岩心分析PPT课件

模拟围压渗透率渗透率仪cms300全自动岩心分析仪比表面压汞或等温吸附法相渗透率稳态法不稳态法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孔隙结构孔隙喉道类型大小形态连通性分布铸体薄片图像分析semx射线ct扫描nmr大小分布压汞法离心机法毛管压力曲线测定骨架结构石英长石岩屑云母粒度大小分布筛析法薄片粒度图像分析接触关系成分含量成岩变化铸体薄片阴极发光xrd全岩分析红外光谱粘土矿物产状铸体薄片sem类型成分含量铸体薄片xrd红外光谱沉降分离法电子探针或能谱非粘土矿物产状岩石薄片sem类型成分含量薄片染色xrd全岩分析红外光谱碳酸盐含量测定表21岩心分析揭示的内容和所用的方三取样要求岩心分析的样品可以来自全尺寸成形的岩心也可以是井壁取心或钻屑
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；
分析的样品：井下岩芯、钻屑和井壁取芯；
主要方法：X衍射、扫描电镜、岩石薄片三大常规常 规岩心分析技术；
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主要造岩矿物
序号
1 2 3 4 5 6 7
8 9
10 11
矿物名称
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岩心
岩石物理性质
、 k 测 定 铸体薄片 扫描电镜 压汞技术 图象分析 接触角法
孔隙度渗 透率孔隙 结构岩石 表面性质
岩 石 岩物石理结构性与质矿物
铸体薄片 X 射线衍射 扫描电镜 电子探针红 外光谱
岩石的 稳定性 与强度
地层微粒和矿 物的稳定性
地层流体
化学分析 光谱分析 色谱分析 高压物性
结垢趋势 及类型
含水非晶质硅酸盐矿物：水铝英石(SiO2·Al2O3·nHO)、 胶硅铁石(SiO2·Fe2O3·nHO)等。
特点：粘土矿物颗粒通常很细，大约1~5μm， 一般小于2μm。
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二、粘土矿物的结构类型
1.粘土矿物的基本结构单元
①四面体：指Si4+在中心、O2在四周紧密结合起来构成的 立体几何图形，正好是四个 面故称四面体。因它由Si和 O组成，故又称Si-O四面体。
的几何形状、大小、分布及其相互连通 关系。
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影响孔隙结构的因素 a. 岩石颗粒的大小
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b. 岩石颗粒的形状
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C.颗粒之间的接触关系
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d. 胶结类型
基底胶结、孔隙胶结、接触胶结、镶嵌结构
基底胶结：填隙物含量较多， 碎屑颗粒在其中互不接触呈 漂浮状。填隙物主要为杂基。
孔隙胶结：这是最常见
的颗粒支撑结构，碎屑
颗粒构成支架状，颗粒
之间多呈点接触。胶结
物含量少，只充填在碎
屑颗粒之间的孔隙中，
他们是成岩期或后生期
的化学沉淀产物。
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接触胶结：也为颗粒支撑 结构，颗粒之间呈点接触 或线接触，胶结物含量很 少，分布于碎屑颗粒相互 接触的地方。
镶嵌结构：在成岩的压固作 用下，特别是当压溶作用明 显时，砂质沉积物中的碎屑 颗粒会更紧密的接触。颗粒 之间由点接触发展为线接触、 凹凸接触、甚至形成缝合线 接触。
这类粘土矿物类似伊利石结构，即两个SI-O四面体片夹一个AlO八面体片，不同之处是多出一片氢氧镁石(水镁石)八面体片。
图2-10 2:1+1型绿泥石结构图
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绿泥石的阳离子交换容量比蒙脱石少，而近似 伊利石的阳离子交换量。在绿泥石的两个四面体 片夹一个八面体晶片中，由于低价Al3+置换高价 Si4+所造成的正电荷亏损（显负电性）由其附加在 晶层间的八面体晶片中的高价阳离子Al3+置换低 价阳离子Mg2+所赢得的正电荷来平衡。
类型、大小、形态、连通性、分布 大小、分布
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 接触角测量、阿莫特(自吸人)法、离 心机法毛管压力曲线测定 铸体薄片、图像分析、SEM，X射线、 CT扫描、NMR 压汞法、离心机法毛管压力曲线测定
ห้องสมุดไป่ตู้
石英、长石 岩屑、云母
粒度大小、分布 接触关系、成分、含量、成岩变化
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，其结构式为：
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图2-7 1:1型层状粘土（高岭石）
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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；
特点： ➢ 相邻两晶层结合紧密，水不易进入晶层之间。 ➢ 晶面间距小，几乎无阳离子交换。 ➢ 在机械力(包括一定高流速流体的流动冲击)作用下， 层间会产生分散迁移，损害储集层渗透率。
摩氏硬度
6 6~6.5 6~6.5 5.5~6 5~6 5~6 6~6.5 类 5.56~6 5.56~6
2~2.5 2.5~3
晶形
单斜晶系 三斜晶系 三斜晶系 三斜晶系 三斜晶系 三斜晶系 三斜晶系
六方晶系 等轴晶系
单斜晶系 单斜晶系
3
4
5
砂岩储层储集岩的孔隙结构 • 孔隙结构是指岩石所具有的孔隙和喉道
图2-8 2:1型层状粘土（蒙脱石）
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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
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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；
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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。
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4. 2:1+1型（TOT·O型）粘土矿物 - 绿泥石
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一、岩心分析的目的意义
