第二章岩心分析PPT讲稿.ppt

第二章岩心分析第1页，共48页，编辑于2022年，星期二 岩石分析技术的方法很多，有偏光显微镜、阴极发光显微镜、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、荧光显微镜、激光显微镜、扫描电镜（扫描电镜（电子显微镜）、显微镜电子显微镜）、显微镜图象分析、图象分析、X射线衍射、射线衍射、电子探针、差热及热重分析、紫外光电子探针、差热及热重分析、紫外光谱、红外光谱、谱、红外光谱、X射线荧光光谱、中子活化、核磁共振、射线荧光光谱、中子活化、核磁共振、岩岩石薄片石薄片（薄片染色微化分析）等。（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岩石孔隙类型、形态、大小、面孔率、孔喉配位关系（孔隙结构）型、形态、大小、面孔率、孔喉配位关系（孔隙结构）等进行分等进行分析鉴定。析鉴定。第一节第一节 岩心分析概述岩心分析概述第2页，共48页，编辑于2022年，星期二1.岩心分析的目的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、含量及分布特点类型、产状、含量及分布特点；一、岩心分析的目的意义一、岩心分析的目的意义确定油气层潜在损害类型、程度及原因；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；为各项作业中保护油气层工程方案设计提供依据和建议；第3页，共48页，编辑于2022年，星期二2.岩心分析的意义岩心分析的意义 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。性，体现了岩心分析在油气层地质研究中的核心作用。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，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。工作液的研制和优选。第4页，共48页，编辑于2022年，星期二二、岩心分析的内容二、岩心分析的内容 岩心是地下岩石岩心是地下岩石(层层)的一部分，所以岩心分析是获取地的一部分，所以岩心分析是获取地下岩石信息十分重要的手段。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储集层敏感性在很大程度上取决于孔隙中敏感性矿物敏感性矿物的类型、含量和所处的位置的类型、含量和所处的位置以及储层以及储层孔隙大小、形态、孔隙大小、形态、孔喉配位状况等孔喉配位状况等。利用岩心分析技术得出的数据资料，就。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。在影响。第5页，共48页，编辑于2022年，星期二内内 容容方方 法法岩岩石石物物理理性性质质常常规规物物性性孔隙度孔隙度常规条件常规条件总孔隙度、连同孔隙度总孔隙度、连同孔隙度气测法、煤油饱和法孔隙度仪气测法、煤油饱和法孔隙度仪模拟围压模拟围压总孔隙度总孔隙度CMS-300全自动岩心分析仪全自动岩心分析仪渗透率渗透率空气渗透率、煤油渗透率、地层水渗空气渗透率、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；模拟向渗透率、全直径岩心渗透率；模拟围压渗透率围压渗透率渗透率仪渗透率仪CMS-300全自动岩心分析仪全自动岩心分析仪比表面比表面压汞或等温吸附法压汞或等温吸附法相渗透率相渗透率气气水、油水、油气、气气、气油油水水稳态法、不稳态法稳态法、不稳态法润湿性润湿性油湿、水湿、中间润湿油湿、水湿、中间润湿接触角测量、阿莫特接触角测量、阿莫特(自吸人自吸人)法、离法、离心机法毛管压力曲线测定心机法毛管压力曲线测定孔隙结孔隙结构构孔隙孔隙-喉道喉道类型、大小、形态、连通性、分布类型、大小、形态、连通性、分布铸体薄片、图像分析、铸体薄片、图像分析、SEM，X射线、射线、CT扫描、扫描、NMR孔喉孔喉大小、分布大小、分布压汞法、离心机法毛管压力曲线测定压汞法、离心机法毛管压力曲线测定岩岩石石结结构构与与矿矿物物骨架结骨架结构构石英、长石石英、长石岩屑、云母岩屑、云母粒度大小、分布粒度大小、分布筛析法、薄片粒度图像分析筛析法、薄片粒度图像分析接触关系、成分、含量、成岩变化接触关系、成分、含量、成岩变化铸体薄片、阴极发光、铸体薄片、阴极发光、(XRD全岩分全岩分析、红外光谱析、红外光谱填填隙隙物物粘土矿物粘土矿物产状产状铸体薄片、铸体薄片、SEM类型、成分、含量类型、成分、含量铸体薄片、铸体薄片、XRD、红外光谱、沉降分、红外光谱、沉降分离法、电子探针或能谱离法、电子探针或能谱非粘土矿物非粘土矿物产状产状岩石薄片、岩石薄片、SEM类型、成分、含量类型、成分、含量薄片染色、薄片染色、XRD全岩分析、红外光谱、全岩分析、红外光谱、碳酸盐含量测定碳酸盐含量测定表表2-1 