岩心分析技术
岩心分析技术
三、岩心分析的主要方法
X-Ray Diffraction (XRD) X射线衍射; Scanning Electron Micrograph(SEM) 扫描电镜; Slice Technique 薄片技术; Mercury Injection Method for Rock Capillary
2、作用原理：
三大常规技术之一，它应用光学显微镜观察薄片
3、功用：
直接观察储层孔喉大小、分布、连通情况、地层微 粒、地层敏感性矿物、地层胶结情况等
-- --- mm
0.03mm 10 20
长:20—40mm
制作方法： 将岩心按需要方向切磨成厚度为 0.03mm，能让可视光通过薄片，进行岩石学分 析的技术
3）粘土矿物类型鉴定和相对含量计算
X-射线衍射在石油工业中应用的最主要内容。 利用粘土矿物 特征峰的d值，鉴定粘土矿物的类 型，利用出现矿物对应的衍射峰的强度，定量分 析粘土矿物的相对含量。
常见的粘土矿物：蒙脱石、伊利石、绿泥石、高 岭石
相对含量计算
对全晶质样品，利用在所有样品中普遍存在的矿 物-----石英作为标准，根据下列公式计算各矿物 的相对含量：
样品要求
尺寸大小适中(标准岩心) <f33×100mm； 有良好的导电性； 观察面清洁新鲜；
局限性：
只能作形态观察； 不能确定矿物含量； 不能给出矿物化学成分；
泥浆污染
三、薄片技术(Slice Technique of Rock)
1、薄片技术的基本概念
铸体薄片厚度为0.03mm , 面积不小于15*15mm，一 般用储层岩心磨制而成
《岩心分析方法》课件
地球物理探测
利用物理方法探测地下岩 层的分布和性质，为岩心 采集提供指导。
岩心采集的设备
钻机
钻井取心的主要设备，用 于钻孔和取心作业。
岩心筒
用于存放和保护岩心的容 器，通常由金属材料制成 。
井下电视设备
包括摄像头、照明灯、图 像采集和处理系统等。
岩心采集的注意事项
地层适应性
根据地层特性和岩性选 择合适的取心方法和设
注意事项
避免使用具有腐蚀性的清洗剂，以 免损坏岩心或影响分析结果。
岩心的整理和保存
整理目的
注意事项
将清洗后的岩心进行整理，以便于观 察和测量岩心尺寸、形态等参数。
保持干燥、防尘、防潮等环境条件， 以免影响岩心的质量和分析结果。
保存方法
将整理好的岩心进行干燥，并选择适 当的保存方式，如密封保存、低温保 存等，以延长岩心的保存时间。
《岩心分析方法》PPT课件
目录
• 岩心分析概述 • 岩心采集 • 岩心处理 • 岩心分析技术 • 岩心分析的应用 • 岩心分析的未来发展
01
岩心分析概述
岩心分析的定义
岩心分析是指在钻井过程中，通过钻 取岩心来获取地下岩石的详细信息， 包括岩石的物理性质、化学成分、结 构特征、矿物组成等方面的分析。
岩心分析是地质学和地球物理学中非 常重要的基础研究方法之一，对于了 解地下地质构造、地层特征、油气藏 分布等具有重要意义。
岩心分析的目的和意义
了解地下岩石的物理性质和化学成分，为地质学和地球物理学研究提供基础数据。
通过岩心分析可以确定地层年代、沉积环境、成岩作用等，对于油气勘探和开发具 有重要意义。
优化样品处理流程
简化样品处理流程，提高处理速度，降低误差率 ，从而提高分析精度。
岩心分析
第二章岩心分析岩心分析是认识油气层地质特征的必要手段，油气层的敏感性评价、损害机理的研究、油气层损害的综合诊断、保护油气层技术方案的设计都必须建立在岩心分析的基础之上。
所以，岩心分析是保护油气层技术系列中不可缺少的重要组成部分，也是保护油气层技术这一系统工程的起始点。
第一节岩心分析概述一、岩心分析的目的意义1．岩心分析的目的岩心分析目的有三点：（1）全面认识油气层的岩石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。
2．岩心分析的意义保护油气层技术的研究与实践表明，油气层地质研究是保护油气技术的基础工作，而岩心分析在油气地质研究中具有重要作用。
油气层地质研究的目的是，准确地认识油气层的初始状态及钻开油气层后油气层对环境变化的响应，即油气层潜在损害类型及程度。
其内容包括六个方面：（1）矿物性质，特别是敏感性矿物的类型、产状和含量；（2）渗流多孔介质的性质，如孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙及喉道的大小、形态、分布和连通性；（3）岩石表面性质，如比表面、润湿性等；（4）地层流体性质，包括油、气、水的组成，高压物性、析蜡点、凝固点、原油酸值等;（5）油气层所处环境，考虑内部环境和外部环境两个方面；（6）矿物、渗流介质、地层流体对环境变化的敏感性及可能的损害趋势和后果。
