岩心分析技术

岩心分析技术第一页，共四十页，2022年，8月28日第一节岩心分析概述

一、岩心分析的目的及意义1.目的：（1）全面认识油气层岩石的物理性质及岩石中敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特点；（2）确定油气层潜在损害类型、程度及原因；（3）为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议。第二页，共四十页，2022年，8月28日第一节岩心分析概述

2.意义：（1）油气层地质研究是保护油气层技术的基础工作，其中矿物性质及渗流多孔介质的特性主要通过岩心分析获得，因此，岩心分析在油气层地质研究中具有核心作用。（2）岩心分析能够确定某一块实验岩样在整个油气层中的代表性，可以通过为数不多的实验结果，建立油气层敏感性的整体轮廓，指导保护油气层工作液的研制和优选。第三页，共四十页，2022年，8月28日第一节岩心分析概述

二、岩心分析的内容和方法

岩心分析是指利用各种仪器设备来观测和分析岩心的一切特性的系列技术，是获取地下岩心信息的十分重要的手段。表3-1列出了保护油气层研究中岩心分析的内容及相应的技术方法。第四页，共四十页，2022年，8月28日第一节岩心分析概述

第五页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用一、X-射线衍射(XRD)

1.X-射线衍射的基本概念

X-射线衍射分析是对多种不同类型的晶体或准晶体（通常为细粉晶状）进行定性鉴定或定量测定各物相（尤其是敏感性矿物）组成及其含量，是保护油气层技术中主要岩心分析技术之一。

第六页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用原理

每一种结晶物质都有自己独特的衍射特征，可分别用d值（反射面网的面网间距）和I/I0值（反射的相对强度）表示。其中d值与晶胞的形状和大小有关，相对强度I/I0值则与晶体质点的种类及其在晶胞中的位置有关，从而在衍射图谱上表现出不同的衍射角和不同的衍射峰高（强度）。因而可以根据这两个参数来鉴别各类结晶物质包括岩石中各种矿物组成。第七页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用2.X射线衍射在保护油气层技术中的应用

（1）地层微粒分析

地层微粒是指粒径小于37m即能通过400目筛的细粒物质，它是导致砂岩油气层损害的主要内在物质。第八页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用参比物：全晶质样品用内含的石英；含有较多非晶质的样品，则利用外加的刚玉。

地层微粒分析为矿物微粒稳定剂的筛选、解堵措施的优化提供依据。除粘土矿物外，常见的其它地层微粒有长石、石英、菱铁矿、方解石、石膏等。第九页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用（2）全岩分析

对粒径大于5m的非粘土矿物进行XRD分析，可以知道诸如云母、碳酸盐矿物、黄铁矿、长石的相对含量，对酸敏性（HF、HCl）研究和酸化设计进行指导。长石（正长石K[AlSi3O4]）、斜长石(Ca、Na)[(Al、Si)AlSi2O8]）含量高的砂岩，当酸液浓度和处理规模过大时，会削弱岩石结构的完整性，并且存在着酸化后的二次沉淀问题，可能导致土酸酸化失败。

第十页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用（3）粘土矿物类型鉴定和含量计算

利用粘土矿物特征峰的d值鉴定粘土矿物类型。根据出现的矿物对应衍射峰的强度（峰面积或峰高度），求出粘土矿物相对含量。SY5163-87“用X射线衍射仪测定沉积岩粘土矿物的定量分析方法”。第十一页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用（4）间层矿物的鉴定和层间比的计算间层矿物是指由两种或两种以上不同结构层，沿c轴方向相间成层叠积组合而成的晶体结构。油气层中常见的间层矿物大多数是由膨胀层与非膨胀层粘土矿物相间构成，其中的膨胀层常常因盐度的波动而收缩和膨胀不定，它所造成的损害比单一矿物造成的损害还大，并且以水化膨胀和分散运移两种方式损害油气层。间层比是指膨胀性粘土矿物在间层矿物中所占比例，以蒙皂石的百分含量表示。对间层矿物的鉴定有助于揭示油气层中粘土矿物水化、膨胀、分散的特性。第十二页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用二、扫描电镜技术(SEM-ScanningElectronMicroscope)

1.扫描电镜技术的基本概念

扫描电镜分析能提供孔隙内充填物的矿物类型、产状的直观资料，同时也是研究孔隙结构的重要手段。扫描电镜通常由电子系统、扫描系统、信息检测系统、真空系统和电源系统五大部分构成。它是利用类似电视摄影显像的方式，用细聚焦电子束在样品表面上逐点进行扫描，激发产生能够反映样品表面特征的信息来调制成像。具有制样简单、分析快速的特点。

