试论X射线衍射全岩分析技术在录井中的应用

吴丹

摘要：仪器具有较好地稳定性和重复性，具有体积小、分析样品用量少，速度较快等特点，适用于录井现场；通过与实验室数据对比，误差较小，可满足岩屑定量化描述的要求；开展应用取得了较好的效果，对火成岩岩性的识别、非常规储层的评价具有辅助作用；对岩矿制片有难度的盐类矿物具有较好地应用效果，可辅助卡取层位和界面；能较好地应用于空气、泡沫等特殊钻井工艺钻进的细小岩屑岩性识别和描述；建议在地质录井现场进行推广应用。

关键词：储层评价；地质录井；稳定性；重复性；岩屑岩性识别

随着石油钻井新工艺技术的飞速发展，如PDC钻头的应用以及气体钻井、大位移井、水平井的钻探，岩屑十分细碎，甚至成粉末状，使得岩屑录井对地层岩性难于识辨，层位难于判断。X射线衍射全岩分析技术可分析样品的矿物组成，根据矿物组合特征可判断样品的岩性，然而实验室的大型X射线衍射全岩分析仪在国内外的各个行业都有着非常成功的应用。缺点是体积庞大，环境要求高；高能耗；需要冷却系统；需要旋转电子器件来观察不同的测量角度；样品制备复杂，不能及时为现场地质人员提供岩性全岩分析，无法应用于录井现场。为了克服以上缺点，相应出现了适用于录井现场的小型X射线衍射仪，它机体小、重量轻、方便携带；无需专业的实验室，无需水循环冷却系统，维护方便；自动化-无需测角仪，使用样品震动装置（专利技术），省去传统台式机测角仪；样品制备简单，自动化程度高。目前开展了实验性的应用研究，可以作为一项新的录井技术，丰富录井评价的技术手段，为地质研究提供更为丰富的数据。

1 YST-1型X射线衍射仪介绍

YST-1型X射线衍射仪是按照晶体对X射线的衍射的几何原理设计制造的衍射实验仪器。在测试过程中，由X射线管发射出的X射线照射到试样上产生衍射现象，用辐射探测器接收X射线光子，经测量电路放大处理后，在显示或记录装置上给出精确的衍射线位置、强度和线形等衍射信息。X射线粉末衍射仪是由X射线发生器、震动器、X射线强度测量系统、衍射仪控制及衍射数据采集分析系统组成的，其中包括电源设备及防护装置等。YST-1型X射线衍射仪是密封式射线管，阴极接负高压，阳极接地。灯丝罩起着控制栅的作用，使灯丝发出的热电子在电场的作用下聚焦并轰击到靶面上，阳极靶面上受电子束轰击的焦点便成为X射线源，向四周发射X射线。

2 YST-1型X射线衍射仪的样品分析

2.1 样品制备

把样品磨制成粉末，仅需要15mg的样品装入震动样品池中，这样就能够将样品的结晶结构的所有方向呈现在仪器的光学系统中。由此我们可以得到极好的X射线谱图，可在实际上避免定向影响带来的问题，以区别于传统样品的制备方法。

2.2 数据采集

简明的操作界面，一键式按钮，自动测定，操作方便。无需对仪器进行参数和程序设置，简化了操作、缩短了检测时间。保证了仪器使用安全性，提高了检测可靠性。实时的数据采集系统，动态提供XRD光谱图。便于随时掌握仪器工作状况和数据采集情况。

2.3 分析处理软件

数据分析软件有中文、英文两个版本，软件操作简单、方便。分析软件界面中，选项栏、快捷按钮栏依次排列。包括原始数据显示、曲线处理、d值寻峰、定量计算并显示计算结果等主要工具。在参数设定好的情况下，能够自动判定岩性。软件囊括了常用标准岩石样品矿物的原始图谱，能够满足常用各种岩性样品的分析检测。具有显示标样曲线功能，方便与测定谱图对比。

