第二章巖心分析

1、第二章第二章 巖巖 心心 分分 析析（5.0學時）學時） 巖心分析是認識油氣層地質特征的巖心分析是認識油氣層地質特征的必要手段必要手段，是取，是取得油氣層地質資料的得油氣層地質資料的一項基礎工作一項基礎工作。油氣層敏感性評。油氣層敏感性評價價 、損害機理研究、損害機理研究 、損害的綜合診斷、保護油氣層技、損害的綜合診斷、保護油氣層技術方案的設計都必須建立在巖心分析的基礎之上。術方案的設計都必須建立在巖心分析的基礎之上。 巖心分析（定義）：巖心分析（定義）：是指利用能揭示巖石本性的各種是指利用能揭示巖石本性的各種儀器來觀測和分析巖石一切特性的一類技術；儀器來觀測和分析巖石一切特性的一類技術； 分

2、析的樣品：分析的樣品：井下巖芯、鉆屑；井下巖芯、鉆屑； 主要方法：主要方法：X衍射、掃描電鏡、巖石薄片衍射、掃描電鏡、巖石薄片三大常規(guī)常三大常規(guī)常規(guī)巖心分析技術；規(guī)巖心分析技術； 巖石分析技術的方法很多，有偏光顯微鏡、陰極發(fā)巖石分析技術的方法很多，有偏光顯微鏡、陰極發(fā)光顯微鏡、熒光顯微鏡、激光顯微鏡、光顯微鏡、熒光顯微鏡、激光顯微鏡、掃描電鏡（掃描電鏡（電子電子顯微鏡）、顯微鏡圖象分析、顯微鏡）、顯微鏡圖象分析、X射線衍射、射線衍射、電子探針、電子探針、差熱及熱重分析、紫外光譜、紅外光譜、差熱及熱重分析、紫外光譜、紅外光譜、X射線熒光光射線熒光光譜、中子活化、核磁共振、譜、中子活化、核磁共振、

3、巖石薄片巖石薄片（薄片染色微化分（薄片染色微化分析）等。析）等。 由于巖石是礦物的集合體，所有這些分析技術主要由于巖石是礦物的集合體，所有這些分析技術主要對對組成巖石的礦物成分、形態(tài)、大小相互排列關系以及組成巖石的礦物成分、形態(tài)、大小相互排列關系以及巖石孔隙類型、形態(tài)、大小、面孔率、孔喉配位關系巖石孔隙類型、形態(tài)、大小、面孔率、孔喉配位關系（孔隙結構）（孔隙結構）等進行分析鑒定。等進行分析鑒定。第一節(jié)第一節(jié) 巖心分析概述巖心分析概述全面認識油氣層的巖石物理性質及巖石中敏感全面認識油氣層的巖石物理性質及巖石中敏感性礦物的類型、產狀、含量及分布特點性礦物的類型、產狀、含量及分布特點 ； 一、巖心分

4、析的目的意義一、巖心分析的目的意義確定油氣層潛在損害類型、程度及原因；確定油氣層潛在損害類型、程度及原因；為各項作業(yè)中保護油氣層工程方案設計提供依據為各項作業(yè)中保護油氣層工程方案設計提供依據和建議；和建議；內內 容容方方 法法巖巖石石物物理理性性質質常常規(guī)規(guī)物物性性孔隙度孔隙度常規(guī)條件常規(guī)條件總孔隙度、連同孔隙度總孔隙度、連同孔隙度氣測法、煤油飽和法孔隙度儀氣測法、煤油飽和法孔隙度儀模擬圍壓模擬圍壓總孔隙度總孔隙度CMS - 300全自動巖心分析儀全自動巖心分析儀滲透率滲透率空氣滲透率、煤油滲透率、地層水滲空氣滲透率、煤油滲透率、地層水滲透率；水平滲透率、垂直滲透率、徑透率；水平滲透率、垂直滲