第十三页，共四十页，2022年，8月28日B1-3（3000倍）B28#Ed33553-3556m泥岩扫描电镜照片M2-1（600倍）M2-2（1200倍）M108X1#Ed33303m泥岩扫描电镜第十四页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用2.扫描电镜在保护油气层技术中的应用

（1）地层微粒的观察

扫描电镜分析能给出孔隙系统中微粒的类型、大小、含量和共生关系的资料，越靠近孔、喉中央的微粒，在外来流体和地层流体作用下越容易失稳。测定出微粒的大小分布及在孔喉中的位置，能有效地估计临界流速和速敏程度，便于有针对性地采取措施防止或解除因分散、运移造成的损害。第十五页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用（2）

粘土矿物的观测

粘土矿物有其特殊的形态，如表3-3所示。借此可确定粘土矿物的类型、产状和含量。对于间层矿物，通过形态可以大致估计间层比范围。而过渡形态的粘土矿物是一种粘土矿物向另一种粘土矿物转变的过渡阶段的产物，在扫描电镜下直接观察到矿物颗粒在形态上具有双重特征。第十六页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用第十七页，共四十页，2022年，8月28日（4）含铁矿物的检测

当扫描电镜配有（X射线能谱仪）时，能对矿物提供半定量的元素分析，常用于检测铁元素，因为少量的铁很容易造成油气层损害。（5）油气层损害的检测

利用背散射电子图像，岩心可以不必进行镀金和镀碳就能测定，在做敏感性（或污染）实验前后都可以分析，为检测油气层损害类型和程度创造了条件。第二节岩心分析技术及应用第十八页，共四十页，2022年，8月28日三、薄片技术1.薄片技术的基本概念

薄片技术指在光学显微镜下对岩石按需要方向切制、抛磨成的薄片进行岩矿分析的方法，主要包括偏光薄片分析和铸体薄片分析。该项技术是保护油气层岩相学分析三大常规技术之一，也是最基础的一项分析。利用此技术可以确定骨架颗粒、基质、胶结物及其它敏感性矿物的组分和分布，并能描述孔隙及成因。第二节岩心分析技术及应用第十九页，共四十页，2022年，8月28日2.薄片分析技术在保护油气层中的应用

（1）岩石的结构与构造通过观测颗粒间接触关系、胶结类型及胶结物的结构可以估计岩石的强度，预测出砂趋势。（2）骨架颗粒的成分及成岩作用沉积作用、压实作用、胶结作用和溶解作用强烈地影响着油气层的储集性及敏感性。了解成岩变化及自生矿物的晶出顺序对钻井、完井液设计、增产措施选择、测井解释十分有利。第二节岩心分析技术及应用第二十页，共四十页，2022年，8月28日（3）孔隙特征薄片分析获得孔隙成因、大小、形态分布资料，用于研究地层微粒及敏感性矿物在孔隙和喉道中的位置及孔喉尺寸的匹配关系，从而可以判断油气层损害原因，并综合分析潜在的油气层损害，提出相应的防治措施。（4）不同产状粘土矿物含量的估计可以观测同一种类型不同产状粘土矿物的含量。第二节岩心分析技术及应用第二十一页，共四十页，2022年，8月28日（5）荧光薄片应用荧光薄片提供油存在的有效储集和渗流空间的性质，如孔隙形状、大小、连通性及裂缝隙发育程度，为更好地了解油气层损害创造了条件。第二节岩心分析技术及应用第二十二页，共四十页，2022年，8月28日四、压汞法测岩石毛管压力曲线

由毛管压力曲线可以获得描述孔喉分布及大小的系列特征参数，确定各孔喉区间对渗透率的贡献。压汞法测岩石毛管压力曲线优点：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。第二节岩心分析技术及应用第二十三页，共四十页，2022年，8月28日1.测定原理

汞对大多数固体表面为非润湿相，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相应的孔隙中，根据进汞量（即孔隙介质的饱和度）和相应的压力，就能得出毛管压力曲线（如图所示）。第二节岩心分析技术及应用第二十四页，共四十页，2022年，8月28日第二节岩心分析技术及应用第二十五页，共四十页，2022年，8月28日把洗净烘干的岩样放入岩心杯中抽空，在真空条件下继续抽1h。从真空开始，每一压力点下维持一定时间，使外压与毛管压力达到平衡。计算在此压力(Pc)下进入岩样的汞体积(VHg)，即可求得汞进入岩样的饱和度(SHg)。一般仪器的最高工作压力为8MPa，每个岩样可以做20~30个测试点。最后按照下面的格式来填写实验数据。毛管压力Pc(MPa)和孔喉半径r(m)的关系为Pc=0.735/r。