岩心分析揭示的内容和所用的方法岩心分析揭示的内容和所用的方法第6页，共48页，编辑于2022年，星期二三、取样要求三、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。行配套分析，便于找出岩石各种参数之间的内在联系。岩石结构与矿物分析、孔隙结构的测定要在了解油气层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，有重点的进行选样岩性、物性、含油气性、电性的基础上，有重点的进行选样分析。分析。第7页，共48页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 粘土矿物的概念和结构特点粘土矿物的概念和结构特点一、粘土矿物的基本概念一、粘土矿物的基本概念定义：定义：细分散的晶质含水细分散的晶质含水层状层状硅酸盐矿物和含水非硅酸盐矿物和含水非晶质硅酸盐矿物的总称。晶质硅酸盐矿物的总称。晶质含水层状硅酸盐矿物：晶质含水层状硅酸盐矿物：高岭石、蒙脱石、伊利石、高岭石、蒙脱石、伊利石、绿泥石等，绿泥石等，含水非晶质硅酸盐矿物：含水非晶质硅酸盐矿物：水铝英石水铝英石(SiO2Al2O3nHO)、胶硅铁石胶硅铁石(SiO2Fe2O3nHO)等等。特点：特点：粘土矿物颗粒通常很细，大约粘土矿物颗粒通常很细，大约15m，一般一般小于小于2m。第8页，共48页，编辑于2022年，星期二晶层：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结构单元层，简称，简称晶层晶层。2.粘土矿物的结构类型粘土矿物的结构类型 由上述四面体晶片（由上述四面体晶片（T）和八面体片（）和八面体片（O）配套叠合为一层）配套叠合为一层（晶层），据其叠合配套数不同有下列几种类型：（晶层），据其叠合配套数不同有下列几种类型：TO型结构（或型结构（或1:1型），型），高岭石属此类。高岭石属此类。TOT型结构（或型结构（或2:1型），型），蒙脱石、伊利石属此类。蒙脱石、伊利石属此类。TOTO型结构（或型结构（或2:11型），型），绿泥石属此类。绿泥石属此类。第9页，共48页，编辑于2022年，星期二三、各类粘土矿物晶体的结构特征三、各类粘土矿物晶体的结构特征1.1:1型的粘土矿物（型的粘土矿物（TO）型）型-高岭石高岭石 由一片由一片Si-O四面体片四面体片(T)和一片和一片Al-O八面体片八面体片(O)叠合成一个单元结构层，叠合成一个单元结构层，称为称为1:1型或型或TO型。这种类型的矿物有型。这种类型的矿物有高岭石高岭石、地开石、埃洛石等。、地开石、埃洛石等。高岭石结构化学式为高岭石结构化学式为A14Si4O10(OH)8，其结构示为：，其结构示为：第10页，共48页，编辑于2022年，星期二晶面间距晶面间距d001：7.1510-1nm7.210-1nm；晶层间的作用力：晶层间的作用力：范德华引力、氢键力；范德华引力、氢键力；特点：特点：高岭石是比较稳定的高岭石是比较稳定的非膨胀性粘土矿物非膨胀性粘土矿物，一般不易，一般不易水化分散。在外力作用下，层间会产生分散迁移水化分散。在外力作用下，层间会产生分散迁移（速（速敏），敏），损害储集层渗透率。损害储集层渗透率。相邻两晶层结合紧密，水不易进入晶层之间。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。晶面间距小，几乎无阳离子交换。在机械力在机械力(包括一定高流速流体的流动冲击包括一定高流速流体的流动冲击)作用下，层间作用下，层间会产生分散迁移，损害储集层渗透率。会产生分散迁移，损害储集层渗透率。