岩心分析技术.ppt

岩心分析技术,目录,第一节 岩心分析概述第二节 岩心分析技术及应用X-射线衍射技术 扫描电镜技术薄片技术压汞现代特殊岩心分析技术,第一节 岩心分析概述,一、岩心分析的目的意义 研究的目的是，准确地认识油气层的初始状态及钻研开油气层后油气层对环境变化的响应，即油气层潜在损害类型及程度。1、认识岩石物理性质及岩石中敏感性矿物和类型、产状、含量及分布特点；2、分析储层孔渗大小、孔喉大小、储层类型等；3、确定油气层潜在损害类型、程度及原因；4、为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议。,二、岩心分析的主要内容1、矿物性质，特别是敏感性矿物的类型、产状和含量；2、渗流多孔介质的性质，如孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙及喉道的大小、形态、分布和连通性；3、岩石表面性质，如比表面、润湿性等；,4、地层流体性质，包括油、气、水的组成，高压物性、析蜡点，凝固点、原油酸值等；5、油气层所处环境，考虑内部环境和外部环境两个方面；6、矿物、渗流介质、地层流体对环境变化的敏感性及可能的损害趋势和后果。,X-Ray Diffraction(XRD)X射线衍射;Scanning Electron Micrograph(SEM)扫描电镜;Slice Technique 薄片技术;Mercury Injection Method for Rock Capillary Pressure Curve 压汞法测毛细管压力曲线;图像分析电子探针,三、岩心分析的主要方法,第二节 岩心分析技术及应用,一、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)1、(XRD)基本概念 全岩矿物和粘土矿物部分可用X射线衍射迅速而准确的测定。XRD分析借助于X射线衍射仪来实现，它主要由光源、测角仪、X射线检测和记录仪构成。,2、(XRD)物相分析原理 每一种结晶体（包括晶质矿物）都有自己独特的化学组成和晶体结构。当x射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的衍射特征可以用各个反射面网的面网间距（d值）和反射的相对强度（I/I0）来表示。其中面网间距d值与晶胞的形状和大小有关，相对强度则与晶体质点的种类及在晶胞中的位置有关。根据它们在衍射图谱上表现出的不同衍射角和不同的衍射峰值高（强度），可以鉴别各类结晶物质包括岩石中各种矿物的组成。,55 10 15 20 25 30,岩石粉晶衍射图谱,衍射角（0）,矿物组分（%）,90 70 50 30 10 0、,I,F,C,Q,Ch,Q,I-伊利石 Q-石英Ch-绿泥石 C-方解石F-长石,3、X-射线 衍射在保护油气层中的应用 1）地层微粒分析地层微粒是指小于37m的细粒物质，粘土、长石、石英、菱铁矿、方解石、白云石、石膏等。这些物质与地层微粒运移、水化膨胀、分散等地层损害密切有关。2）全岩分析 主要是对大于5 m的非粘土矿物进行分析，如云母、碳酸盐矿物、黄铁矿、长石的相对含量，与研究储层的酸敏损害及酸化设计密切相关。,3）粘土矿物类型鉴定和相对含量计算X-射线衍射在石油工业中应用的最主要内容。利用粘土矿物 特征峰的d值，鉴定粘土矿物的类型，利用出现矿物对应的衍射峰的强度，定量分析粘土矿物的相对含量。常见的粘土矿物：蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石相对含量计算对全晶质样品，利用在所有样品中普遍存在的矿物-石英作为标准，根据下列公式计算各矿物的相对含量：,相对含量计算公式,nIi/I石英=KiXI/X石英=1 i=1即 1X石英=I1/（K1 I石英）+I2/（K2 I石英）+.