录井现场碳酸盐岩分析技术探讨

梅向东

（大庆钻探工程公司地质录井一公司，黑龙江大庆163000）

1 概述

随着大庆油田进入开发中后期，原油产量下降，持续高产稳产压力增大，油田实施以气补油战略，加大了对非常规油气资源的勘探力度，勘探区域由松辽盆地向塔里木油田东部及川渝地区转变。松辽盆地地层岩性以砂泥岩、火山岩为主，塔东及川渝地区目的层岩性以碳酸盐岩为主，主力储层岩性差别较大，相应的分析化验技术手段发生变化。地质录井在现场负责岩性识别、地层剖面归位等工作，碳酸盐岩主要以白云岩和灰岩为主，代表性矿物为白云石、方解石，由于白云石和方解石特征相近，加之录井现场岩屑颗粒细碎、缺乏有效技术手段，肉眼难以准确识别。现阶段录井现场主要使用碳酸盐分析仪识别岩屑，该仪器是一种间接的分析手段，在录井现场碳酸盐岩分析中存在一定局限性，由于现场人员操作不规范，导致岩性识别存在一定误判[1-2]，必须加强对碳酸盐岩分析技术研究。现阶段随着元素分析方法在录井应用越来越普遍，应用元素分析方法分析碳酸盐岩具有一定的技术优势，增加了录井识别碳酸盐岩的手段。因此，加强录井现场碳酸盐岩分析技术研究，提升新技术应用效果，对于提升录井资料质量具有较大意义。

2 碳酸盐岩分析仪技术原理

2.1 碳酸盐岩的组成及与盐酸反应

碳酸盐岩主要有方解石和白云石两种碳酸盐矿物组成，以方解石为主的称石灰岩，以白云石为主的称为白云岩，方解石化学成分主要是CaCO3，理想的白云石化学成分是CaMg(CO3)2。由于灰岩与白云岩的的化学成分不同，与盐酸反应的速度也不相同。实验室分析表明，CaCO3与HCl反应的速度远远高于与CaMg(CO3)2的反应速度。根据大量测试得出以下几种情况：

（1）灰岩（主要成分CaCO3）反应速度大于白云岩[主要成分CaMg(CO3)2]。

（2）白云质灰岩或灰质白云岩中先是灰质部分进行快速反应，随反应时间的延长，剩下只有白云质的成分反应。

2.2 碳酸盐岩分析仪工作原理

碳酸盐岩分析仪组成部分有反应釜、压力传感器、信号转换装置、数据传输线路等，具体工作原理是将一定量的碳酸盐岩样品置于反应釜中，加入一定体积固定浓度的盐酸，在密封的反应釜中，盐酸与碳酸盐岩反应产生二氧化碳气体，反应釜中压力上升，通过压力传感器测定反应釜中压力，根据压力变化情况来分析碳酸盐岩中方解石或白云石的百分含量。

目前常用的碳酸盐含量测定仪主要有天津陆海碳酸盐岩分析仪和神开碳酸盐岩分析仪，都是通过测量岩样和盐酸反应产生的CO2气体的压力，建立一条碳酸盐含量随压力变化的函数曲线，间接得出碳酸盐岩的含量，从而反映样品中的矿物组成，实现对碳酸盐岩的识别定名[3]。碳酸盐岩与盐酸反应的压力曲线如图1所示，曲线X坐标对应反应时间，纵坐标对应碳酸盐岩中灰质和白云质含量总和。

图1 碳酸盐岩与盐酸反应曲线

3 碳酸盐岩分析仪工作条件影响因素

3.1 碳酸盐岩分析仪影响因素

据以上碳酸盐岩分析工作原理可知，碳酸盐岩分析仪分析结果受到多种因素的影响，其中，环境温度影响反应釜中压力测量及盐酸与碳酸盐反应的剧烈程度，盐酸浓度也影响与碳酸盐岩的反应速度，碳酸盐岩颗粒研磨的越细，与盐酸接触面积越大，反应速度越快。此外，反应时间的长短直接影响碳酸盐岩中白云石成分的测定，反应时间越长，白云质成分与盐酸反应越彻底，测定的结果准确度越高。

