岩石薄片鉴定及显微图像技术在现场录井中的应用

2016-09-18刘淑英

西部探矿工程 2016年8期

关键词：偏光储集层薄片

刘淑英

（大庆油田地质录井一公司，黑龙江大庆163411）

岩石薄片鉴定及显微图像技术在现场录井中的应用

刘淑英*

（大庆油田地质录井一公司，黑龙江大庆163411）

通过对实物地质资料岩石薄片的利用价值、鉴定弊端阐述与研究现状的简介；指出了开展岩石薄片显微图像数字化意义的重要性；着重论述了岩石薄片照相的常用方法技术思路；指出当前工作存在的问题与进一步工作设想。阐述了岩石薄片显微图像技术在现场录井中的作用，并对影响岩石薄片显微图像鉴定的因素进行了分析。探讨了图像采集后形成岩石薄片显微图像数据管理，其成果产品可服务于地质及相关行业生产、研究和大专院校教学、地学科普等方面。

岩石薄片；显微图像；现场录井；储集层物性

用偏光显微镜进行岩石薄片观测研究的技术和方法，是科研和生产中最基本、最有效、最迅速、最廉价的方法之一，特别是在岩石形态和组构研究方面，是其他方法所无法取代的。岩石薄片显微图像分析技术在岩性识别、储集层评价、落实显示等方面具有直观可视的技术优势，不仅能满足了观察烃类与岩石的需要，而且能清晰地显示出储集层空间的微观结构特点及烃类物质在储集层中的存在方式，揭示岩石中油气分布与岩石结构、构造、次生缝洞之间的关系，为准确识别油气层提供了可靠依据。

岩石铸体薄片检测项目的内容包括铸体薄片的制作、鉴定和图像分析几个方面。

1　岩石薄片的制作

1.1取样

任何实验手段都会对样品选取提出自己的要求，其中最基本的一条就是对检测样品的代表性的要求；铸体薄片的取样也不例外。首先要根据行业标准的要求间距选择有代表性的样品；其次根据样品条件在取样过程中采取一些必要的措施，尽量保证样品孔缝和裂隙的原始面貌不被破坏，以保证鉴定内容和分析数据的有效性。

1.2铸体

含油样品在制作铸体时先要进行洗油，辽河油田广泛存在的稠油散砂样品取样还需要使用液氮冷钻、聚四氟乙烯塑料包封、抽提除油，然后使用铸体仪对岩样孔隙进行有色环氧树脂胶的铸体制作；在使用铸体仪时要保证样品抽真空效果，同时在梯次升温灌注和固化过程要保证温压指标的准确性。

1.3制片

将制好的铸体样品切分编号，先进行粗、中、细、精几个工序的平面磨制；晾干后使用T-1502胶粘片；粘牢后在切片机上把多余部分切掉后进行粗磨、细磨，最后精磨至0.03mm；偏光显微镜下结构清晰，石英干涉色为一级灰白盖片，贴上标签交付鉴定。

2　岩石薄片的鉴定

2.1岩石结构、矿物成份鉴定

在偏光显微镜下对铸体薄片可以进行支撑类型、颗粒接触方式、颗粒粒度、分选磨圆及显微构造等方面的观察和鉴定；成分方面的鉴定主要以碎屑颗粒识别鉴定为主，由于铸体工艺的特殊性，对填隙物的影响不可避免，所以填隙物方面内容涉及较少。

2.2孔隙特征识别

孔隙类型从成因上分为3种：原生粒间孔隙、次生孔隙、混合孔隙；原生孔隙大致有压实缩小、次生加大缩小和压实胶结缩小几种情况；次生孔隙有粒内溶蚀孔隙、铸模孔、杂基或胶结物溶蚀孔和超大孔隙；混合孔隙有粒间扩大和微孔隙。

3　岩石薄片显微图像采集的意义与重要性

3.1利于保护实物薄片

玻璃制成的岩石薄片由于脆而易碎，且保存不当胶质易发黄或龟裂等难以长期保存，通过数字化工作，将薄片原始影响资料储存于计算机中管理，不仅可以长期保存，还可以减少直接使用带来的损毁，延长实物薄片保存寿命。

3.2提高实物薄片的利用率，利于研究工作

岩石薄片数字化资料，可以通过网络技术实现信息共享，利用管理服务系统进行查询、检索，一个薄片信息可以供多人同时观察讨论，一个用户也可以同时观察多个薄片进行对比分析，研究分析所需的各类薄片资料等。从而大大提高实物薄片的利用效率，增强行业间业务交流，扩大实物资料利用研究范围和深度。