5、透率、徑向滲透率、全直徑巖心滲透率；模擬向滲透率、全直徑巖心滲透率；模擬圍壓滲透率圍壓滲透率滲透率儀滲透率儀CMS - 300全自動巖心分析儀全自動巖心分析儀比表面比表面壓汞或等溫吸附法壓汞或等溫吸附法相滲透率相滲透率氣氣水、油水、油氣、氣氣、氣油油水水穩(wěn)態(tài)法、不穩(wěn)態(tài)法穩(wěn)態(tài)法、不穩(wěn)態(tài)法潤濕性潤濕性油濕、水濕、中間潤濕油濕、水濕、中間潤濕接觸角測量、阿莫特接觸角測量、阿莫特(自吸人自吸人)法、離法、離心機法毛管壓力曲線測定心機法毛管壓力曲線測定孔隙孔隙結構結構孔隙孔隙-喉道喉道類型、大小、形態(tài)、連通性、分布類型、大小、形態(tài)、連通性、分布鑄體薄片、圖像分析、鑄體薄片、圖像分析、SEM，X射線、射線

6、、CT掃描、掃描、NMR孔喉孔喉大小、分布大小、分布壓汞法、離心機法毛管壓力曲線測壓汞法、離心機法毛管壓力曲線測定定巖巖石石結結構構與與礦礦物物骨架骨架結構結構石英、長石石英、長石巖屑、云母巖屑、云母粒度大小、分布粒度大小、分布篩析法、薄片粒度圖像分析篩析法、薄片粒度圖像分析接觸關系、成分、含量、成巖變化接觸關系、成分、含量、成巖變化鑄體薄片、陰極發(fā)光、鑄體薄片、陰極發(fā)光、(XRD全巖全巖分析、紅外光譜分析、紅外光譜填填隙隙物物粘土礦物粘土礦物產狀產狀鑄體薄片、鑄體薄片、SEM類型、成分、含量類型、成分、含量鑄體薄片、鑄體薄片、XRD、紅外光譜、沉降、紅外光譜、沉降分離法、電子探針或能譜分離法

7、、電子探針或能譜非粘土礦物非粘土礦物產狀產狀巖石薄片、巖石薄片、SEM類型、成分、含量類型、成分、含量薄片染色、薄片染色、XRD全巖分析、紅外光全巖分析、紅外光譜、碳酸鹽含量測定譜、碳酸鹽含量測定表表2-1 巖心分析揭示的內容和所用的方法巖心分析揭示的內容和所用的方法二、取樣要求二、取樣要求 樣品為成形巖樣品為成形巖心或鉆屑。經驗心或鉆屑。經驗表明，鉆屑代表表明，鉆屑代表性很差，通常使性很差，通常使用成形巖心，多用成形巖心，多個實驗項目可以個實驗項目可以進行配套分析，進行配套分析，便于找出巖石各便于找出巖石各種參數之間的內種參數之間的內在聯(lián)系。在聯(lián)系。 第二節(jié)第二節(jié) 粘土礦物的概念和結構特點粘

8、土礦物的概念和結構特點一、粘土礦物的基本概念一、粘土礦物的基本概念定義：定義：細分散的晶質含水細分散的晶質含水層狀層狀硅酸鹽礦物和含硅酸鹽礦物和含水非晶質硅酸鹽礦物的總稱。水非晶質硅酸鹽礦物的總稱。晶質含水層狀硅酸鹽礦物：晶質含水層狀硅酸鹽礦物：高嶺石、蒙脫石、高嶺石、蒙脫石、伊利石、綠泥石等，伊利石、綠泥石等，含水非晶質硅酸鹽礦物：含水非晶質硅酸鹽礦物：水鋁英石水鋁英石(SiO2Al2O3nHO)、 膠硅鐵石膠硅鐵石(SiO2Fe2O3nHO)等等。特點：特點：粘土礦物顆粒通常很細，大約粘土礦物顆粒通常很細，大約15m，一般小于一般小于2m。二、粘土礦物的結構類型二、粘土礦物的結構類型1.粘

9、土礦物的基本結構單元粘土礦物的基本結構單元四面體四面體：指：指Si4+在中心、在中心、O2-在四周緊密結合起來構成的在四周緊密結合起來構成的立體幾何圖形，正好是四個立體幾何圖形，正好是四個面故稱四面體。因它由面故稱四面體。因它由Si和和O組成，組成，故又稱故又稱Si-O四面體。四面體。 氧氧 硅硅四面體片：四面體片：在一個平面上四面體以三個頂點相連結，在一個平面上四面體以三個頂點相連結，第四個頂點都指向同一個方向，這樣連第四個頂點都指向同一個方向，這樣連續(xù)成一系列續(xù)成一系列六邊形網面六邊形網面，稱為四面體片，稱為四面體片，簡稱晶片簡稱晶片。四面體晶片用符號（。四面體晶片用符號（T）表）表示。示