第11页，共48页，编辑于2022年，星期二典型蒙脱石的结构化学式：典型蒙脱石的结构化学式：(Ca,Na)0.67Mg0.67Al3.33(Si8O20)(OH)4 nH2O其结构为：其结构为：层间物为层间物为：K+、Na+、Ca 2+、nH2O。第12页，共48页，编辑于2022年，星期二晶面间距晶面间距d001：晶面间距比高岭石大，蒙脱石的晶面间距比高岭石大，蒙脱石的d001为为12.717.210-1nm；晶层间的作用力：晶层间的作用力：范德华引力范德华引力(相邻两晶层为氧原子面相邻两晶层为氧原子面)，无氢键力无氢键力；特点：特点：单元结构层内的阳离子单元结构层内的阳离子(Al3+、Si4+）能被其它阳离子（）能被其它阳离子（Al3+、Mg2+、Ca2+、Na+等）部分置换。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吸附在晶体外表和晶层的可交换性阳离子(Mg2+、Ca2+、Na+等）来等）来中和平衡中和平衡。第13页，共48页，编辑于2022年，星期二特点：特点：层间可交换性的阳离子可自由地进出，为阳离子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。交换提供了十分有利的条件。晶面间距大晶面间距大，容易进行阳离子交换。，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。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。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！水化膨胀和分散运移（水敏），损害储集层渗透率！第14页，共48页，编辑于2022年，星期二1.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。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。阳离子交换主要是阳离子交换主要是Si-O四面体晶片内，所以不均衡电荷主四面体晶片内，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现阳离子K+时，便被紧紧地吸附住，并恰好嵌在上下两个时，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四面体晶片间氧原子的六方网眼中(K+离子半径大约离子半径大约1.3310-1nm，2个四面体六方网眼半径为个四面体六方网眼半径为l.410-1nm，上下两个为，上下两个为21.410-1nm)形成一种强键，致使水存在时难以进入晶形成一种强键，致使水存在时难以进入晶层间，引起晶层的膨胀。层间，引起晶层的膨胀。所以伊利石是一种不膨胀的粘土所以伊利石是一种不膨胀的粘土矿物矿物。晶面间距。晶面间距(d001)为为1010-1nm。特点：特点：第15页，共48页，编辑于2022年，星期二2.在某些情况下，如弱酸性水的淋滤作用，因在某些情况下，如弱酸性水的淋滤作用，因K+离子离子对此很敏感，最终会导致晶层中的对此很敏感，最终会导致晶层中的K+离子脱出为其离子脱出为其它阳离子（它阳离子（Na、Ca2+或或H2O等）替代，以至边缘破等）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，晶面间距可达间距可达1410-1nm以上。这种脱以上。这种脱+伊利石称为蚀变伊利石称为蚀变伊利石或降解伊利石。伊利石或降解伊利石。特点：特点：第16页，共48页，编辑于2022年，星期二绿泥石的结构化学式为：绿泥石的结构化学式为：Mg6AlxSi8-xO20(OH)4 n-1（Mg6 xAlx(OH)12n+绿泥石的阳离子交换容量比蒙脱石少，而近似伊利石的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，由于低价片中，由于低价Al3+置换高价置换高价Si4+所造成的正电荷亏损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（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高价阳离子Al3+置换低价阳离子置换低价阳离子Mg2+所赢得的正电荷来所赢得的正电荷来平衡。平衡。