Pc/MPaP1P2P3

Pi

VHg/mLV1V2V3Vi

SHg/%S1S2S3

Si

第二节岩心分析技术及应用第二十六页，共四十页，2022年，8月28日3.压汞法的优缺点（1）优点：①在所有方法中压汞法求毛管压力曲线所需时间最短；②研究压力范围最大；③适用于规则和不规则岩样，可用此法做退汞实验，求出吸入毛管压力曲线。（2）缺点：①不能给出矿物学方面的信息；②缺少成岩作用信息；③汞毒性大。第二节岩心分析技术及应用第二十七页，共四十页，2022年，8月28日4.毛管压力曲线在保护油气层技术中的应用（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，因为同一损害因素在不同类型储集岩中的表现存在差异。毛管压力曲线给出的描述岩样孔隙结构的三个定量特征参数是排驱压力PD、饱和度中值毛管压力Pc50和最小非饱和的孔隙体积百分数Smin。

第二节岩心分析技术及应用第二十八页，共四十页，2022年，8月28日PD是指孔隙系统中最大连通孔隙所对应的毛管压力又称阈压。PD既反映了岩石孔隙喉道的集中程度，又反映了这种集中的孔隙喉道的大小，所以，它是划分储集岩性好坏的主要指标之一。对于砂岩储层，颗粒越均匀，胶结物充填越少，颗粒越粗，排驱压力就越低，岩石储集性就越好。

第二节岩心分析技术及应用第二十九页，共四十页，2022年，8月28日

饱和度中值Pc50指非润湿相为50%时相应的注入曲线的毛细管压力，它反映当孔隙中同时存在油水两相时油的产能大小。Pc50越小，则表示岩石对油的渗透能力越好，生产能力就越高。束缚水饱和度Smin（或Swi）表示当注入汞的压力达到仪器的最高压力时，没有被汞侵入的孔隙体积百分数。Smin越大，表示小孔喉所占的体积越多，显然对油的渗流不利。第二节岩心分析技术及应用第三十页，共四十页，2022年，8月28日根据毛管压力曲线特征参数，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。通常，孔隙结构较差（孔喉尺寸较小、孔喉分布不均匀）的岩石受到的损害程度往往比孔隙结构好的岩石严重。

（2）油气层损害机理分析油气层微粒的粒度分布、微粒在孔隙中的空间分布及孔喉大小的匹配关系是分析油气层损害的关键。运移微粒通过再沉积和在喉道处发生桥堵而导致油气层渗透率下降。因此，如果岩石中有大量的细喉存在，则会加剧损害的程度，另外，孔径越小，产生微粒运移的临界流速越低，造成桥堵的可能性就越大。第二节岩心分析技术及应用第三十一页，共四十页，2022年，8月28日（3）钻井完井液设计暂堵钻井完井液技术中架桥粒子的选择，就是依据由压汞曲线获得的孔喉分布。通过对一个油组或油气层不同物性级别岩样的毛管压力曲线测定，绘制平均毛管压力曲线，架桥粒子即按平均毛管压力曲线，考虑到出现的最大孔喉半径，依2/3架桥原理设计。

第二节岩心分析技术及应用第三十二页，共四十页，2022年，8月28日（4）入井流体悬浮固相控制

压井液、洗井液、射孔液、修井液、注入水和压裂液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质量、孔喉参数而定。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，1/3~1/10时会侵入孔喉形成内泥饼，小于1/10时颗粒能侵入地层深部在孔隙中自由移动。第二节岩心分析技术及应用第三十三页，共四十页，2022年，8月28日（5）评价和筛选工作液

由于孔隙结构是影响岩石渗透率的主要因素，因此，测定岩石被工作液浸泡前后的孔隙结构特征参数，可以推断工作液损害岩石的程度，从而筛选出最优入井液体系。

第二节岩心分析技术及应用第三十四页，共四十页，2022年，8月28日第三节岩心分析技术应用展望象扫描电镜等一些先进的分析技术，目前的应用与其所能揭示的大量信息相比，技术潜力还有待充分开发。同时，一些新技术正在不断涌现，及时地引入到石油工程领域，解决工程问题已成为地质家及石油工程师的共同使命。新技术的应用主要表现在以下几方面。

第三十五页，共四十页，2022年，8月28日第三节岩心分析技术应用展望1.傅里叶变换红外光谱分析

采用傅里叶变换红外光谱仪，测定矿物的基团、官能团来识别和量化常见矿物，分析迅速，精度与XRD相似。能定量分析的矿物有石英、斜长石