10、。 氧氧 硅硅八面體：八面體：指指Al3+(或或Mg2+)在中心、四周有六個陰離子在中心、四周有六個陰離子O2-或或OH-構成的一個立體幾何圖形正好是構成的一個立體幾何圖形正好是八個面，故稱為八面體。因其由八個面，故稱為八面體。因其由Al3+和和O2- 組成，故又稱它為組成，故又稱它為Al- O八面體八面體。 氧氧 鋁、鎂等鋁、鎂等 氧（氫氧）氧（氫氧） 鋁、鎂等鋁、鎂等八面體片：八面體片：由八面體沿一個平面相互連接而成，由八面體沿一個平面相互連接而成，以以(O )表示。表示。晶層：晶層：由一層四面體片與一層八面體片疊合而成為由一層四面體片與一層八面體片疊合而成為一層或由兩層四面體片夾一層八面

11、體片疊合一層或由兩層四面體片夾一層八面體片疊合而成為一層稱為而成為一層稱為結構單元層結構單元層，簡稱，簡稱晶層晶層。2.粘土礦物的結構類型粘土礦物的結構類型 由上述四面體晶片（由上述四面體晶片（T）和八面體片（）和八面體片（O）配套疊合為）配套疊合為一層（晶層），據其疊合配套數不同有下列幾種類型：一層（晶層），據其疊合配套數不同有下列幾種類型：TO型結構（或型結構（或1:1型），型），高嶺石屬此類。高嶺石屬此類。TOT型結構（或型結構（或2:1型），型），蒙脫石、伊利石屬此類。蒙脫石、伊利石屬此類。TOTO型結構（或型結構（或2:11型），型），綠泥石屬此類。綠泥石屬此類。三、各類粘土礦物晶體

12、的結構特征三、各類粘土礦物晶體的結構特征1. 1:1型的粘土礦物（型的粘土礦物（TO）型）型-高嶺石高嶺石 由一片由一片Si-O四面體片四面體片(T)和一片和一片Al-O八面體片八面體片(O)疊合成一個單疊合成一個單元結構層，稱為元結構層，稱為1:1型或型或TO型。這種類型的礦物有型。這種類型的礦物有高嶺石高嶺石、地開、地開石、埃洛石等。石、埃洛石等。 高嶺石結構化學式為高嶺石結構化學式為A14Si4O10(OH)8，其結構示為：，其結構示為：晶面間距晶面間距d001：7.1510-1nm7.210-1nm；晶層間的作用力：晶層間的作用力：范德華引力、氫鍵力；范德華引力、氫鍵力；特點：特點：高

13、嶺石是比較穩(wěn)定的高嶺石是比較穩(wěn)定的非膨脹性粘土礦物非膨脹性粘土礦物，一般不，一般不易水化分散。在外力作用下，層間會產生分散遷易水化分散。在外力作用下，層間會產生分散遷移移（速敏），（速敏），損害儲集層滲透率。損害儲集層滲透率。相鄰兩晶層結合緊密，水不易進入晶層之間。相鄰兩晶層結合緊密，水不易進入晶層之間。晶面間距小，幾乎無陽離子交換。晶面間距小，幾乎無陽離子交換。在機械力在機械力(包括一定高流速流體的流動沖擊包括一定高流速流體的流動沖擊)作用下，作用下，層間會產生分散遷移，損害儲集層滲透率。層間會產生分散遷移，損害儲集層滲透率。 由兩片由兩片Si-O四面體片夾一片四面體片夾一片Al(Fe，Mg

14、)-O(OH)八面體片結合成一單八面體片結合成一單個單元結構層。蒙脫石和伊利石屬于此種類型的粘土礦物。個單元結構層。蒙脫石和伊利石屬于此種類型的粘土礦物。2. 2:1型的粘土礦物（型的粘土礦物（TOT型）型）- 典型蒙脫石的結構化學式：典型蒙脫石的結構化學式： (Ca, Na)0.67Mg0.67Al3.33(Si8O20)(OH)4 nH2O其結構為：其結構為：層間物為層間物為：K+、Na + 、Ca 2+ 、nH2O。晶面間距晶面間距d001：晶面間距比高嶺石大，蒙脫石的晶面間距比高嶺石大，蒙脫石的d001為為12.717.210-1nm；晶層間的作用力：晶層間的作用力：范德華引力范德華引