3.3利于实物资料信息管理，促进集群化服务

岩石薄片数字信息化，还可以存贮在磁盘或光盘等电磁介质上，进行分级管理和保存，完善实物地质资料的管理方法；在网络上，不仅图像能够下载，还可以通过建立交流共享、议建反馈等平台，进行学术研讨，利用信息技术，便于实物信息的管理与传播。

4　岩石薄片的显微图像分析

4.1岩石薄片的CIAS图像分析

根据体视学原理，三维空间内特征点的特征可以用二维截面内特征点的特征值来表征，图像分析方法就是对二维图像进行扫描，并对特征点的像素群进行检测和编辑处理，得到二维图像的特征值。与荧光薄片和常规薄片相比，铸体薄片具有分析目标特征比较明显的特点；铸体薄片的显著特点是分析目标特征单一、突出，易于识别和选取，为孔隙特征的鉴定和目标选取、计算提供了条件。

通过对储集层岩芯的系统取样、洗油处理、铸体制作、薄片磨制，然后对薄片进行二维扫描、图像分析和计算，得出分析样品孔隙空间的二维特征值，如面孔率、平均孔隙半径、平均孔喉比、配位数等特征参数；采集到的铸体薄片的图像资料使抽像的储层岩石孔隙度、渗透率特征变得直观、可视，对解释人员客观准确地认识储集层的储集性及渗流能力大有帮助，而图像分析参数的解释评价实现了微观条件下对储集层储集性和渗流能力的量化。

4.2岩石薄片图像分析目标选取注意的几个问题

在铸体薄片图像分析中，要选择有代表性的视域，同时不能重复；在同一张铸体薄片显微照片里，一般一个视域内孔隙数30～50个；在任一放大倍数下，孔隙直径小于像素点径长3倍的孔隙，不予统计；视域数不少于6个，总孔隙数大于200个。

5　岩石薄片在现场录井中的应用

5.1透射光条件下利用偏光鉴定岩性

辽河坳陷在太古宇结晶基底之上接受了从中、上元古界—新生界的沉积；新生界构成辽河坳陷沉积地层的主体，最厚可达8000m以上；中、上元古界、古生界、中生界不很发育，局部零星分布。太古宇的混合岩类、区域变质岩残留体，元古宇的区域变质岩、构造变质岩，古生界、中生界的一些浅变质岩，另外还有多期次喷发形成的涵盖了基性、中性和酸性的各类火山岩［2］，仅凭肉眼观察对这些结晶岩定名是比较困难的。但是及时、准确地识别这些结晶岩，对落实地层层序，指导钻井施工，深入细致地研究油气藏的生储盖情况又是十分必要的。

以下镜下观察方法已经成为录井行业中一个实用有效的解决岩石定名的手段：在单偏光镜下观察造岩矿物的晶形、解理、颜色、突起等级、包裹体特征等；在正交偏光镜下观察消光类型、测定延性符号、观察双晶类型；在锥光镜下选择近于垂直光轴的颗粒，由干涉图的特征确定轴性；最后根据造岩矿物的种类、含量、结构、构造特征为岩石准确定名［3］。如图1为X井3648.00m井壁取芯样品的正交偏光下的显微图片，左上两个晶体为长板状的斜长石，右侧一颗晶体为具格子双晶的微斜长石，他形分布的白色矿物为石英，几个斜长石之间的暗色矿物为已经蚀变的黑云母，综合定名为二长混合花岗岩。图2为X井3872.00m深度的岩屑样品的正交偏光下的显微图片，镜下观察条件非常不好，经过识别、鉴定，各岩屑颗粒不论大小均为同一岩性；造岩矿物主要由角闪石和斜长石组成，含量近似相等，斜长石自形程度较角闪石差，为典型的煌斑结构特征，综合定名为煌斑岩。

5.2透射光条件下利用常光鉴定铸体薄片

录井工作的一个主要内容就是通过对钻井过程中地层信息的检测分析，对整个井筒的油气水分布情况进行评价，得出科学准确的结论。储集层物性和烃类分布情况这两个方面是解释评价人员在工作过程中需要准确掌握的重要资料之一。

