X射线元素录井技术应用研究

X射线元素录井技术应用研究
作者：孙瑞
来源：《中国化工贸易·下旬刊》2018年第07期
摘要：X射线荧光元素录井技术使得在复杂的钻井新工艺条件下的岩性识别增添了新的手段，也为地质录井向定量化发展提供了新途径。

本文从技术原理、流程、应用方面就X射线元素录井技术进行了研究。

关键词：X射线元素录井技术；应用研究
近年来为满足复杂油气藏勘探开发的需要，石油钻井技术迎来了飞速发展。

在各种钻井新技术、新工艺的应用情况下，传统录井技术各方面都得以延伸与发展，但唯独在钻井地质中举足轻重的岩屑录井技术没获得重大突破，一直以来以来还停留在以往通过人的肉眼直接观察或借助光学仪器观察、个人主观描述的阶段。

传统的岩屑录井技术由于录井人员个人专业素养、经验、语言表达能力、责任心等差别，对同一个岩石样品的定名和特征描述有所不同，且描述内容欠规范、描述结果不利于定性分析。

这些非标准的、片面性的描述资料，既不利于进行横向或区域上对比分析，且精确度和可靠性也有限，已经越来越不能满足复杂油气藏勘探开发的需要。

同时，随着钻井新技术的飞速发展如螺杆+PDC的应用、气体钻井以及大位移水平井，井底返出的岩屑已经十分细小，甚至呈粉尘状，以观察岩屑为手段的岩性识别方法已不能适应钻井新工艺的需求，传统岩屑录井技术迫切的需要一项既能满足恶劣现场工作环境又能准确反映地层岩性的新技术出现。

多年来石油地质工作者们都一直在探索和研究新的路径方法，并且做出了很多尝试，其中包括自然伽马分析、扫描电镜分析、X射线衍射分析等。

但这些分析方法针对不同的钻井条件时，存在或多或少问题，难以准确跟踪判断地层特征，直到X射线元素录井技术的出现才使这一情况得以改观。

1 技术原理
X射线元素录井是利用电子跃迁方法来确定样品元素含量的。

当用高能X射线轰击样品时，原子核外电子释放出来出现电子空位，这时处于高能态电子会跃迁到低能态来填补电子空位，并释放出特定的X射线（X射线荧光）。

不同元素产生的X射线荧光具有不同的能量与波长，对这些X射线荧光进行采集就能准确的分析出样品中个元素种类与含量，进而定性的确定样品岩性特征。

2 岩石矿物理论基础
在岩屑录井现场应用过程中，岩浆岩、沉积岩以及变质岩三大岩类都有所涉及，不同岩性的具有不同的化学成分特点，不同的化学成分便构成了元素录井进行岩性乃至地层分析的基础。

岩浆岩中氧化物含量以SiO2含量为最多，其次为Al2O3，按照SiO2的含量可分为超基性岩（62%）。

从超基性岩至酸性岩，随着SiO2的逐渐增多，FeO、MgO逐渐减少，K2O、
Na2O渐显增加，Al2O3含量由超基性的纯橄榄岩至基性的辉长石岩增加较大，随后向中性的闪长石、酸性的花岗岩则减少。

沉积岩主要可分为碎屑岩和碳酸盐岩两大类，碎屑岩又称陆源碎屑岩，由于其成岩碎屑来源不同，其化学成分差异很大，但是其主要造岩矿物中，石英是最稳定且最丰富的矿物，其次为长石类矿物及铁镁矿物类，因此其Si元素含量可作为其衡量标准。

泥质岩类的主要矿物成分为粘土矿物（高岭石、伊利石和蒙脱石），陆源碎屑矿物及一些自生矿物（铁、锰、铝的氧化物和氢氧化物为主），泥质岩矿物成分复杂且变化较大，可结合多种元素分析其矿物成分，如粉砂质泥岩、铁质泥岩、炭质泥岩、钙质泥岩等等；碳酸盐岩中主要成分为CaO和MgO，可根据其含量变化划分对比碳酸盐岩地层。

表1为由标准矿物组成的典型岩石理论计算的主要化学成分数据，由数据可以看出不同岩石具有的不同化学成分。

3 取样与分析
X射线元素分析的样品来源主要是钻井岩屑和少量钻井岩心。

X射线荧光分析流程的建立和分析环节的技术要求主要是考虑岩样的代表性、分析数据的准确性及钻井现场的时效性。

根据X射线元素分析要求及石油钻井岩屑录井特殊要求，建立X 射线荧光分析流程如下：
①样品采集：按施工井地质设计要求从井口采集岩屑样品；②样品干燥：采用自然晾晒或烘箱干燥样品；③挑选样品：按录井间距选取具有代表性的岩屑样品；④粉碎样品：对选取的岩屑样品进行粉碎；⑤粉末压片：按仪器要求对粉末样品进行压片处理；⑥样品分析：X 射线荧光分析；⑦数据处理：元素分析数据处理为通用数据格式。

4 小结
X射线元素录井在现场已经得到了广泛的应用，对于钻井现场地层划分、构造成因等都具有重要的指导意义。

基于其对样品中个元素变化的分析，有效的解决了钻井新技术及新工艺带来的岩屑细小、岩性难以辨认等难点，使岩屑录井方法多样化，灵敏地捕捉地层变化的信息，在岩性解释、地层判别等方面的研究与应用已日趋成熟，特别是在灰岩、云岩、火山岩等岩性的识别上有着其他方法不可比拟的优势。

与此同时，X 射线元素录井提供了准确而且丰富的岩石常量元素和微量元素数据，其包含的丰富信息对于地质录井工作者研究岩相古地理、物性分析等诸多方面的指导作用都有待研究，还有更多的内涵和功能需要去发掘和开发。