15、力(相鄰兩晶層為氧原子相鄰兩晶層為氧原子面面)，無氫鍵力無氫鍵力；特點：特點：單元結構層內的陽離子單元結構層內的陽離子(Al3+、Si4+）能被其它陽）能被其它陽離子（離子（ Al3+ 、Mg2+、Ca2+、Na+等）部分置換。等）部分置換。高價離子被低價離子置換后造成的正電荷虧損，高價離子被低價離子置換后造成的正電荷虧損，則由吸附在晶體外表和晶層的可交換性陽離子則由吸附在晶體外表和晶層的可交換性陽離子( Mg2+、Ca2+、Na+等）來等）來中和平衡中和平衡。特點：特點：層間可交換性的陽離子可自由地進出，為陽離層間可交換性的陽離子可自由地進出，為陽離子交換提供了十分有利的條件。子交換提供了十

16、分有利的條件。晶面間距大晶面間距大 ，容易進行陽離子交換。，容易進行陽離子交換。相鄰兩晶層結合不緊密，水易進入晶層之間。相鄰兩晶層結合不緊密，水易進入晶層之間。表現(xiàn)出明顯的膨脹性。表現(xiàn)出明顯的膨脹性。蒙脫石是易膨脹性粘土礦物，一般與水接觸后易蒙脫石是易膨脹性粘土礦物，一般與水接觸后易產生水化膨脹和分散運移（水敏），損害儲集層產生水化膨脹和分散運移（水敏），損害儲集層滲透率！滲透率！3. 伊利石礦物（伊利石礦物（2:1型的粘土礦物型的粘土礦物-TOT型）型）伊利石的一般結構式如下：伊利石的一般結構式如下：Kx+y(Al2-yMgy)(Si4-xAlx)O10(OH)21.伊利石與蒙脫石不同之處是

17、晶層內的陽離子交換量伊利石與蒙脫石不同之處是晶層內的陽離子交換量比蒙脫石少。陽離子交換主要是比蒙脫石少。陽離子交換主要是Si-O四面體晶片內，四面體晶片內，所以不均衡電荷主要在四面體片內，距離層間陽離子所以不均衡電荷主要在四面體片內，距離層間陽離子很近，當結構層中出現(xiàn)陽離子很近，當結構層中出現(xiàn)陽離子K+時，便被緊緊地吸時，便被緊緊地吸附住，并恰好嵌在上下兩個四面體晶片間氧原子的六附住，并恰好嵌在上下兩個四面體晶片間氧原子的六方網眼中方網眼中(K+離子半徑大約離子半徑大約1.3310-1nm，2個四面體個四面體六方網眼半徑為六方網眼半徑為l.410-1nm，上下兩個為，上下兩個為21.410-1

18、nm)形成一種強鍵，致使水存在時難以進入晶層間，形成一種強鍵，致使水存在時難以進入晶層間，引起晶層的膨脹。引起晶層的膨脹。所以伊利石是一種不膨脹的粘土礦所以伊利石是一種不膨脹的粘土礦物物。晶面間距。晶面間距(d001)為為1010-1nm。特點：特點：2.在某些情況下，如弱酸性水的淋濾作用，因在某些情況下，如弱酸性水的淋濾作用，因K+離子對此很敏感，最終會導致晶層中的離子對此很敏感，最終會導致晶層中的K+離子離子脫出為其它陽離子（脫出為其它陽離子（Na、Ca2+或或H2O等）替代，等）替代，以至邊緣破鍵的吸附水也隨之進入晶層間，導以至邊緣破鍵的吸附水也隨之進入晶層間，導致晶層膨脹，晶面間距可達

19、致晶層膨脹，晶面間距可達1410-1nm以上。以上。這種脫這種脫+伊利石稱為蝕變伊利石或降解伊利石。伊利石稱為蝕變伊利石或降解伊利石。特點：特點：4. 2:1+1型（型（TOTO型）粘土礦物型）粘土礦物 - 綠泥石綠泥石 這類粘土礦物類似伊利石結構，即兩個這類粘土礦物類似伊利石結構，即兩個SI-O四面體片夾一個四面體片夾一個Al-O八面體片，不同之處是多出一片氫氧鎂石八面體片，不同之處是多出一片氫氧鎂石(水鎂石水鎂石)八面體片。八面體片。綠泥石的結構化學式為：綠泥石的結構化學式為：Mg6AlxSi8-xO20(OH)4 n-1（Mg6 xAlx(OH)12n+ 綠泥石的陽離子交換容量比蒙脫石少