1.岩心分析的目的 ➢ 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 ； ➢ 确定油气层潜在损害类型、程度及原因； ➢ 为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据
和建议；
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2.岩心分析的意义
通过岩芯分析可以获得岩心中矿物性质及多孔 介质的特性，体现了岩心分析在油气层地质研究 中的核心作用。
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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。
➢晶面间距大 ，容易进行阳离子交换。 ➢ 相邻两晶层结合不紧密，水易进入晶层之间。 ➢ 表现出明显的膨胀性。
蒙脱石是易膨胀性粘土矿物，一般与水接触后易 产生水化膨胀和分散运移（水敏），损害储集层 渗透率！
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3. 伊利石矿物（2:1型的粘土矿物-TOT型）
密度
1.铝硅酸盐(长石族)
正长石 钾微斜长石 钠长石 钠钙长石 中长石 钙钠斜长石 钙长石
2.57 2.54 2.62~2.65 2.65~2.67 2.68~2.69 2.70~2.73 2.74~2.76
似
长
石
霞石 白榴石
2.55~2.65 2.45~2.50
云母(层状硅酸盐)
白云母 黑云母
2.75~3 2.70~3.1
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
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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2×1.4×10-1nm)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。
氧硅
图2-3 单个硅氧四面体
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②四面体片：在一个平面上四面体以三个顶点相连结， 第四个顶点都指向同一个方向，这样连 续成一系列六边形网面，称为四面体片， 简称晶片。四面体晶片用符号（T）表 示。
氧
硅
图2-4 硅氧四面体面片
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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。
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；
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。
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。
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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。
内部环境 压力 温度 原地应力 天然驱动能量
外部环境 流速 工作液性质 外来固相侵入 压差
潜在油气层损害和敏感性
保护油气层技术措施建议
图2-1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
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常 岩规 石物 物性 理 性 质
孔隙 结构
骨架 岩 结构 石 结 构 与填 矿隙 物物
表2-1 岩心分析揭示的内容和所用的方法
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。
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2. 2:1型的粘土矿物（TOT型）- 蒙脱石
由两片Si-O四面体片夹一片Al(Fe，Mg)-O(OH)八面体片结合成一单 个单元结构层。蒙脱石和伊利石属于此种类型的粘土矿物。
一层（晶层），据其叠合配套数不同有下列几种类型：
①TO型结构（或1:1型），高岭石属此类。 ②TOT型结构（或2:1型），蒙脱石、伊利石属此类。 ③TOT·O型结构（或2:1＋1型），绿泥石属此类。
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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
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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。
孔隙度
内容 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
比表面 相渗透率
润湿性 孔隙--喉道
孔喉
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
气—水、油—气、气—油—水 油湿、水湿、中间润湿
筛析法、薄片粒度图像分析
铸体薄片、阴极发光、(XRD〕全岩 分析、红外光谱
粘土矿物 非粘土矿物
产状 类型、成分、含量 产状 类型、成分、含量
铸体薄片、SEM
铸体薄片、XRD、红外光谱、沉降 分离法、电子探针或能谱
岩石薄片、SEM
薄片染色、XRD全岩分析、红外光
谱、碳酸盐含量测定
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三、取样要求
岩心分析的样品可以来自全尺寸成形的岩心， 也可以是井壁取心或钻屑。经验表明，钻屑的代表 性很差，故通常使用成形岩心，而且多个实验项目 可以进行配套分析，便于找出岩石各种参数之间的 内在联系。
氧
铝、镁等
图2-5 单个铝氧（或氢氧）八面体
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④八面体片：由八面体沿一个平面相互连接而成， 以(O )表示。
氧（氢氧）
铝、镁等
图2-6 铝氧（或氢氧）八面体面片
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⑤晶层：由一层四面体片与一层八面体片叠合而成为 一层或由两层四面体片夹一层八面体片叠合 而成为一层称为结构单元层，简称晶层。
2.粘土矿物的结构类型 由上述四面体晶片（T）和八面体片（O）配套叠合为
岩石结构与矿物分析、孔隙结构的测定要在了 解油气层岩性、物性、含油气性、电性的基础上， 有重点的进行选样分析。
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第二节 粘土矿物的概念和结构特点
一、粘土矿物的基本概念 定义：细分散的晶质含水层状硅酸盐矿物和含 水非晶质硅酸盐矿物的总称。
晶质含水层状硅酸盐矿物：高岭石、蒙脱石、 伊利石、绿泥石等，