其中，矿物性质及渗流多孔介质的特性主要是通过岩心分析获得，从而体现了岩心分析在油气地质研究中的核心作用。
图2-1说明了六项内容之间的相互联系，最终应指明潜在油气层损害因素、预测敏感性，并有针对性地提出施工建议。
还应指出，室内敏感性评价和工作液筛选使用的岩心数量有限，不可能全部考虑油气层物性及敏感性矿物所表现出来的各种复杂情况，岩心分析则能够确定某一块实验岩样在整个油气层中的代表性，进而可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。
第二章_岩心分析
（5.0学时）
岩心分析是认识油气层地质特征的必要手段，是取 得油气层地质资料的一项基础工作。油气层敏感性评 价 、损害机理研究 、损害的综合诊断、保护油气层技 术方案的设计都必须建立在岩心分析的基础之上。
岩心分析（定义）：是指利用能揭示岩石本性的各种 仪器来观测和分析岩石一切特性的一类技术；
特点：
单元结构层内的阳离子(Al3+、Si4+）能被其它阳 离子（ Al3+ 、Mg2+、Ca2+、Na+等）部分置换。
高价离子被低价离子置换后造成的正电荷亏损， 则由吸附在晶体外表和晶层的可交换性阳离子 ( Mg2+、Ca2+、Na+等）来中和平衡。
特点： 层间可交换性的阳离子可自由地进出，为阳离 子交换提供了十分有利的条件。
用途：能提供孔隙内充填物的矿物类型、大小、产 状的直观资料，同时也是研究孔隙结构的重要手段。
特点：①耗样少、制样简单；②观测视场大、立 体感强；③放大倍数范围宽且连续可调；④ 直观、快速、有效；⑤可对污染前后的样品 进行对比观测。
样品制备方法：将岩样抽提清洗干净，加工出新鲜面 作为观察面，用导电胶固定在样品桩上，自然 晾干，最后在真空镀膜机上镀金 (或碳)，使样 品必须有良好的导电性能。样品直径一般不超 过 lcm。对污染试验的岩心样品，要尽量保证 原样形貌。
特点：
2.在某些情况下，如弱酸性水的淋滤作用，因K+ 离子对此很敏感，最终会导致晶层中的K+离子 脱出为其它阳离子（Na＋、Ca2+或H2O等）替代， 以至边缘破键的吸附水也随之进入晶层间，导 致晶层膨胀，晶面间距可达14×10-1nm以上。 这种脱Κ+伊利石称为蚀变伊利石或降解伊利石。
岩心分析
氧
硅
图2-4 硅氧四面体面片
③八面体：指Al3+(或Mg2+)在中心、四周有六个阴离子 O2-或OH-构成的一个立体几何图形正好是 八个面，故称为八面体。因其由Al3+和O2组成，故又称它为Al- O八面体。
氧
铝、镁等
图2-5 单个铝氧（或氢氧）八面体
④八面体片：由八面体沿一个平面相互连接而成，
表2-1 岩心分析揭示的内容和所用的方法
内 孔隙度 容 常规条件 模拟围压 总孔隙度、连同孔隙度 总孔隙度 方 法 气测法、煤油饱和法孔隙度仪 CMS - 300全自动岩心分析仪 渗透率仪 CMS - 300全自动岩心分析仪 压汞或等温吸附法 气—水、油—气、气—油—水 油湿、水湿、中间润湿 类型、大小、形态、连通性、分布 大小、分布 粒度大小、分布 接触关系、成分、含量、成岩变化 产状 粘土矿物
绿泥石的结构化学式为：
｛Mg6［AlxSi8-xO20］(OH)4 ｝n-1· ｛（Mg6 –xAlx(OH)12｝n+
伊利石的一般结构式如下：
Kx+y(Al2-yMgy)(Si4-xAlx)O10(OH)2
图2-9 2:1型伊利石结构图
特点：
1.伊利石与蒙脱石不同之处是晶层内的阳离子交换量
比蒙脱石少。阳离子交换主要是Si-O四面体晶片内， 所以不均衡电荷主要在四面体片内，距离层间阳离子 很近，当结构层中出现阳离子K+时，便被紧紧地吸 附住，并恰好嵌在上下两个四面体晶片间氧原子的六 方网眼中(K+离子半径大约1.33×10-1nm，2个四面体 六方网眼半径为l.4×10-1nm，上下两个为2×1.4×101nm)形成一种强键，致使水存在时难以进入晶层间， 引起晶层的膨胀。所以伊利石是一种不膨胀的粘土矿 物。晶面间距(d001)为10×10-1nm。
岩心分析技术
岩心分析技术及应用一、X射线衍射1．X射线衍射分析技术全岩矿物组分和粘土矿物可用X射线衍射（XRD）迅速而准确地测定。
XRD分析借助于X射线衍射仪来实现，它主要由光源、测角仪、X射线检测和记录仪构成。
由于粘土矿物的含量较低，砂岩中一般3%~15%。
这时，X射线衍射全岩分析不能准确地反映粘土的组成与相对含量，需要把粘土矿物与其它组分分离，分别加以分析。