20、，而近似綠泥石的陽離子交換容量比蒙脫石少，而近似伊利石的陽離子交換量。在綠泥石的兩個四面體伊利石的陽離子交換量。在綠泥石的兩個四面體片夾一個八面體晶片中，由于低價片夾一個八面體晶片中，由于低價Al3+置換高價置換高價Si4+所造成的正電荷虧損（顯負電性）由其附加所造成的正電荷虧損（顯負電性）由其附加在晶層間的八面體晶片中的高價陽離子在晶層間的八面體晶片中的高價陽離子Al3+置換置換低價陽離子低價陽離子Mg2+所贏得的正電荷來平衡。所贏得的正電荷來平衡。蝕變綠泥石因水鎂石八面體晶片酸蝕失去了蝕變綠泥石因水鎂石八面體晶片酸蝕失去了Mg2+、Fe2+、Al3+，將同伊利石失去，將同伊利石失去K+一樣

21、，一樣，而出現(xiàn)晶層膨脹。蝕變綠泥石也稱降解綠泥而出現(xiàn)晶層膨脹。蝕變綠泥石也稱降解綠泥石。石。特點：特點：綠泥石晶層間聯(lián)系力除了范德華引力和水鎂綠泥石晶層間聯(lián)系力除了范德華引力和水鎂鎂石八面體上鎂石八面體上OH-形成的形成的氫鍵氫鍵外，就是陽離外，就是陽離子交換后形成的靜電力。子交換后形成的靜電力。所以綠泥石晶層一般所以綠泥石晶層一般不具有膨脹性不具有膨脹性。晶層間。晶層間距（距（d001)為為14.210-1nm。第三節(jié)第三節(jié) 巖心分析技術及應用巖心分析技術及應用一、一、X射線衍射（射線衍射（XRD）分析技術）分析技術1. XRD分析原理分析原理 當當X射線通過晶體時，每一種結晶物質都有自己獨

22、特射線通過晶體時，每一種結晶物質都有自己獨特的衍射花樣，它們的衍射特征可以用各個反射面網的面的衍射花樣，它們的衍射特征可以用各個反射面網的面網間距網間距(d值值)和反射的相對強度和反射的相對強度(I/ I0)來表征。其中面網間來表征。其中面網間距距d值與晶胞的形狀和大小有關，相對強度值與晶胞的形狀和大小有關，相對強度(I / Io)則與晶則與晶體質點的種類及其在晶胞中的位置有關。體質點的種類及其在晶胞中的位置有關。 任何一種結晶物質的衍射數據任何一種結晶物質的衍射數據d值和相對強度值和相對強度(I / lo)值值都是其晶體結構的必然反映，它在衍射圖譜上表現(xiàn)出不都是其晶體結構的必然反映，它在衍射

23、圖譜上表現(xiàn)出不同的衍射角和不同的衍射峰高同的衍射角和不同的衍射峰高(強度強度)。因而可以根據它。因而可以根據它們來鑒別各類結晶物質包括巖石中各種礦物組成。們來鑒別各類結晶物質包括巖石中各種礦物組成。 第三節(jié)第三節(jié) 巖心分析技術及應用巖心分析技術及應用一、一、X射線衍射（射線衍射（XRD）分析技術）分析技術 X射線衍射分析主要是對射線衍射分析主要是對各種不同類型的晶體（包各種不同類型的晶體（包括準晶體括準晶體)物質進行分析。物質進行分析。能能定性鑒定或定量定性鑒定或定量測定出測定出各各物相種類物相種類及其及其含量含量，通，通常測出的物相是固態(tài)相組常測出的物相是固態(tài)相組成，而不是元素。成，而不是元

24、素。 樣品要求：樣品要求：細粉晶狀態(tài)，可以是兩種以上不同粉晶的混細粉晶狀態(tài)，可以是兩種以上不同粉晶的混合樣品。所以又稱為粉晶合樣品。所以又稱為粉晶X射線物相分析。射線物相分析。XRD是保護儲集層中巖芯分析的主要方法之一是保護儲集層中巖芯分析的主要方法之一 。 XRD分析借助于分析借助于X射線衍射儀來實現(xiàn)，它主要由射線衍射儀來實現(xiàn)，它主要由光源、測角儀光源、測角儀 、X射線檢測和記錄儀射線檢測和記錄儀構成構成 。圖圖2-1 2-1 巖石粉晶巖石粉晶X X射線衍射圖譜射線衍射圖譜能快速準確測定全巖礦物組分和粘土礦物組分。能快速準確測定全巖礦物組分和粘土礦物組分。定性分析定性分析特點：特點：定量分析

