保护油气层本科教学2章

1、l目的意义目的意义l主要内容主要内容X-X-射线衍射技术射线衍射技术 扫描电镜技术扫描电镜技术薄片技术薄片技术压汞压汞现代特殊岩心分析技术现代特殊岩心分析技术 第二章第二章 岩心分析技术岩心分析技术一、岩心分析的目的意义一、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。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、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；产状、含量及分布特点； 2、

2、分析储层孔渗大小、孔喉大小、储层类型等；、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；、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、为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议。据和建议。二、岩心分析的主要内容二、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、矿物性质，特别是敏感性矿物的类型、产状和含量；和含量；2、渗流多孔介质的性质，如孔隙度、渗透率、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、分裂隙发育程度、孔隙及喉道的大小、形态、分布和连通性；布和连通性；3、

3、岩石表面性质，如比表面、润湿性等；、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、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；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、油气层所处环境，考虑内部环境和外部环境两个方面；个方面；6、矿物、渗流介质、地层流体对环境变化的敏感、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。性及可能的损害趋势和后果。lX-Ray Diffraction (XRD) X射线衍射射线衍射;lScanning Electron Micrograph(SEM

4、) 扫描电镜扫描电镜;lSlice Technique 薄片技术薄片技术;lMercury Injection Method for Rock Capillary Pressure Curve 压汞法测毛细管压力曲线压汞法测毛细管压力曲线;l图像分析图像分析l电子探针电子探针三、岩心分析的主要方法三、岩心分析的主要方法一、一、X X射线衍射射线衍射( (X-ray diffraction, XRDX-ray diffraction, XRD) )1、(XRD)基本概念基本概念 全岩矿物和粘土矿物部分可用全岩矿物和粘土矿物部分可用X射线衍射射线衍射迅速而准确的测定。迅速而准确的测定。 XRD分析

5、借助于分析借助于X射线衍射仪来实现，射线衍射仪来实现，它主要由光源、测角仪、它主要由光源、测角仪、X射线检测和记射线检测和记录仪构成。录仪构成。2、(XRD)物相分析原理物相分析原理 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。化学组成和晶体结构。 当当x射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己射线通过晶体时，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（面网的面网间距（d值）和反射的相对强度（值）和反射的相对强度（I/I0）来表示。其中面网间距来表示。其中

6、面网间距d值与晶胞的形状和大小有关，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相对强度则与晶体质点的种类及在晶胞中的位置有关。关。 根据它们在衍射图谱上表现出的不同衍射角和不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。包括岩石中各种矿物的组成。55 10 15 20 25 30 岩石粉晶衍射图谱岩石粉晶衍射图谱衍射角（衍射角（0）矿物组分（矿物组分（%）90 70 50 30 10 0、IFCQChQI-伊利石伊利石 Q-石英石英Ch-绿泥石绿泥石 C-方

7、解石方解石F-长石长石3、X-射线射线 衍射在保护油气层中的应用衍射在保护油气层中的应用 1）地层微粒分析）地层微粒分析地层微粒是指小于地层微粒是指小于3737 m m的细粒物质，粘土、长石、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、分散等地层损物质与地层微粒运移、水化膨胀、分散等地层损害密切有关。害密切有关。 2）全岩分析）全岩分析 主要是对大于主要是对大于5 5 m m的非粘土矿物进行分析，如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，云母、碳酸盐矿物、黄铁矿、长石的相对含

8、量，与研究储层的酸敏损害及酸化设计密切相关。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）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。射线衍射在石油工业中应用的最主要内容。利用粘土矿物利用粘土矿物 特征峰的特征峰的d值，鉴定粘土矿物的类值，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。析粘土矿物的相对含量。常见的粘土矿物：常见的粘土矿物：蒙脱石、伊利石、绿泥石、高蒙脱石、伊利石、绿泥石、高岭石岭石相对含量计算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

9、矿对全晶质样品，利用在所有样品中普遍存在的矿物物-石英作为标准，根据下列公式计算各矿物石英作为标准，根据下列公式计算各矿物的相对含量：的相对含量： nIi/I石英石英=KiXI/X石英石英 =1 i=1即即 1X石英石英= I1/（ K1 I石英石英）+ I2/（ K2 I石英石英）+.+1 XI = Ii / （Ki I石英石英） X石英石英N-物相个数物相个数I-石英特征峰的衍射强度石英特征峰的衍射强度Ii-某矿物相特征峰的衍射强度某矿物相特征峰的衍射强度X石英石英-样品中石英的含量样品中石英的含量Xi-样品中某矿物相的含量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某矿物相特

10、征峰相对于石英特征峰的强度因子的强度因子矿矿 物物绿泥石绿泥石蒙脱石蒙脱石高岭石高岭石 蛭蛭 石石伊利石伊利石d001d003d004d002d00512-157.1510.014.214.2 4-5 3.58 5.04.7 7.17.13.332.5 2.53.533.532.82.82.4-3 4.7主要粘土矿物的主要粘土矿物的d（10-1nm）x-射线衍射特征射线衍射特征4）间层矿物的鉴定和间层比的计算）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。膨胀层粘土相间构成。伊利石伊利石/蒙皂石间层矿物、蒙皂