+1 XI=Ii/（Ki I石英）X石英,式中：,N-物相个数I-石英特征峰的衍射强度Ii-某矿物相特征峰的衍射强度X石英-样品中石英的含量Xi-样品中某矿物相的含量Ki-某矿物相特征峰相对于石英特征峰的强度因子,矿 物,绿泥石,蒙脱石,高岭石,蛭 石,伊利石,d001,d003,d004,d002,d005,12-15,7.15,10.0,14.2,14.2,4-5,3.58,5.0,4.7,7.1,7.1,3.33,2.5,2.5,3.53,3.53,2.8,2.8,2.4-3,4.7,主要粘土矿物的d（10-1nm）x-射线衍射特征,4）间层矿物的鉴定和间层比的计算油气层中常见的间层矿物大多数是由膨胀层和非膨胀层粘土相间构成。伊利石/蒙皂石间层矿物、绿泥石/蒙皂石间层矿物较常见。间层比：指膨胀性粘土层在层间矿物中所占的比例，以蒙皂石的百分含量表示。,粘土矿物x-射线衍射结果（焉耆油田）,局限性：,不易鉴定微量组分矿物；不能给出矿物的产状和分布；不能给出孔隙和孔喉的结构和分布；,二、扫描电镜（scanning electron microscope）,1、扫描电镜(SEM)技术的基本概念 扫描电镜技术即是扫描电子显微技术,它利用类似电视摄影显像的方式,用细聚焦电子束在样品表表面上逐点进行扫描成象。分析孔隙内充填物类型、产状。,2、扫描电镜在保护油气层中的应用油气层中地层微粒的观察：微粒的类型、大小、含量等,分析地层微粒运移损害等粘土矿物的观测：粘土矿物的类型、产状和含量，分析地层粘土水化膨胀、分散运移等损害机理油气层孔喉的观测：孔喉形状、大小、与连通关系：分析储层孔喉结构，为完井液设计提供依据等,含铁矿物的检测：利用扫描电镜的x-射线能谱仪，能对矿物进行半定量分析，确定铁等敏感性矿物的种类与含量油气层损害的监测：通过对比污染实验前后岩心孔喉变化、微粒变化，从微观上分析地层损害机理,观测岩石骨架特征:矿物颗粒的大小、产状和分布；,观测孔喉特征:表面松散颗粒的大小和分布、光滑性；,观测孔喉结构特征 孔隙几何形态、孔隙类型（粒间孔隙、微孔隙）喉道类型（缩径喉道、点状喉道、片状喉道）、孔喉直径；,观测孔隙中胶结物 胶结物类型（粘土胶结、碳酸盐胶结、硫酸盐胶结、硫化物胶结）、产状(充填式、衬垫式）,样品要求,尺寸大小适中(标准岩心)f33100mm；有良好的导电性；观察面清洁新鲜；,局限性：,只能作形态观察；不能确定矿物含量；不能给出矿物化学成分；,泥浆污染,三、薄片技术(Slice Technique of Rock)1、薄片技术的基本概念铸体薄片厚度为0.03mm,面积不小于15*15mm，一般用储层岩心磨制而成2、作用原理：三大常规技术之一，它应用光学显微镜观察薄片3、功用：直接观察储层孔喉大小、分布、连通情况、地层微粒、地层敏感性矿物、地层胶结情况等,长:2040mm,-10-20mm,0.03mm,制作方法：将岩心按需要方向切磨成厚度为0.03mm，能让可视光通过薄片，进行岩石学分析的技术,4、薄片分析技术在保护油气层中的应用 1）岩石的结构与构造研究储层颗粒间接触关系（点面接触、点线接触、面面接触等）胶结情况、胶结物的种类等，初步估计岩石强度2）骨架颗粒的成分及成岩作用沉积作用、压实作用、胶结作用等对储层潜在损害因素的影响,3）孔隙特征薄片分析可获得孔隙成因、大小、形状、分布等资料，可用于计算面孔率及微孔隙率等储层特征参数、研究孔喉尺寸大小、分布和类型，进而研究储层潜在损害因素。裂缝特征4）不同产状粘土矿物含量的估计粘土矿物的种类、含量、产状分析，粘土矿物总量的校正,1-缩颈喉道 2-点状喉道 3-片状喉道 4-弯片状喉道 5-管束状喉道 各种类型的喉道示意图,储层的喉道通常包括下例五种类型,5）荧光薄片应用 提供储层有效储集和渗流性质，分析孔隙形状、大小、连通情况、裂缝发育情况与裂缝大小、走向等,飘浮接触,线接触,泥质及其他矿物,四、压汞法测定岩石毛管压力曲线,作用1、描述孔喉分布及大小的系列特征参数2、确定各孔喉区间对渗透率的贡献特点 由于其仪器装置固定，测定快速准确，并且压力可以较高，便于更微小的孔隙测量，因而它是目前国内外测定岩石毛细管压力的主要手段。