25、（相對含量）定量分析（相對含量）粘土礦物分離方法粘土礦物分離方法：先將巖石抽提干凈后碎樣，用蒸餾：先將巖石抽提干凈后碎樣，用蒸餾水浸泡，最好濕式研磨，并用超聲波振蕩加速粘土水浸泡，最好濕式研磨，并用超聲波振蕩加速粘土從顆粒上脫落，提取粒徑小于從顆粒上脫落，提取粒徑小于2um（泥、頁巖）或（泥、頁巖）或小于小于5um（砂巖）的部分，沉降分離、烘干。（砂巖）的部分，沉降分離、烘干。2.X射線衍射在保護油氣層中的應用射線衍射在保護油氣層中的應用a.地層微粒分析地層微粒分析 地層微粒指粒徑小于地層微粒指粒徑小于37m (或或44m)即能通過即能通過400目目(或或325目目)篩的細粒物質。除粘土礦物外

26、，篩的細粒物質。除粘土礦物外，常見的其它地層微粒有長石、石英、云母、菱鐵常見的其它地層微粒有長石、石英、云母、菱鐵礦、方解石、白云石、石膏等。它是砂巖中重要礦、方解石、白云石、石膏等。它是砂巖中重要的損害因素，砂巖中與礦物有關的地層損害都與的損害因素，砂巖中與礦物有關的地層損害都與其有密切的聯(lián)系。其有密切的聯(lián)系。 地層微粒分析可以為礦物微粒穩(wěn)定劑的篩選、地層微粒分析可以為礦物微粒穩(wěn)定劑的篩選、解堵措施的優(yōu)化提供依據。解堵措施的優(yōu)化提供依據。b.全巖分析全巖分析 對粒徑大于對粒徑大于5m m的非粘土礦物部分進行的非粘土礦物部分進行XRD分分析，可以知道諸如云母、碳酸鹽礦物、黃鐵礦、析，可以知道諸

27、如云母、碳酸鹽礦物、黃鐵礦、長石的相對含量，對酸敏（長石的相對含量，對酸敏（HF, HCI）性研究和）性研究和酸化設計有幫助。長石含量高的砂巖，當酸液濃酸化設計有幫助。長石含量高的砂巖，當酸液濃度和處理規(guī)模過大時，會削弱巖石結構的完整性，度和處理規(guī)模過大時，會削弱巖石結構的完整性，并且存在著酸化后的二次沉淀問題，可能導致土并且存在著酸化后的二次沉淀問題，可能導致土酸酸化失敗。酸酸化失敗。c.粘土礦物類型鑒定和含量計算粘土礦物類型鑒定和含量計算 利用粘土礦物特征峰的利用粘土礦物特征峰的d001值鑒定粘土礦物類型值鑒定粘土礦物類型1001(10)dnm X001d002d003d004d005d表

28、表2-2 各族主要粘土礦物的各族主要粘土礦物的射線衍射特征射線衍射特征礦物礦物蒙皂石蒙皂石1215452.43綠泥石綠泥石14.27.14.73.532.8蛭石蛭石14.27.14.73.532.8伊利石伊利石10.05.03.332.5高嶺石高嶺石7.153.582.37d.間層礦物鑒定和間層比計算間層礦物鑒定和間層比計算儲層中常見間層礦物大多是由膨脹層與非膨脹層單元相間構成。儲層中常見間層礦物大多是由膨脹層與非膨脹層單元相間構成。表表2-3 主要間層粘土礦物類型（主要間層粘土礦物類型（Wilson Nadeau ,1985 ） 對間層礦物的間層類型、間層比和有高序度研究有助對間層礦物的間層