3 X射线衍射全岩分析录井技术的应用

YST-1型X射线衍射仪经过各种基础实验测试，仪器各项指标均达标以后。该项技术在分析化验人员的努力下，进行推广应用，共分析36口井次，1405个样品，涵盖了大部分岩性。在生产科研上都取得了很好的应用。

3.1 X射线衍射全岩分析录井技术在胜利油区的应用

在油区进行X射线衍射试验，共分析12口井次、样品687个。下面对A井的推广应用重点说明：

3.1.1 A井

从A井沙三下亚段12、13砂组粘土矿物“X”衍射分析结果可以看出，沙三下亚段三套泥页岩裂缝相对发育段的粘土矿物中，以蒙脱石与伊利石过渡相矿物（伊/蒙间层）含量最多，其次是伊利石，高岭石、绿泥石含量不多，伊/蒙间层含量自上而下分别为：47～65%，55～69%，63～69%，平均值为：58.1%、64.0%、65.9%，伊利石含量分別为：20～41%、28～45%、28～38%，伊/蒙间层、伊利石的含量随着埋深的增加表现出了逐渐增多的趋势，从伊/蒙间层比含量（即蒙脱石含量）占20%可以看出，进入沙三下亚段深层，伊/蒙间层含量中以伊利石为主，已有的资料表明，在蒙脱石变为伊利石过程中，体积缩小1/3，层间孔隙相应缩小，反应了随埋深的增加成岩性逐渐增强；高岭石相对含量分别为5～12%，0～5%，1～3%，平均值为：8.8%、3.6%、1.45%，绿泥石相对含量分别为3～7%、0～3%、1～2%，平均值为：4.9%、2.5%、1%，从高岭石、绿泥石分析的数值看出，两种矿物随埋深的增加含量明显降低，在3040.6～3080.9m段两种矿物含量甚至大多为0%，研究资料表明，高岭石在下第三系砂岩储层中充填原生及次生孔隙后，易降低砂岩孔隙度和渗透性，而绿泥石在沙三下亚段砂岩中往往充填在高岭石晶间孔隙中或其他残留孔隙中，对砂岩储层的孔渗性也有一定影响。

总体上随深度的增加伊/蒙间层、伊利石的含量逐渐增高、高岭石、绿泥石的含量逐渐降低，而与裂缝发育相对较差段对比，裂缝相对发育段伊/蒙间层含量、伊利石含量相对略高，高岭石、绿泥石的含量明显降低。

3.2 X射线衍射全岩分析录井技术在岩性鉴定的辅助作用

在研究地区共分析14口井次，113个样品。X射线衍射全岩分析技术对于岩性的鉴定发挥了很好的辅助作用。在应用过程中，X射线衍射起到了重要的作用，大部分直接参与了岩性定名，为该区研究提供了准确可靠的资料。

3.3 X射线衍射全岩分析录井技术在矿物识别中的应用

X射线衍射全岩分析技术在岩石矿物识别方面起到了重要作用，对长石分类、含量鉴别提供了准确的数据，非常具有说服力。共分析2口井次，18个样品。值得一提的是，在B井单井评价过程中，对于长石砂岩中长石组分含量难以确定，X射线衍射技术通过定量的方法，给每一个样品都提供了准确的长石含量，提供了可靠的依据。

4结束语

随着石油钻井新工艺技术的飞速发展，如PDC钻头的应用以及气体钻井、大位移井、水平井的钻探，岩屑十分细碎，甚至成粉末状，使得岩屑录井对地层岩性难于识辨，层位难于判断。在此条件下，X射线衍射全岩分析技术介入到录井行业，该技术可分析样品的矿物组成，根据矿物组合特征判断样品的岩性，实现了岩屑描述的定量化。该技术得到良好的试验应用，对于促进录井技术进步、提高勘探开发效益均具有十分重要的意义。

参考文献

[1]胡林彦，张庆军，沈毅. X射线衍射分析的实验方法及其应用[J]. 河北理工学院学报，2014，26（3）：83-86

（作者单位：中石化华北石油工程有限公司录井分公司）