首先将岩样抽提干净，然后碎样，用蒸馏水浸泡，最好湿式研磨，并用超声波振荡加速粘土从颗粒上脱落，提取粒径小于2μm（泥、页岩）或小于5μm（砂岩）的部分，沉降分离、烘干、计算其占岩样的重量百分比。
粘土矿物的XRD分析使用定向片，包括自然干燥的定向片（N片）、经乙二醇饱和的定向片（再加热至550℃），或盐酸处理之后的自然干燥定向片。
粒径大于2μm或5μm的部分则研磨至粒径<40μm的粉末，用压片法制片，上机分析。
此外还可以直接进行薄片的XRD分析，它对于鉴定疑难矿物十分方便，并可与薄片中矿物的光性特征对照，进行综合分析。
2．X射线衍射在保护油气层中的应用1）地层微粒分析地层微粒指粒径小于37μm（或44μm）即能通过美国400目（或325目）筛的细粒物质，它是砂岩中重要的损害因素，砂岩中与矿物有关的地层损害都与其有密切的联系。
地层微粒的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、云母、菱铁矿、方解石、白云石、石膏等。
2）全岩分析对粒径大于5μm的非粘土矿物部分进行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（HF，HCl）性研究和酸化设计有帮助。
长石含量高的砂岩，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。
3）粘土矿物类型鉴定和含量计算注：Di-二八面体；Tri-三八面体；Ch-绿泥石；S-蒙皂石；Ve-蛭石；Bi-黑云母4）间层矿物鉴定和间层比计算油气层中常见的间层矿物大多数是由膨胀层与非膨胀层单元相间构成。
第三讲 岩心与流体分析技术
三 储层流体分析技术简介
•天然气分析 天然气分析 •分析方法：常用气相色谱； 分析方法：常用气相色谱； 分析方法 •应用：根据H2S、CO2含量分析损害 应用：根据 应用 、 •原油分析 原油分析 •进行沥青质测定、蜡含量测定、酸值分析、含硫量、凝固点、 进行沥青质测定、蜡含量测定、酸值分析、含硫量、凝固点、 进行沥青质测定 粘度等性能测定 •主要用于预测有机垢的生成及分析工作液的配伍性，如乳化 主要用于预测有机垢的生成及分析工作液的配伍性， 主要用于预测有机垢的生成及分析工作液的配伍性 问题和酸渣问题
岩心分析的意义
可通过为数不多 的实验结果， 的实验结果，建立 油气层敏感性的整 体轮廓， 体轮廓，指导保护 油气层工作液的研 制和优选
保护油气技术中油气层地质研究的内 容及岩心分析的作用
一 岩心分析概述
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 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， 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 - 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。 及相应的技术方法。
矿物 蒙皂石 绿泥石 蛭石 伊利石 高岭石
d 001 12-15 14.2 14.2 10.0 7.15
d 002 -7.1 7.1 5.0 3.58
d 003 4-5 4.7 4.7 3.33 2.37
d 004 -3.53 3.53 2.5 --
d 005 2.4-3 2.8 2.8 ---
近程有序
三 储层流体分析技术简介
•油气层流体性质 油气层流体性质 •地层水：主要是矿化度、离子成分、水型及pH值；影响无机 地层水：主要是矿化度、离子成分、水型及 值 地层水 沉淀、有机沉淀及水敏损害程度； 沉淀、有机沉淀及水敏损害程度； •原油：含蜡量，粘度，胶质、沥青质和硫含量，析蜡点，凝 原油：含蜡量，粘度，胶质、沥青质和硫含量，析蜡点， 原油 固点； 固点；影响有机沉淀的堵塞情况引起酸渣堵塞损害及高粘乳 状液堵塞损害； 状液堵塞损害； •天然气性质：主要是H2S和CO2的含量； 天然气性质：主要是 的含量； 天然气性质 和 •腐蚀产物引起损害及生成无机沉淀。 腐蚀产物引起损害及生成无机沉淀。 腐蚀产物引起损害
第二章岩心分析-精选文档
岩 石 物 理 性 质
常 规 物 性
渗透率 比表面 相渗透率 润湿性
空气渗透率、煤油渗透率、地层水渗 透率；水平渗透率、垂直渗透率、径 向渗透率、全直径岩心渗透率；模拟 围压渗透率
稳态法、不稳态法
接触角测量、阿莫特(自吸人)法、离 心机法毛管压力曲线测定