根据立体透视学原理，三维空间内特征点的特征可以用二维截面内特征点的特征值来表征；薄片的图像分析方法就是对二维图像进行扫描，并对特征点的像素群进行检测和编辑处理，得到二维图像的特征值，为储集层评价研究提供资料。

铸体薄片的鉴定是通过对储集层岩芯的系统取样、洗油处理、铸体制作、薄片磨制，然后对薄片进行二维扫描、图像分析和计算，得出样品的二维特征值，如面孔率、平均孔隙半径、平均孔喉比等特征参数，并且采集到的铸体薄片的图像资料使抽象的孔渗参数变得直观、可视，有助于解释人员客观准确地评价储集层的储集及渗流能力。图3为W38-27-41井3号样品在显微镜5倍物镜下的显微照片，样品为细砂岩。样品除油后已松散，使用颗粒密度法检测孔隙度为34.2%，如图所示，孔隙喉道比较清晰，样品具有较好的储集空间和较强的渗流能力，其参数如下：面孔率为20.70%、平均孔隙直径为70.00μm、平均孔喉比为2.60、均质系数为0.49、分选系数为37.25。图4为该井26号样品在显微镜20倍物镜下的显微照片，样品为砂砾岩。样品除油后已松散，使用颗粒密度法检测孔隙度为38.7%，如图所示，孔隙喉道十分清晰，样品具有很好储集空间和很强的渗流能力，其参数如下：面孔率为25.12%、平均孔隙直径为407.39μm、平均孔喉比为2.98、均质系数为0.73、分选系数为138.36。

图3与图4的铸体显微图像资料与物性分析的孔度对比可以看出，它们有着很好的响应关系并具有一定的代表性。通过显微图像资料分析可使现场地质录井人员对储集层物性的认识更加深入、细微和具体，从而提高解释符合率。

5.3落射光条件下利用荧光鉴定荧光薄片

石油是一种液态的以碳氢化合物为主的复杂混合物，石油中除轻质汽油和石蜡不发光外，大部分石油都具有荧光性；石油主要组分中的油质沥青、胶质沥青、沥青质沥青都发荧光。借助于石油发光的特性，在岩石保持完整的结构和构造的情况下，可以观察到岩石中烃类物质与周围矿物颗粒之间的各种关系，根据发光的产状来追溯沥青与岩石之间的成因联系，从而解决石油地质工作中的一些实际问题。

与其他技术相比，荧光偏光显微图像技术能够在不破坏储集层岩石结构、构造和保持储集层油水关系原貌的情况下，对储集层的含油性、油水关系特点进行研究，形成的资料是物性分析中孔、渗、饱参数的一个综合的、形象的表述。在钻井剖面中寻找油层的确切分布井段及确定其烃类性质时，可以把储集层岩样的荧光直照、气测分析、地化分析与荧光偏光显微图像技术有机地结合起来，以全面、准确地了解岩石中烃类物质的含量及其性质、油水关系等，使油气层解释评价更加翔实、准确，为油田的增储上产提供高水平的技术服务。在笔者近一年的工作实践中，荧光偏光显微图像技术已在生产实践中得到了比较广泛的应用。

5.3.1利用荧光显微图像技术确定储集层含油性

D40井2712.40～2718.10m井段内岩芯样品荧光显微图片分析表明，该层段岩芯经过取样、制片、图像采集、系统分析，在荧光图片（图5、图6）中，可以比较清楚地看到原油主要赋存于砾石中间，由细碎颗粒充填的孔隙中，少量构造破碎的砾石中也被浸染，含油比较饱满，并且联通，配合其他资料，定为油层，并及时向甲方建议试油求产，试油结果日产原油12.76m3。

5.3.2利用荧光显微图像技术鉴别真假油气显示

图7为SH古1井岩芯样品分析，可以看出图片中的2期缝隙中2种截然不同的显示特点：纵向分布的微细裂缝为早期形成的构造裂缝，偏光下几乎很难分辨（图8），但是在荧光下却清晰可见（图7），被发出黄褐色荧光物质充填的为后期形成的构造裂缝，是该储集层的主要储集空间。该样品主缝荧光为被发黄褐色荧光的磺化沥青污染所致，早期的微细裂缝中的显示为原生油气显示。可以得出这样的结论：该样品所在储集层已经被强烈污染，只具微弱真油气显示，建议定为含油水层。此结论经中途测试结果验证，试油出水22.4m3/d，液面见1%油花，微弱气泡。