,基本原理 原理是汞对大多数造岩矿物为非润湿，对汞施加压力后，当汞的压力和孔喉的毛细管压力相等时，汞就能克服阻力进入孔隙，根据进入汞的孔隙体积百分数和对应压力就得到毛细管压力曲线。压力和孔喉半径的关系为：Pc=0.735/r Pc 为毛管压力，MPa r 为毛管半径，m,孔径与毛细管压力关系,SHg 汞饱和度,压汞试验所用岩样,岩样一般为直径2.5cm，长2.5cm左右的柱塞(柱状岩心），测定前将油清洗干净，测定氦气法孔隙度、岩石总体积和岩石密度。,三个关键特征参数,排驱压力Pd 饱和度中值毛管压力 Pc50最小非饱和孔 隙体积百分数Smin,毛细管压力 Pc,排驱压力Pd 最大尺寸连通孔隙所对应的毛管压力。反映了孔隙和喉道的集中程度和大小，是划分岩性好坏的重要指标之一。饱和度中值毛管压力 Pc50 注汞量达到孔隙体积50时对应的毛细管压力。反映了孔隙中存在油水两相时，产油能力的大小,Pc50越小，岩石对油的渗透性越好，产能越高。最小非饱和孔隙体积百分数Smin 注汞压力达到仪器的最大压力时，未被汞饱和的孔隙体积百分数。Smin 越大，小孔隙占的孔隙体积越多，对油气渗透不利。,参数含义,排驱半径rd:排驱压力对应的最大孔喉半径；中值半径 r50：饱和中值压力对应的半径；平均孔喉半径 rc：汞所占据部分喉道的平均半径；主喉道半径 r主：渗透率大于5之后的孔喉平均半径。,孔隙结构特征参数,毛细管压力曲线在保护油气层中的应用,1、储集岩的分类评价 储集岩分类是评价油气层损害的前提，同一损害因素在不同类型的储集岩中的表现存在差异。根据毛细管压力曲线特征参数，用统计法求特征值，结合岩石孔隙度、渗透率、孔隙类型、岩性等可以对储集岩进行综合分类。,孔喉半径r(m)中孔低渗储层毛管压力曲线及孔喉分布图,特低孔特低渗储层毛管压力曲线及孔喉分布图,孔喉半径r(m),储层分类标准,宝北区块储层分类,2、用于油气层损害机理分析1）储层喉道特性对储层损害的影响 相同间层比的伊利石/蒙皂石间层矿物，对细孔喉型油层的水敏损害比中、粗孔喉型油气层严重。2）孔隙大小及分布对储层损害的影响油气层 微粒的粒度分布、微粒在孔隙中的空间分布及与孔喉大小的匹配关系是分析油气层损害的关键。,3、屏蔽暂堵钻井完井液设计,屏蔽暂堵钻井完井液技术中架桥粒子的选择，就是依据压汞曲线所获得的孔喉分布及其对渗透率的贡献值而确定的。通过对一个油组或油气层不同特性级别岩样的毛管压力曲线测定，考虑到主要储层的储层特征和最大孔喉半径，依据2/3架桥原理设计屏蔽暂堵架桥粒子之中值直径。,4、入井流体悬浮固相控制,射孔液、压井液、洗井液、修井液、注入水等都涉及固相颗粒的含量和粒径大小控制问题，而控制标准则视油气层储层特性而定。研究表明，当颗粒直径大于平均孔喉直径的1/3时，形成外泥饼，1/31/10时会侵入孔喉形成内泥饼，小于1/10时颗粒能自由移动。,五、岩心分析技术应用展望,1、傅里叶变换红外光谱分析测定矿物基团、功能团识别和量化常见矿物2、CT扫描技术（X-Ray Computerized Tomography 计算机处理层析X射线成象技术）颗粒密度；裂隙和孔隙分布；固相侵入深度和孔隙空间的变化；,3、核磁共振成象技术（Nuclear Magnetic Resonance Imaging(NMRI)）观测孔隙、裂隙中流体分布与流动情况；观察流体间、流体与岩石间的作用过程；润湿性、润湿反转4、配能谱仪的扫描电镜技术 Energy Dispersive X-Ray Detector(EDS)对矿物作半定量元素分析,课堂作业,在用X-射线衍射进行粘土矿物的类型和相对含量分析时，是根据什么确定粘土矿物的类型和相对含量的？为什么说保护油气层技术是一项系统工程技术。,