第17页，共48页，编辑于2022年，星期二蚀变绿泥石因水镁石八面体晶片酸蚀失去了蚀变绿泥石因水镁石八面体晶片酸蚀失去了Mg2+、Fe2+、Al3+，将同伊利石失去，将同伊利石失去K+一样，而出现晶一样，而出现晶层膨胀。蚀变绿泥石也称降解绿泥石。层膨胀。蚀变绿泥石也称降解绿泥石。特点：特点：绿泥石晶层间联系力除了范德华引力和水镁镁石八绿泥石晶层间联系力除了范德华引力和水镁镁石八面体上面体上OH-形成的形成的氢键氢键外，就是阳离子交换后形成的外，就是阳离子交换后形成的静电力。静电力。所以绿泥石晶层一般所以绿泥石晶层一般不具有膨胀性不具有膨胀性。晶层间距。晶层间距（d001)为为14.210-1nm。第18页，共48页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 岩心分析技术及应用岩心分析技术及应用一、一、X射线衍射（射线衍射（XRD）分析技术）分析技术1.XRD分析原理分析原理 X射线衍射分析主要是对各种不同类型的晶体射线衍射分析主要是对各种不同类型的晶体(包括准包括准晶体晶体)物质进行分析。该分析技术能物质进行分析。该分析技术能定性鉴定或定量定性鉴定或定量测定出各测定出各物相种类物相种类及其及其含量含量，通常测出的物相是固态相组成，而不，通常测出的物相是固态相组成，而不是元素。是元素。样品要求：样品要求：细粉晶状态，可以是两种以上不同粉晶的细粉晶状态，可以是两种以上不同粉晶的混合样品。所以又称为粉晶混合样品。所以又称为粉晶X射线物相分析。射线物相分析。XRD是保护储集层中岩相学分析应用的主要分析是保护储集层中岩相学分析应用的主要分析方法之一方法之一。第19页，共48页，编辑于2022年，星期二 当当X射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射线通过晶体时，每一种结晶物质都有自己独特的衍射花样，它们的衍射特征可以用各个反射面网的面网间距射花样，它们的衍射特征可以用各个反射面网的面网间距(d值值)和反射的相对强度和反射的相对强度(I/I0)来表征。其中面网间距来表征。其中面网间距d值与晶胞值与晶胞的形状和大小有关，相对强度的形状和大小有关，相对强度(I/Io)则与晶体质点的种类及其在则与晶体质点的种类及其在晶胞中的位置有关。晶胞中的位置有关。任何一种结晶物质的衍射数据任何一种结晶物质的衍射数据d值和相对强度值和相对强度(I/lo)值都是值都是其晶体结构的必然反映，它在衍射图谱上表现出不同的衍射角和其晶体结构的必然反映，它在衍射图谱上表现出不同的衍射角和不同的衍射峰高不同的衍射峰高(强度强度)。因而可以根据它们来鉴别各类结晶物。因而可以根据它们来鉴别各类结晶物质包括岩石中各种矿物组成。质包括岩石中各种矿物组成。XRD的分析原理的分析原理第20页，共48页，编辑于2022年，星期二 XRD分析借助于分析借助于X射线衍射仪来实现，它主要由射线衍射仪来实现，它主要由光源、测角仪光源、测角仪、X射线检测射线检测和记录仪和记录仪构成构成。第21页，共48页，编辑于2022年，星期二能快速准确测定全岩矿物组分和粘土矿物组分。能快速准确测定全岩矿物组分和粘土矿物组分。定性分析定性分析特点：特点：定量分析（相对含量）定量分析（相对含量）粘土矿物分离方法粘土矿物分离方法：先将岩石抽提干净，然后碎样，用蒸：先将岩石抽提干净，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，提取粒径小于从颗粒上脱落，提取粒径小于2um（泥、页岩）或小于（泥、页岩）或小于5um（砂岩）的部分，沉降分离、烘干；（砂岩）的部分，沉降分离、烘干；XRD分析使用的定向片分析使用的定向片：包括自然干燥的定向片、经乙二醇饱和：包括自然干燥的定向片、经乙二醇饱和的定向片（再加热至的定向片（再加热至550），或盐酸处理之后的自然干燥定），或盐酸处理之后的自然干燥定向片。向片。第22页，共48页，编辑于2022年，星期二2.X射线衍射在保护油气层中的应用射线衍射在保护油气层中的应用a.地层微粒分析地层微粒分析 地层微粒指粒径小于地层微粒指粒径小于37m(或或44m)即能通过即能通过400目目(或或325目目)筛的细粒物质，它是砂岩中重要的损害因素，砂岩筛的细粒物质，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。