孔隙 结构 骨架 结构
孔隙--喉道 孔喉 石英、长石 岩屑、云母
中的核心作用。
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，进而可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。
二、岩心分析的内容 岩心是地下岩石 (层)的一部分，所以岩心分析是获 取地下岩石信息十分重要的手段。
储集层敏感性在很大程度上取决于孔隙中敏感性
矿物的类型、含量和所处的位置以及储层孔隙大小、 形态、孔喉配位状况等。利用岩心分析技术得出的数 据资料，就能描述出储集层孔隙系统中敏感性矿物对 储集层敏感性的潜在影响。
表2-1 岩心分析揭示的内容和所用的方法
内 孔隙度 容 常规条件 模拟围压 总孔隙度、连同孔隙度 总孔隙度 方 法 气测法、煤油饱和法孔隙度仪 CMS - 300全自动岩心分析仪 渗透率仪 CMS - 300全自动岩心分析仪 压汞或等温吸附法 气—水、油—气、气—油—水 油湿、水湿、中间润湿 类型、大小、形态、连通性、分布 大小、分布 粒度大小、分布 接触关系、成分、含量、成岩变化 产状
岩心分析技术
第一节 岩心分析概述
1、岩心分析的目的和意义
目的
全面认识储层特性，弄清楚储层损害的潜 在损害问题，确定油气层潜在的损害类型、 程度、原因；
全面认识岩石的物理性质和敏感性矿物类型、 产状、含量及分布；
为保护方案设计提供依据和建议。
1、岩心分析的目的和意义
意义 岩心分析是保护油气层技术的基础和重 要组成部分；
V. 其它岩心分析技术
付里叶变换红外光谱分析
• 测定矿物基团、功能团…识别和量化常见矿物
CT扫描技术 X-Ray Computerized Tomography 计算机 处理层析X射线成象技术
• 颗粒密度； • 裂隙和孔隙分布； • 固相侵入深度和孔隙空间的变化；
核磁共振成象技术 Nuclear Magnetic Resonance Imaging (NMRI)
填充物------(粘土矿物和非粘土矿物)： 类型、产状、成分、含量
3. Coring Sample 取岩样
井底取出岩心
实验岩心
30 30 30 30 30 30
Slice
30
K、F、Capillary pressure
RXD SEM
第二节 岩心分析技术及应用
I. X-Ray Diffraction (RXD) X射线衍射
1、岩心分析的目的和意义
基本概念
敏感性：外来流体与储层粘土矿物发生物理化 学反应的矿物
敏感性矿物：水敏性矿物、速敏性矿物、盐敏 性矿物、酸敏性矿物和碱敏性矿物
2 岩心分析方法和内容
方法
X-Ray Diffraction (XRD) X射线衍射; Scanning Electron Micrograph(SEM) 扫描电镜; Slice Technique 薄片技术; Mercury Injection Method for Rock Capillary
岩心分析
高岭石是比较稳定的非膨胀性粘土矿物，一般不 易水化分散。在外力作用下，层间会产生分散迁 移（速敏），损害储集层渗透率。
第一节 岩心分析概述
岩石分析技术的方法很多，有偏光显微镜、阴极发 光显微镜、荧光显微镜、激光显微镜、扫描电镜（电子 显微镜）、显微镜图象分析、X射线衍射、电子探针、 差热及热重分析、紫外光谱、红外光谱、X射线荧光光 谱、中子活化、核磁共振、岩石薄片（薄片染色微化分 析）等。
由于岩石是矿物的集合体，所有这些分析技术主要 对组成岩石的矿物成分、形态、大小相互排列关系以及 岩石孔隙类型、形态、大小、面孔率、孔喉配位关系 （孔隙结构）等进行分析鉴定。
其结构为：
层间物为：K+、Na + 、Ca 2+ 、nH2O。 典型蒙脱石的结构化学式：
(Ca, Na)0.67Mg0.67Al3.33(Si8O20)(OH)4 ·nH2O
晶面间距d001：晶面间距比高岭石大，蒙脱石的d001为 12.7～17.2×10-1nm；
晶层间的作用力：范德华引力(相邻两晶层为氧原子 面)，无氢键力；
三、各类粘土矿物晶体的结构特征
1. 1:1型的粘土矿物（TO）型-高岭石
由一片Si-O四面体片(T)和一片Al-O八面体片(O)叠合成一个单 元结构层，称为1:1型或TO型。这种类型的矿物有高岭石、地开 石、埃洛石等。
高岭石结构化学式为A14［Si4O10］(OH)8，其结构示为：
晶面间距d001：7.15×10-1nm～7.2×10-1nm； 晶层间的作用力：范德华引力、氢键力；
石油勘探开发的岩心分析技术
,
