小、孔喉分布不均勻）的巖石受到的損害程度往往比孔隙結(jié)構(gòu)好的巖石嚴(yán)重。

（2）油氣層損害機(jī)理分析油氣層微粒的粒度分布、微粒在孔隙中的空間分布及孔喉大小的匹配關(guān)系是分析油氣層損害的關(guān)鍵。運(yùn)移微粒通過(guò)再沉積和在喉道處發(fā)生橋堵而導(dǎo)致油氣層滲透率下降。因此，如果巖石中有大量的細(xì)喉存在，則會(huì)加劇損害的程度，另外，孔徑越小，產(chǎn)生微粒運(yùn)移的臨界流速越低，造成橋堵的可能性就越大。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第三十一頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（3）鉆井完井液設(shè)計(jì)暫堵鉆井完井液技術(shù)中架橋粒子的選擇，就是依據(jù)由壓汞曲線獲得的孔喉分布。通過(guò)對(duì)一個(gè)油組或油氣層不同物性級(jí)別巖樣的毛管壓力曲線測(cè)定，繪制平均毛管壓力曲線，架橋粒子即按平均毛管壓力曲線，考慮到出現(xiàn)的最大孔喉半徑，依2/3架橋原理設(shè)計(jì)。

第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第三十二頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（4）入井流體懸浮固相控制

壓井液、洗井液、射孔液、修井液、注入水和壓裂液等都涉及固相顆粒的含量和粒徑大小控制問(wèn)題，而控制標(biāo)準(zhǔn)則視油氣層質(zhì)量、孔喉參數(shù)而定。研究表明，當(dāng)顆粒直徑大于平均孔喉直徑的1/3時(shí)，形成外泥餅，1/3~1/10時(shí)會(huì)侵入孔喉形成內(nèi)泥餅，小于1/10時(shí)顆粒能侵入地層深部在孔隙中自由移動(dòng)。第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第三十三頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日（5）評(píng)價(jià)和篩選工作液

由于孔隙結(jié)構(gòu)是影響巖石滲透率的主要因素，因此，測(cè)定巖石被工作液浸泡前后的孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)，可以推斷工作液損害巖石的程度，從而篩選出最優(yōu)入井液體系。

第二節(jié)巖心分析技術(shù)及應(yīng)用第三十四頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)巖心分析技術(shù)應(yīng)用展望象掃描電鏡等一些先進(jìn)的分析技術(shù)，目前的應(yīng)用與其所能揭示的大量信息相比，技術(shù)潛力還有待充分開(kāi)發(fā)。同時(shí)，一些新技術(shù)正在不斷涌現(xiàn)，及時(shí)地引入到石油工程領(lǐng)域，解決工程問(wèn)題已成為地質(zhì)家及石油工程師的共同使命。新技術(shù)的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾方面。

第三十五頁(yè)，共四十頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)巖心分析技術(shù)應(yīng)用展望1.傅里葉變換紅外光譜分析

采用傅里葉變換紅外光譜儀，測(cè)定礦物的基團(tuán)、官能團(tuán)來(lái)識(shí)別和量化常見(jiàn)礦物，分析迅速，精度與XRD相似。能定量分析的礦物有石英、斜長(zhǎng)石