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、地层微粒有长石、石英、云母、菱铁矿、方解石、白云石、石膏等。白云石、石膏等。第23页，共48页，编辑于2022年，星期二b.全岩分析全岩分析 对粒径大于对粒径大于5m m的非粘土矿物部分进行的非粘土矿物部分进行XRD分析，分析，可以知道诸如云母、碳酸盐矿物、黄铁矿、长石可以知道诸如云母、碳酸盐矿物、黄铁矿、长石的相对含量，对酸敏的相对含量，对酸敏(HF,HCI)性研究和酸化设计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。酸化后的二次沉淀问题，可能导致土酸酸化失败。第24页，共48页，编辑于2022年，星期二 间层比指膨胀性单元层在间层矿物中所占比例，通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，依据行业标准据行业标准 SY/T5983-94“伊利石伊利石/蒙皂石间层矿物蒙皂石间层矿物 X射线射射线射鉴定方法鉴定方法”求出间层矿物间层比及间层类型求出间层矿物间层比及间层类型(绿泥石绿泥石/蒙皂蒙皂石间层矿物间层比的标准化计算方法待定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、间层比和有高序度的研究有对间层矿物的间层类型、间层比和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。助于揭示油气层中粘土矿物水化、膨胀、分散的特性。e.无机垢分析无机垢分析 第25页，共48页，编辑于2022年，星期二二、扫描电镜二、扫描电镜(SEM)1.分析原理分析原理 用途：用途：能提供孔隙内充填物的矿物类型、大小、产状的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。直观资料，同时也是研究孔隙结构的重要手段。测试仪器：测试仪器：由电子由电子系统、扫描系统、信息检测系统、真系统、扫描系统、信息检测系统、真空系统和电源系统五大部分构成空系统和电源系统五大部分构成。原理：原理：利用类似电视摄像与显像的方式，用细聚焦利用类似电视摄像与显像的方式，用细聚焦电子电子束束在样品表面上由点到行（逐行）扫描，激发出能够反在样品表面上由点到行（逐行）扫描，激发出能够反映样品表面特征的电信号，经探测器放大处理后显示出映样品表面特征的电信号，经探测器放大处理后显示出样品的电子图象。有些扫描电镜配有样品的电子图象。有些扫描电镜配有 X射线能谱分析仪，射线能谱分析仪，因此能进行微区元素分析。因此能进行微区元素分析。第26页，共48页，编辑于2022年，星期二特点：特点：耗样少、制样简单；耗样少、制样简单；观测视场大、立体感观测视场大、立体感强；强；放大倍数范围宽且连续可调；放大倍数范围宽且连续可调；直观、直观、快速、有效；快速、有效；可对污染前后的样品进行对可对污染前后的样品进行对比观测。比观测。样品制备方法：样品制备方法：将将岩样抽提清洗干净，加工出新鲜面作岩样抽提清洗干净，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，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最后在真空镀膜机上镀金(或碳或碳)，使样品必须有良，使样品必须有良好的导电性能。样品直径一般不超过好的导电性能。样品直径一般不超过 lcm。对污染试。对污染试验的岩心样品，要尽量保证原样形貌。验的岩心样品，要尽量保证原样形貌。第27页，共48页，编辑于2022年，星期二2.扫描电镜在保护油气层中的应用扫描电镜在保护油气层中的应用a.油气层中微粒矿物的观察油气层中微粒矿物的观察 扫描电镜分析能给出孔隙系统中微粒的类型、大扫描电镜分析能给出孔隙系统中微粒的类型、大小、数量、分布状态等资料。能有效地估计小、数量、分布状态等资料。能有效地估计临界流速临界流速和速敏程度。和速敏程度。b.粘土矿物的观测粘土矿物的观测 粘土矿物有其特殊的形态粘土矿物有其特殊的形态，借此可确定粘土矿物，借此可确定粘土矿物的类型、产状和含量。的类型、产状和含量。第28页，共48页，编辑于2022年，星期二c.