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02
岩心分析技术 概述
03
岩心分析技术 的主要内容
04
岩心分析技术 的应用范围
05
岩心分析技术 的发展趋势与 展望
1 添加章节标题
2 岩心分析技术概述
岩心分析技术的定义
岩心分析技术是 一种通过研究岩 石样本来获取地 下地质信息的技 术。
岩心分析技术可以帮助石油勘探开发人员 确定地下石油储层的位置、规模和性质， 为石油开采提供重要信息。
岩心分析技术还可以帮助石油勘探开发人 员评估地下石油储层的开采价值，为石油 开采提供决策依据。
岩心分析技术在石油勘探开发中具有广 泛的应用前景，可以提高石油勘探开发 的效率和准确性，降低石油勘探开发的 风险和成本。
岩心分析技术的发展历程
19世纪末，岩 心分析技术开 始应用于石油
勘探开发
20世纪初，岩 心分析技术逐 渐成熟，成为 石油勘探开发
的重要手段
20世纪中叶， 随着科技的发 展，岩心分析 技术得到了进 一步的发展和
完善
21世纪初，岩 心分析技术已 经广泛应用于 石油勘探开发 的各个领域， 成为石油勘探 开发的关键技
岩心分析技术在油气田开发方 案实施过程中的作用
岩心分析技术在油气田开发方 案调整中的应用
5
岩心分析技术的发展趋 势与展望
自动化与智能化技术的应用
自动化技术在岩心 分析中的应用：提 高工作效率，减少 人为误差
智能化技术在岩心 分析中的应用：实 现岩心数据的实时 采集、处理和分析
自动化与智能化技 术在岩心分析中的 发展趋势：更加智 能化、高效化和精 准化
《岩心分析方法》课件
岩心分析技术的分类
物理性质分析 地球化学分析 显微组分分析
描绘岩石和物质之间的物理特征，可以用来确定 视密度、孔隙率、饱和度及弹性等指标。
用各种化学与物理手段测试矿物、岩石和土壤的 成分，可以确定孔隙液及烃的组成和分布。
观察岩心薄片下显微镜，了解岩石的微观组分、 成分、纹理及结构。
岩心的获取与处理
总结和展望
尽管岩心分析具有一定的局限性和挑战，但它仍是地球科学领域不可或缺的重要手段。我们期待不断发展更先 进的技术与手段，更广泛地、更高效地解决地学问题。
气相色谱质谱分析
通过化学分析，确定岩石芯样品中的有机分子和所 含气体成分的种类与含量。
扫描电镜观察
用非常强的电场扫描岩心样品来确定其微观结构， 并检视它内部的微小痕迹、颗粒分布和结构。
机器学习和编程模型
将大量现有的岩心数据输送给机器学习模型，以便 预测未来储层性质。岩心分析应用领域1石油勘探
了解地层构成和找到石油藏。
钻井岩芯获取
通过岩芯钻探，连续地勘探井上的地层，钻探得到的岩芯是岩心分析的最主要物质来源。
岩心样品处理
通过对原始岩芯样品进行处理、筛选和切割，将大岩石块样品制备成合适的实验测试芯样。
岩心数据处理
收集、整理分析实验测试结果，建立地质模型，预测矿区、油区、水区等储层。
岩心分析的主要方法
X射线衍射分析
通过研究岩石的晶体结构，确定其中的矿物组分。
2
地质研究
研究地质历史和直观展示地质观测数据。
3
矿区勘察
寻找和评估矿产资源。
岩心分析的局限性和挑战
样品获取难度大
很多时候地层较深、地质条 件较差，采集符合要求的岩 心样品十分困难。
芯样处理技术不同
岩心分析技术
Coring Sample 取样
井底取出岩心
实验岩心
30 30 30 30 30 30
Slice
30
K、F、Capillary pressure
RXD SEM
2 X射线衍射分析（XRD）
X射线衍射原理 X射线衍射仪 实验样品制备 在保护油气层研究中的应用
1.2 油气藏工程地质描述
保护油气层技术的基础 岩心分析是工程地质描述的重要手段 工程地质描述的目的：
– 准确认识油气层的初始状态 – 打开油气层后对环境变化后的响应
（1）微观尺度 ——孔隙、颗粒尺寸分布 ——矿物类型、结构 （2）宏观尺度 ——岩心孔隙度、渗透率 ——岩心饱和度、润湿性 ——天然裂缝 （3）大型尺度 ——测井、地震数据 （4）巨型尺度 ——试井、油藏规模
可能的损害趋势和后果
岩心
岩 心 分 析 的 内 容 和 分 析 方 法
岩石物理性质
岩石结构与矿物
、k 测定 铸体薄片 扫描电镜 压汞技术 图象分析 接触角法
铸体薄片 X 射线衍射 扫描电镜 电子探针 红光谱
孔隙度 渗透率 孔隙结构 岩石表面性质
岩石的 稳定性 与强度
地层微粒和矿 物的稳定性
地层流体
常 岩 规 渗透率
石物
物性
理
比表面
性
相渗透率
层水渗透率；水平渗透率、垂 直渗透率、径向渗透率、全直 径岩心渗透率 ；模拟围压渗透 率