3.2 影响因素的实验分析

为了分析不同因素对碳酸盐分析结果的影响，分析可能的影响因素，通过控制单一条件因素发生变化，其它条件不变，分析单一条件对反应结果的影响程度，选择最佳的反应条件。为此，应用标准的碳酸盐岩样品，分析环境温度、样品研磨程度、盐酸浓度、反应时间等条件对分析结果的影响，选择最佳的反应条件，制定碳酸盐分析的标准。

4 碳酸盐岩分析仪影响因素试验分析

4.1 环境温度影响分析

为了分析环境温度对碳酸盐岩分析结果的影响，使用标准的碳酸盐岩样品，使用天平称取1g碳酸盐岩样品，置于反应釜中，滴管滴5mL浓盐酸（盐酸浓度20%），反应时间6min，保持这些反应条件，改变环境温度，分别设定反应温度10℃、15℃、20℃、25℃、30℃，分析标准碳酸盐岩样品，结果误差如图2所示，从图中可以看出，温度越低，测定的结果误差越大，温度达到25℃后，测定结果误差小于1%，考虑录井现场实际情况，设定反应最佳温度为25℃，以下实验温度均在25℃下进行。

图2 温度对碳酸盐岩分析仪影响

4.2 碳酸盐岩研磨程度影响分析

碳酸盐岩颗粒粒径越小，单位质量碳酸盐岩与盐酸接触面积越大，反应的速度也越快。为了分析碳酸盐岩粒径对反应结果的影响，使用标准的碳酸盐岩样品，使用天平称取1g碳酸盐岩样品，置于反应釜中，滴管滴5mL浓盐酸（盐酸浓度20%），反应时间6min，反应温度为25℃，保持这些反应条件，分别研磨碳酸盐岩样品，过200目、160目、60目粒径样品筛，测定不同粒径碳酸盐颗粒与盐酸的反应情况，反应结果如图3所示。

图3 碳酸盐岩研磨程度对分析结果的影响

从图3中可以看出，相同的碳酸盐岩样品，碳酸盐颗粒研磨越细，单位质量碳酸盐岩颗粒与盐酸接触面积越大，反应越充分，测定的CaCO3及CaMg(CO3)2含量越高，也越接近真实含量，根据录井现场条件，碳酸盐岩颗粒研磨至200目为宜。

4.3 盐酸浓度影响分析

盐酸浓度越大，与碳酸盐岩反应的速度也越快，为了分析碳酸盐岩浓度对反应结果的影响，使用标准的碳酸盐岩样品，使用天平称取1g碳酸盐岩样品，置于反应釜中，滴管滴5mL浓盐酸，反应时间6min，反应温度为25℃，保持这些反应条件，改变盐酸的浓度8%、12%、16%、18%，测定结果如图4所示。

图4 白云岩与不同浓度盐酸反应关系图

从图4中可以看出，相同时间内，盐酸浓度越大，与碳酸盐反应速度越快。

4.4 反应时间对分析结果的影响

盐酸与碳酸盐岩反应时间越长，反应的越充分，为了分析碳酸盐岩浓度对反应结果的影响，使用标准的碳酸盐岩样品，使用天平称取1g碳酸盐岩样品，置于反应釜中，滴管滴5mL浓盐酸，反应温度为25℃，保持这些反应条件，记录12min内碳酸盐岩样品与盐酸分反应情况，结果如图5所示。

从图5中可以看出，灰岩（CaCO3）与盐酸反应较快，在很短时间内反应完全，灰岩对反应时间要求较小。白云岩[CaMg(CO3)2]与盐酸反应较慢，随着反应时间的进行，白云石慢慢反应完全，反应时间12min基本满足反应要求。

图5 反应时间对碳酸盐岩分析结果影响

以上实验结果表明，为了保证碳酸盐岩分析仪分析的准确性，碳酸盐岩分析的最佳条件是25℃，样品研磨至200目，盐酸浓度18%，白云岩样品反应时间需达到12min。

5 结论

碳酸盐分析仪通过检测压力变化，来分析碳酸盐岩与盐酸反应产生的气体量，达到分析碳酸盐岩中方解石、白云石含量的目标，是一种间接的分析方法，为了保证分析的准确性，碳酸盐岩分析的最佳条件是25℃，样品研磨至200目，盐酸浓度18%，白云岩样品反应时间需达到12min。