油气层孔喉结构的观测油气层孔喉结构的观测 扫描电镜立体感强，更适于观察孔喉的形态、大小及与孔隙连通扫描电镜立体感强，更适于观察孔喉的形态、大小及与孔隙连通关系。对孔喉表面的粗糙度、弯曲度、孔喉尺寸的观测能揭示微粒关系。对孔喉表面的粗糙度、弯曲度、孔喉尺寸的观测能揭示微粒捕集、拦截的位置及难易程度，对研究微粒运移和外来圈相侵入很捕集、拦截的位置及难易程度，对研究微粒运移和外来圈相侵入很有意义。有意义。e.油气层损害的监测油气层损害的监测 利用背散射电子图像，岩心可以不必镀金和镀碳就能利用背散射电子图像，岩心可以不必镀金和镀碳就能测定，在敏感性测定，在敏感性 (或工作液损害或工作液损害)评价实验前后都可以进行评价实验前后都可以进行直观分析。直观分析。第29页，共48页，编辑于2022年，星期二三、薄片技术三、薄片技术1.薄片分析原理薄片分析原理 将厚度约将厚度约0.03mm（能透过可见光）的岩心薄片固定在两层玻（能透过可见光）的岩心薄片固定在两层玻璃片之间，在光学显微镜下观察薄片璃片之间，在光学显微镜下观察薄片孔隙结构和填隙物情况孔隙结构和填隙物情况。制作铸体薄片的样品最好是成形岩心，面积不小于制作铸体薄片的样品最好是成形岩心，面积不小于15mm15mm。2.薄片的类型薄片的类型 根据分析内容和使用仪器的名称，将薄片分为：偏光薄片、根据分析内容和使用仪器的名称，将薄片分为：偏光薄片、铸体薄片、图象分析薄片、阴极发光薄片、荧光薄片、染色铸体薄片、图象分析薄片、阴极发光薄片、荧光薄片、染色薄片等。薄片等。第30页，共48页，编辑于2022年，星期二3.各类薄片技术的特点各类薄片技术的特点偏光薄片技术偏光薄片技术 这是岩石分析最基本的薄片，仅作部分染色处理。这是岩石分析最基本的薄片，仅作部分染色处理。利用偏光显微镜，观测各种矿物的光学性质，识别出利用偏光显微镜，观测各种矿物的光学性质，识别出是何种矿物及矿物的含量。同时，是何种矿物及矿物的含量。同时，观测出颗粒的大小、分观测出颗粒的大小、分选、磨圆和孔隙形状、大小及孔隙中自生矿物的分布性等关选、磨圆和孔隙形状、大小及孔隙中自生矿物的分布性等关系。系。铸体薄片铸体薄片 制片前必须对岩心进行洗油、抽空后，在特定温度、压力下，制片前必须对岩心进行洗油、抽空后，在特定温度、压力下，把带色的环氧树脂灌注到岩石孔隙之中，待树脂凝固后，再去把带色的环氧树脂灌注到岩石孔隙之中，待树脂凝固后，再去磨至磨至0.03mm厚，供镜下观测用。厚，供镜下观测用。第31页，共48页，编辑于2022年，星期二 由于岩石孔隙中的油被洗净而充填了带色（一般是黄、兰、由于岩石孔隙中的油被洗净而充填了带色（一般是黄、兰、红、绿色）的环氧树脂，所以带色的树脂部分就是代表岩石二红、绿色）的环氧树脂，所以带色的树脂部分就是代表岩石二维空间的孔隙结构状态。镜下观测这种薄片，维空间的孔隙结构状态。镜下观测这种薄片，可以较准确地测可以较准确地测定岩石薄片中的孔隙结构、面孔率、裂缝率、裂缝密度、宽度定岩石薄片中的孔隙结构、面孔率、裂缝率、裂缝密度、宽度和孔喉配合数等。和孔喉配合数等。阴极发光薄片技术阴极发光薄片技术 薄片洗油后不作其它处理，厚约薄片洗油后不作其它处理，厚约0.07mm，不加盖片。将，不加盖片。将阴极发光投射在岩石矿物颗粒表面上，视其发光的颜色、强阴极发光投射在岩石矿物颗粒表面上，视其发光的颜色、强度、亮度来鉴别矿物组成，特别是识别成岩矿物的特点。此度、亮度来鉴别矿物组成，特别是识别成岩矿物的特点。此类薄片还可以作电子探针分析用。类薄片还可以作电子探针分析用。第32页，共48页，编辑于2022年，星期二 薄片不洗油、厚度为薄片不洗油、厚度为0.25mm，粘结不能用发光，粘结不能用发光胶。因为要通过荧光观测烃类成分和分布。发光胶。因为要通过荧光观测烃类成分和分布。发光的颜色反映沥青的组分，发光的亮度反映沥青的的颜色反映沥青的组分，发光的亮度反映沥青的含量，发光的产状反映沥青在围岩中分布情况等，含量，发光的产状反映沥青在围岩中分布情况等，直接观测出结果。直接观测出结果。荧光薄片技术荧光薄片技术第33页，共48页，编辑于2022年，星期二4.薄片分析技术在保护油气层中的应用薄片分析技术在保护油气层中的应用了解了解岩石的结构与构造岩石的结构与构造 薄片粒度分析、颗粒间接触关系、胶结类型、胶结物薄片粒度分析、颗粒间接触关系、胶结类型、胶结物结构。结构。