气 -水、油 -气、气 -油 -水
渗透率仪 CMS -300 全自动岩心分析仪
压汞或等温吸附法 稳态法、不稳态法
质
润湿性
油湿、水湿、中间润湿
接触角测量 、阿莫特（自吸人 ）法、 离心机法毛管压力曲线测定
岩心分析
三、黏土矿物分析
定义：用矿物分析中的各种手段确定黏土的矿 物成分及其含量，进而确定黏土在砂岩 中的分布特点。
依据： 油气层中黏土矿物的组、含量、产状和 分布特征不仅直接影响储集层性质的好 坏和产能的大小，而且也是决定敏感性 特征的最主要的因素。
注意事项：a. 薄片分析直观、试验费用低、故常安排在X射线 衍射和扫描电镜之前进行
b. 该方法只有选择有代表性的岩心，分析结果才有 实际价值
（3）扫描电镜分析：——（能提供孔隙填充矿物类型、产
状和含量的直观资料，亦可研 究孔隙结构） 原 理： 利用细聚焦的电子束在岩样上逐点扫描，激发产生能 够反映样品特征的信息并调制成像。
注意事项：a.分析前应将岩样用抽提的方法洗净，然后加工出新 鲜断面作为观测面。
b.样品直径一般不超过1cm。
（4）电子探针分析：——（鉴定细微矿物。研究晶体结构
分析和成岩演化、成岩环境）
原理：该技术是运用高速细电子束作 为荧光X射线的激发源进行显微 X射线光谱分析。
二、孔隙结构分析：
定义：孔隙结构分析主要基于前述的铸体薄片 和孔隙铸体分析，并结合岩心毛细血管 压力曲线的测定，从而确定孔隙类型、 孔隙类型、喉道大小及分布规律.
·岩心分析样品：可以是成形的圆柱体，井壁 取心或钻屑。
• 岩心分析常规的方法： 1.X射线衍射分析 1.岩矿分析 2.薄片分析
3.电子扫描分析
4.电子探针分析
2.孔隙结构分析 3.黏土矿物分析 4.粒度分析
一、岩矿分析
（1）X射线衍射分析——（鉴别储层内岩石矿物种类）
·原理：每种物质都有其固有的化学组成和结构，每种结 晶物质都具有其独特的晶体结构。因此，当X射线通过通 过某一晶体时，必然会显示出该晶体特有的衍射特征值 （反射面网间的距离和反射线的相对强度）
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岩心分析技术及应用一、X射线衍射1.X射线衍射分析技术全岩矿物组分与粘土矿物可用X射线衍射(XRD)迅速而准确地测定。
XRD分析借助于X射线衍射仪来实现,它主要由光源、测角仪、X射线检测与记录仪构成。
由于粘土矿物的含量较低,砂岩中一般3%~15%。
这时,X射线衍射全岩分析不能准确地反映粘土的组成与相对含量,需要把粘土矿物与其它组分分离,分别加以分析。
首先将岩样抽提干净,然后碎样,用蒸馏水浸泡,最好湿式研磨,并用超声波振荡加速粘土从颗粒上脱落,提取粒径小于2μm(泥、页岩)或小于5μm(砂岩)的部分,沉降分离、烘干、计算其占岩样的重量百分比。
粘土矿物的XRD分析使用定向片,包括自然干燥的定向片(N片)、经乙二醇饱与的定向片(再加热至550℃),或盐酸处理之后的自然干燥定向片。
粒径大于2μm或5μm的部分则研磨至粒径<40μm的粉末,用压片法制片,上机分析。
此外还可以直接进行薄片的XRD分析,它对于鉴定疑难矿物十分方便,并可与薄片中矿物的光性特征对照,进行综合分析。
2.X射线衍射在保护油气层中的应用1)地层微粒分析地层微粒指粒径小于37μm(或44μm)即能通过美国400目(或325目)筛的细粒物质,它就是砂岩中重要的损害因素,砂岩中与矿物有关的地层损害都与其有密切的联系。
地层微粒的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、云母、菱铁矿、方解石、白云石、石膏等。
2)全岩分析对粒径大于5μm的非粘土矿物部分进行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(HF,HCl)性研究与酸化设计有帮助。
长石含量高的砂岩,当酸液浓度与处理规模过大时,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。
3)粘土矿物类型鉴定与含量计算利用粘土矿物特征峰的d00l值鉴定粘土矿物类型,表2-2列出了各族主要粘土矿物的d001值。
根据出现的矿物对应衍射峰的强度(峰面各或峰高度),依据行业标准SYS5163-87“用X射线衍射仪测定沉积岩粘土矿物的定量分析方法”求出粘土矿物相对含量。
注:Di-二八面体;Tri-三八面体; Ch-绿泥石; S-蒙皂石; Ve-蛭石; Bi-黑云母4)间层矿物鉴定与间层比计算油气层中常见的间层矿物大多数就是由膨胀层与非膨胀层单元相间构成。