11、石间层矿物、绿泥石绿泥石/蒙皂石间层矿物蒙皂石间层矿物较常见。较常见。间层比：指膨胀性粘土层在层间矿物中所占的比间层比：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。例，以蒙皂石的百分含量表示。 序序号号绝对绝对含量含量(%)8m 粘土矿物相对含量粘土矿物相对含量(%) S%(I/S)高 岭高 岭石石%绿泥绿泥石石%伊 利伊 利石石%伊伊/蒙蒙%15.8065.738.9320.005.341024.0123.3714.2854.257.801034.6045.327.3123.6923.681045.6541.087.0538.2512.721053.6369.2512.66

12、12.185.911063.8957.6215.9623.912.511073.6252.9514.8325.996.2310812.6574.287.9212.465.3410粘土矿物粘土矿物x-射线衍射结果（焉耆油田）射线衍射结果（焉耆油田） 下下沟沟组组粘粘土土矿矿物物相相对对含含量量分分析析结结果果粘土矿物相对含量序号井号样号高岭石伊利石绿泥石伊/蒙间层S%（I/S）1Long1214.2964.290.0021.43352Long12012.0367.670.0020.3353Long3419.0954.559.0927.27404Long35023.0857.690.0019.23

13、405Liu102644.5588.640.006.82306Liu102902.3387.210.0010.4725l不易鉴定微量组分矿物；不易鉴定微量组分矿物；l不能给出矿物的产状和分布；不能给出矿物的产状和分布；l不能给出孔隙和孔喉的结构和分布；不能给出孔隙和孔喉的结构和分布；二、扫描电镜（二、扫描电镜（scanning electron microscope）1、扫描电镜、扫描电镜(SEM)技术的基本概念技术的基本概念 扫描电镜技术即是扫描电子显微技术扫描电镜技术即是扫描电子显微技术,它利用它利用类似电视摄影显像的方式类似电视摄影显像的方式,用细聚焦电子束在样用细聚焦电子束在样品表表面

14、上逐点进行扫描成象。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。分析孔隙内充填物类型、产状。2 2、扫描电镜在保护油气层中的应用、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：油气层中地层微粒的观察：微粒的类型、大小、含量等微粒的类型、大小、含量等,分析地层微粒运移分析地层微粒运移损害等损害等粘土矿物的观测：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化膨胀、分散运移等损害机理油气层孔喉的观测：油气层孔喉的观测：孔喉形状、大小、与连通关系：分析储层孔喉结孔喉形状、大小、与连通关系：分析储层孔喉

15、结构，为完井液设计提供依据等构，为完井液设计提供依据等含铁矿物的检测：含铁矿物的检测：利用扫描电镜的利用扫描电镜的x-射线能谱仪，能对矿物进行射线能谱仪，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半定量分析，确定铁等敏感性矿物的种类与含量量油气层损害的监测：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化，从微观上分析地层损害机理骨架颗粒观测岩石骨架特征观测岩石骨架特征: 矿物颗粒的大矿物颗粒的大小、产状和分布；小、产状和分布；孔隙孔喉孔面颗粒观测孔喉特征观测孔喉特征 :表面松散颗粒的大小和表面松散颗粒的

16、大小和分布、光滑性；分布、光滑性；孔隙骨架颗粒观测孔喉结构特征观测孔喉结构特征 孔隙几何形态、孔隙类型（粒间孔孔隙几何形态、孔隙类型（粒间孔隙、微孔隙）隙、微孔隙） 喉道类型（缩径喉道、点状喉道、片状喉道类型（缩径喉道、点状喉道、片状喉道）、孔喉直径；喉道）、孔喉直径；孔喉充填物观测孔隙中胶结物观测孔隙中胶结物 胶结物类型（粘土胶结、碳酸盐胶胶结物类型（粘土胶结、碳酸盐胶结、硫酸盐胶结、硫化物胶结）、产状结、硫酸盐胶结、硫化物胶结）、产状(充填式、衬垫充填式、衬垫式）式）充填式胶结物产状衬垫式胶结物产状u样品要求样品要求 l尺寸大小适中尺寸大小适中( (标准岩心标准岩心) ) 3025 301

17、5 2510 152000500 2000100 50010 1001 10 储层分类标准 类型类型中孔中孔中渗中渗中孔中孔低渗低渗低孔低孔中渗中渗低孔低孔低渗低渗低孔低孔特低渗特低渗特低孔特低孔特低渗特低渗孔隙度孔隙度(%)15 2015 2010 1510 1510 1510渗透率渗透率10-3m2100 50010 100100 50010 1001 101 10频率频率（%）6.912.141.4429.7744.84.9 宝北区块储层分类 2、用于、用于油气层损害机理分析油气层损害机理分析1）储层喉道特性对储层损害的影响）储层喉道特性对储层损害的影响 相同间层比的伊利石相同间层比的伊

18、利石/ /蒙皂石间层矿物，蒙皂石间层矿物，对细孔喉型油层的水敏损害比中、粗孔喉对细孔喉型油层的水敏损害比中、粗孔喉型油气层严重。型油气层严重。 2）孔隙大小及分布对储层损害的影响油气）孔隙大小及分布对储层损害的影响油气层层 微粒的粒度分布、微粒在孔隙中的空间微粒的粒度分布、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分布及与孔喉大小的匹配关系是分析油气层损害的关键。层损害的关键。 屏蔽暂堵钻井完井液技术中架桥粒子的选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。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，依据征和最大孔喉半径，依据2/3架桥原理设计屏蔽架桥原理设计屏蔽暂堵架桥粒子之中值直径。暂堵架桥粒子之中值直径。4、入井流体悬浮固相控制、入井流体悬浮固相控制 射孔液、压井液、洗井液、修井液、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