骨架颗粒的成分及成岩作用骨架颗粒的成分及成岩作用孔隙特征孔隙特征孔隙成因、大小、形态、分布，面孔率及微孔隙率；孔隙成因、大小、形态、分布，面孔率及微孔隙率；研究地层研究地层微粒及敏感性矿物在孔隙和喉道中的位置及与孔喉的尺寸匹配微粒及敏感性矿物在孔隙和喉道中的位置及与孔喉的尺寸匹配关系，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。措施。第34页，共48页，编辑于2022年，星期二不同产状粘土矿物含量的估计不同产状粘土矿物含量的估计 XRD和红外光谱均不能给出粘土矿物的产状及成因，薄片和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分析则可说明同一种类型粘土矿物的几种产状(成因成因)的相对比的相对比例。例。此外，薄片分析还用于粘土总量的校正，如泥质岩屑的此外，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。存在可能引起粘土总量的升高，研究中应注意区分。第35页，共48页，编辑于2022年，星期二 四、压汞法测定岩石毛管压力曲线四、压汞法测定岩石毛管压力曲线 由毛管压力曲线由毛管压力曲线(油藏岩石的毛管压力和非湿相油藏岩石的毛管压力和非湿相(湿相湿相)饱和度的关系曲线饱和度的关系曲线)可以获得描述孔喉大小及分布可以获得描述孔喉大小及分布规律的系列特征参数。规律的系列特征参数。1.基本原理基本原理 pc 毛管压力，毛管压力，MPa r一毛管半径，一毛管半径，mm第36页，共48页，编辑于2022年，星期二2.压汞法的特点：压汞法的特点：测定速度快，测定速度快，12小时；小时；对样品的形状、大小要求不严。可以测定不规则对样品的形状、大小要求不严。可以测定不规则岩屑的毛管压力曲线。岩屑的毛管压力曲线。3.毛管压力曲线在保护油气层中的应用毛管压力曲线在保护油气层中的应用研究岩石孔隙结构研究岩石孔隙结构储集层的分类评价储集层的分类评价 油气层损害机理分析油气层损害机理分析第37页，共48页，编辑于2022年，星期二钻井完井液设计钻井完井液设计 屏蔽暂堵型钻井完井液技术中架桥粒子的选择，就是依屏蔽暂堵型钻井完井液技术中架桥粒子的选择，就是依据由压汞曲线获得的孔喉分布，按据由压汞曲线获得的孔喉分布，按 2/3架桥原理设计的。架桥原理设计的。入井流体悬浮固相控制入井流体悬浮固相控制 入井流体都涉及固相颗粒的含量和粒径大小控制问题，入井流体都涉及固相颗粒的含量和粒径大小控制问题，而控制标准则视油气层储渗质量、孔喉参数而定。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，时形成外泥饼，1/31/10时会侵入孔喉形成内泥饼，时会侵入孔喉形成内泥饼，小于小于 1/10时颗粒能自由移动。时颗粒能自由移动。第38页，共48页，编辑于2022年，星期二 油气层损害的实质是岩石孔隙结构的改变，通过测定岩油气层损害的实质是岩石孔隙结构的改变，通过测定岩石与工作液作用前后岩样毛管压力曲线就能对配伍性有明石与工作液作用前后岩样毛管压力曲线就能对配伍性有明确的认识。确的认识。应用高速离心机法可应用高速离心机法可 以快速测定毛管压力曲线和储以快速测定毛管压力曲线和储集岩润湿性及润湿性变化，了解工作液作用前后储集集岩润湿性及润湿性变化，了解工作液作用前后储集岩孔喉分布参数和润湿性变化。岩孔喉分布参数和润湿性变化。评价和筛选工作液评价和筛选工作液第39页，共48页，编辑于2022年，星期二五、岩心分析技术应用展望五、岩心分析技术应用展望1.红外光谱技术红外光谱技术 红外光谱是一种共振吸收现象，即当光量子照射一物质时，该物质红外光谱是一种共振吸收现象，即当光量子照射一物质时，该物质就要吸收一部分光量子，并将它转变为一种能量，即在红外吸收的情况就要吸收一部分光量子，并将它转变为一种能量，即在红外吸收的情况下，转变为矿物晶体的晶体振动能。下，转变为矿物晶体的晶体振动能。因此，若将透过的光用单色器进行色散，就可以得到一条或数条暗色谱因此，若将透过的光用单色器进行色散，就可以得到一条或数条暗色谱带，如果波长或波数为横坐标，以百分数吸收率或透色率为纵坐标，就得带，如果波长或波数为横坐标，以百分数吸收率或透色率为纵坐标，就得到了该物质的红光谱图。到了该物质的红光谱图。各种矿物下同，红外光谱的吸收谱带的位置、各种矿物下同，红外光谱的吸收谱带的位置、强度和形状也不同，用以来推定物质中的分子所含的官能团及其分强度和形状也不同，用以来推定物质中的分子所含的官能团及其分子结构不同，子结构不同，这种不同所得出的红外谱图，就是对比鉴定矿物的依据。