表2-3列出了间层矿物的类型,伊利石/蒙皂石间层矿物、绿泥石/蒙皂石间层矿物较常见。
间层比指膨胀性单元层在间层矿物中所占比例,通常以蒙皂石层的百分含量表示。
由衍射峰的特征,依据行业标准SY/T5983-94“伊利石/蒙皂石间层矿物X射线射鉴定方法”求出间层矿物间层比及间层类型(绿泥石/蒙皂石间层矿物间层比的标准化计算方法待定)。
对间层矿物的间层类型、间层比与有高序度的研究有助于揭示油气层中粘土矿物水化、膨胀、分散的特性。
应该指出,XRD分析不能给出敏感性矿物产状,所以必须与薄片、扫描电镜技术配套使用,才能全面揭示敏感性矿物的特征。
4)无机垢分析XRD分析技术鉴定矿物的能力在地层损害研究中还有广泛的应用。
油气井见水后,可能会有无机盐类沉积在射孔孔眼与油管中,利用XRD分析技术就可以识别矿物的类型,为预防与解除垢沉积提供依据。
如大庆油田聚合物驱采油中,生产井油管中无机垢沉积,经XRD鉴定存在BaSO4。
此外,XRD分析还用于注入与产出流体中的固相分析,明确矿物成分与相对含量,对于研究解堵措施很有帮助。
二、扫描电镜1、扫描电镜分析技术扫描电镜(SEM)分析能提供孔隙内充填物的矿物类型、产状的直观资料,同时也就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、真空系统与电源系统五大部分构成,它就是利用类似电视摄影显象的方式,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象。
有些扫描电镜配有X射线能谱分析仪,因此能进行微区元素分析。
扫描电镜分析具有制样简单、分析快速的特点。
分析前要将岩样抽提清洗干净,然后加工出新鲜面作为观察面,用导电胶固定在样品于桩上,自然晾干,最后在真空镀膜机上镀金(或碳),样品直径一般不超过1cm。
近年来,在扫描电镜样品制备方面取得了显著的进展。
临界点干燥法可以详细地观察原状粘土矿物的显微结构,背散射电子图象的使用能够在同一视域中直接识别不同化学成分的各种矿物。
2.扫描电镜在保护油气层中的应用1) 油气层中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、共生关系的资料。
越靠近孔、喉中央的微粒,在外来流体与地层流体作用下越容易失稳。
测定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与速敏程度,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。
2) 粘土矿物的观测粘土矿物有其特殊的形态(表2—4),借此可确定粘土矿物的类型、产状与含量。
如孔喉桥接状、分散质点状粘土矿物易与流体作用。
对于间层矿物,通过形态可以大致估计间层比范围。
3) 油气层孔喉的观测扫描电镜立体感强,更适于观察孔喉的形态、大小及与孔隙的连通关系。
对孔喉表面的粗糙度、弯曲度、孔喉尺三、薄片技术1、薄片分析技术薄片技术就是保护油气层的岩相学分析三大常规技术之一,也就是最基础的一项分析。
应用光学显微镜观察薄片,由铸体薄片获得的资料比较可靠。
制作铸体薄片的样品最好就是成形岩心,不推荐使用钻屑。
薄片厚度为0、03mm,面积不小于15mm×15mm。
未取心的情况除外,建议少用或不用钻屑薄片,因为岩石总就是趋于沿弱连接处破裂,胶结致密的岩块则能保持较大的尺寸,这样会对孔隙发育及胶结状况得出错误的认识。
2.薄片分析技术在保护油气层中的应用1)岩石的结构与构造薄片粒度分析给出的粒度分布参数可供设计防砂方案时参考,当然应以筛析法与激光粒度分析获得的数据为主要依据。
研究颗粒间接触关系、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。
对砂岩中泥质纹层、生物搅动对原生层理的破坏也可观察,当用土酸酸化时,这些粘土的溶解会使岩石结构稳定性降低,诱发出砂。
2)骨架颗粒的成分及成岩作用沉积作用、压实作用、胶结作用与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测井解释、敏感性预测、钻井完井液设计、增产措施选择、注水水质控制十分有利。
3)孔隙特征薄片分析获得孔隙成因、大小、形态、分布资料,用于计算面孔率及微孔隙率。
研究地层微粒及敏感性矿物在孔隙与喉道中的位置及与孔喉的尺寸匹配关系,可以判断油气层损害原因,并用于综合分析潜在的油气层损害,提出防治措施。
例如,低渗—致密油气层使用高分子有机阳离子聚合物粘土稳定剂时,虽可有效地稳定粘土,但由于孔喉细小,处理剂分子尺寸较大,它同时又损害油气层。
4)不同产状粘土矿物含量的估计XRD与红外光谱均不能给出粘土矿物的产状及成因,薄片分析则可说明同一种类型粘土矿物的几种产状(成因)的相对比例。
这一点很重要,因为只有位于孔隙流动系统中的粘土矿物才对外来工作液性质最敏感。
此外,薄片分析还用于粘土总量的校正,如泥质岩屑的存在可能引起粘土总量的升高,研究中应注意区分。
沉降法分离出的粘土受粒径限制,难于反映出较大粒径变化范围(5~20μm)时粘土的真实组成。
5)荧光薄片应用荧光薄片提供油存在的有效储集与渗流空间的性质,如孔隙、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。
四、压汞法测定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。
1.基本原理压汞法由于其仪器装置固定、测定快速准确,并且压力可以较高,便于更微小的孔隙测量,因而它就是目前国内外测定岩石毛细管压力曲线的主要手段。
使用压汞仪测定岩样的毛细管压力曲线,原理就是汞对大多数造岩矿物为非润湿,对汞施加压力后,当汞的压力与孔喉的毛管压力相等时,汞就能克服阻力进入孔隙,计量进汞量与压力,根据进入汞的孔隙体积百分数与对应压力就得到毛细管压力曲线。
2.毛细管压力曲线在保护油气层中的应用1)储集岩的分类评价储集岩分类就是评价油气层损害的前提,同一损害因素在不同类型的储集岩中的表现存在差异。
根据毛细管压力的曲线特征参数,用统计法求特征值,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。
2)油气层损害机理分析油气层微粒的粒度分析、微粒在孔隙中的空间分布及与孔喉大小的匹配关系就是分析油气层损害的关键。
例如相同间层比的伊利石/蒙皂石间层矿物,对细孔喉型油层的水敏损害比中、粗孔喉型油气层严重。
3)钻井完井液设计屏蔽暂堵型钻井完井液技术中架桥粒子的选择,就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,构制平均毛管压力曲线。
架桥粒子即根据平均毛管压力曲线,考虑到出现的最大孔喉半径,安2/3架桥原理设计的。
暂堵型酸化、压裂过程中,暂堵剂粒度的筛选也要参考孔喉分布数据。
4)入井流体悬浮固相控制压井液、洗井液、射孔液、修井液、注入水与压裂液等都涉及固相颗粒的含量与粒径大小控制问题,而控制标准则视油气层储渗质量、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时颗粒能自由移动。
5)评价与筛选工作液油气层损害的实质就是岩石孔隙结构的改变,通过测定岩石与工作液作用前后的岩样毛管压力曲线就能对配伍性有明确的认识。
应用高速离心机法可以快速测定毛管压力曲线,了解工作液作用前后储集岩孔喉分布参数与润湿性变化。
五、岩心分析技术应用展望尽管用于分析岩心的许多技术早已存在,但石油地质家及石油工程师从未象今天这样共同关心并应与岩心分析技术来深入揭示油气层的微观特性。
一些传统技术因使用目的转变,而被赋与新的含义。
如铸体薄片技术,从最初便于观察孔隙出发,如今则主要利用其保护粘土矿物不致在制片过程中发生脱落。
XRD技术对粘土矿物的研究与认识起到了巨大的推动作用,1985年以前,国内尚无大家接受的粘土矿物含量计算公式,今天从粘土分离提取、数据处理,乃至间层比的计算都已形成石油行业标准,可以说近十几年发生了质的飞跃。
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用。
表2-5将几种常用技术做一归纳,表明在研究中需要将这些技术组合应用,方能获得岩石性质的全貌。
新技术的应用主要表现在以下几个方面。
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、官能矿物的基团、官能团来识别与量化常见矿物,分析迅速,精度与XRD相似,能定量分析的矿物有石英、斜长石、钾长石、方解石、白云石、菱铁矿、黄铁矿、硬石膏、重晶石、绿泥石、高岭石、伊利石与蒙皂石总与,以及粘土总量,对非晶质物、间层粘土矿物的构造特性分析有独到之处,国外已将其用于井2、CT扫描技术将医学上应用的CT扫描技术引人到岩心分析中,主要原理就是用X射线照射岩心,得到岩心断面上岩石颗粒密度的信息,经计算机处理转换成岩心剖面图,它可以在不改变岩石形态及内部结构的条件下观察岩石的裂缝与孔隙分布。