并这种不同所得出的红外谱图，就是对比鉴定矿物的依据。并能做到从定性到定量分析。能做到从定性到定量分析。第40页，共48页，编辑于2022年，星期二 采用傅里叶变换红外光谱仪，测定矿物的基团、官能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、官能团来识别和量化常见矿物，分析迅矿物的基团、官能团来识别和量化常见矿物，分析迅速，精度与速，精度与 XRD相似，能定量分析的矿物有石英、斜长相似，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、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、伊利石和蒙皂石总和，以及粘重晶石、绿泥石、高岭石、伊利石和蒙皂石总和，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。到之处。2.傅立叶变换红外光谱分析傅立叶变换红外光谱分析第41页，共48页，编辑于2022年，星期二 电子探针电子探针X射线显微分析，是运用高速细电子束作为荧光射线显微分析，是运用高速细电子束作为荧光X射射线的激发源进行显微线的激发源进行显微X射线光谱分析的一种技术。由于它的电子射线光谱分析的一种技术。由于它的电子束细得象针一样而且速度高，所以它可以作样品的微区分析，而束细得象针一样而且速度高，所以它可以作样品的微区分析，而且能穿透样品且能穿透样品13m。可以不破坏样品测量微区的化学成分。可以不破坏样品测量微区的化学成分。对于微孔隙中的微量细微矿物的测定很有用。对于微孔隙中的微量细微矿物的测定很有用。3.电子探针技术电子探针技术第42页，共48页，编辑于2022年，星期二4.CT 扫描技术扫描技术 主要原理是用主要原理是用X射线照射岩心，得到岩心断面上岩石颗粒射线照射岩心，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和孔隙分改变岩石形态及内部结构的条件下观察岩石的裂缝和孔隙分布。布。目前这项技术主要用于高渗透疏松砂岩和裂缝性储目前这项技术主要用于高渗透疏松砂岩和裂缝性储层的损害研究中，如出砂机理、稠油蚯蚓孔道的形成、层的损害研究中，如出砂机理、稠油蚯蚓孔道的形成、侵入裂缝的固相分布、岩心内泥饼的分布形态等。侵入裂缝的固相分布、岩心内泥饼的分布形态等。第43页，共48页，编辑于2022年，星期二5.核磁共振成象技术核磁共振成象技术 简称简称 NMRI，能够观测孔隙或裂缝中流体分布与流动情况，因此对于流体与流体之，能够观测孔隙或裂缝中流体分布与流动情况，因此对于流体与流体之间，流体与岩石之间的相互作用，以及润湿性和润湿反转问题的研究有特殊意义，是研间，流体与岩石之间的相互作用，以及润湿性和润湿反转问题的研究有特殊意义，是研究油气损害的最新手段之一。究油气损害的最新手段之一。6.扫描电镜技术扫描电镜技术 在在 SEM 上配置能谱仪上配置能谱仪 (EDS)可以对矿物提供半定量元素分析，对敏感可以对矿物提供半定量元素分析，对敏感性矿物的识别及损害机理研究有很大的帮助。性矿物的识别及损害机理研究有很大的帮助。扫描电镜与图像分析仪使用，研究粘土矿物微结构并预测微结构的稳定性，是油井扫描电镜与图像分析仪使用，研究粘土矿物微结构并预测微结构的稳定性，是油井完井技术中心近年来将土壤科学和工程地质理论引入到石油工程完井技术中心近年来将土壤科学和工程地质理论引入到石油工程 中的最新进展中的最新进展。第44页，共48页，编辑于2022年，星期二7.非非晶态矿物和纳米矿物学研究晶态矿物和纳米矿物学研究 油气层中非晶态矿物有蛋白石、水铝英石、伊毛缟石、硅铁石等，油气层中非晶态矿物有蛋白石、水铝英石、伊毛缟石、硅铁石等，还有比粘土矿物微粒更小的纳米级矿物。它们或单独产出，或存在于还有比粘土矿物微粒更小的纳米级矿物。它们或单独产出，或存在于粘土矿物晶体之间，起到连接微结构的作用，比表面更大，性质更活粘土矿物晶体之间，起到连接微结构的作用，比表面更大，性质更活跃。跃。研究方法主要有化学分析、电子探针、原子力显微镜等。研究方法主要有化学分析、电子探针、原子力显微镜等。8.环境扫描电镜的应用环境扫描电镜的应用 一般扫描电镜