29、類型、間層比和有高序度研究有助于揭示油氣層中粘土礦物水化、膨脹、分散的特性。于揭示油氣層中粘土礦物水化、膨脹、分散的特性。e.無機垢分析無機垢分析 二、掃描電鏡二、掃描電鏡 (SEM)1. 分析原理分析原理 原理：原理：利用類似電視攝像利用類似電視攝像與顯像的方式，用細聚焦與顯像的方式，用細聚焦電子束電子束在樣品表面上由點在樣品表面上由點到行（逐行）掃描，激發(fā)到行（逐行）掃描，激發(fā)出能夠反映樣品表面特征出能夠反映樣品表面特征的電信號，經探測器放大的電信號，經探測器放大處理后顯示出樣品的電子處理后顯示出樣品的電子圖象。有些掃描電鏡配有圖象。有些掃描電鏡配有 X射線能譜分析儀，因此射線能譜分析儀，

30、因此能進行微區(qū)元素分析。能進行微區(qū)元素分析。測試儀器：測試儀器：由電子由電子系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信息檢測系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、掃描系統(tǒng)、信息檢測系統(tǒng)、真空系統(tǒng)和電源系統(tǒng)五大部分構成系統(tǒng)和電源系統(tǒng)五大部分構成 。用途：用途：能提供能提供孔隙內充填物孔隙內充填物的礦物類型、的礦物類型、大小、產狀的大小、產狀的直觀資料，同直觀資料，同時也是研究孔時也是研究孔隙結構的重要隙結構的重要手段。手段。云母片間隙云母片間隙粒間分布葉片狀綠泥粒間分布葉片狀綠泥石，見片狀伊利石石，見片狀伊利石長石粒內溶長石粒內溶蝕孔隙蝕孔隙粒間分布葉片狀粒間分布葉片狀綠泥石，見石英綠泥石，見石英次生加大晶面次生加大晶面粒間分粒間分布的書布

31、的書頁狀高頁狀高嶺石嶺石粒間泥粒間泥質膠結質膠結緊密緊密特點：特點：耗樣少、制樣簡單；耗樣少、制樣簡單；觀測視場大、立體觀測視場大、立體感強；感強；放大倍數范圍寬且連續(xù)可調；放大倍數范圍寬且連續(xù)可調；直直觀、快速、有效；觀、快速、有效；可對污染前后的樣品進可對污染前后的樣品進行對比觀測。行對比觀測。樣品制備方法：樣品制備方法：將將巖樣抽提清洗干凈，加工出新鮮面巖樣抽提清洗干凈，加工出新鮮面作為觀察面，用導電膠固定在樣品樁上，自然作為觀察面，用導電膠固定在樣品樁上，自然晾干，最后在真空鍍膜機上鍍金晾干，最后在真空鍍膜機上鍍金 (或碳或碳)，使樣，使樣品必須有良好的導電性能。樣品直徑一般不超品必須

32、有良好的導電性能。樣品直徑一般不超過過 lcm。對污染試驗的巖心樣品，要盡量保證。對污染試驗的巖心樣品，要盡量保證原樣形貌。原樣形貌。2.掃描電鏡在保護油氣層中的應用掃描電鏡在保護油氣層中的應用a.油氣層中微粒礦物的觀察油氣層中微粒礦物的觀察 掃描電鏡分析能給出孔隙結構中微粒的類型、大掃描電鏡分析能給出孔隙結構中微粒的類型、大小、數量、分布狀態(tài)等資料。能有效地估計小、數量、分布狀態(tài)等資料。能有效地估計臨界流臨界流速和速敏程度。速和速敏程度。b.粘土礦物的觀測粘土礦物的觀測 粘土礦物有其特殊的形態(tài)粘土礦物有其特殊的形態(tài) ，借此可確定粘土礦，借此可確定粘土礦物的類型、產狀和含量。物的類型、產狀和含

33、量。表表 2-42-4主要粘土礦物及其在掃描電鏡下的特征主要粘土礦物及其在掃描電鏡下的特征001d構造構造類型類型族族礦物礦物化學分子式化學分子式 10-1nm單體形態(tài)單體形態(tài)集合體形態(tài)集合體形態(tài)1:1高嶺石高嶺石高嶺石高嶺石地開石地開石Al4(Si4O10)(OH)87.17.23.58假六方板狀假六方板狀鱗片狀鱗片狀板條狀板條狀書頁狀書頁狀/蠕蠕蟲狀蟲狀/手風手風琴狀琴狀/塔晶塔晶埃洛石埃洛石埃洛石埃洛石Al4(Si4O10)(OH)810.05針管狀針管狀細微棒狀細微棒狀巢狀巢狀2:1蒙皂石蒙皂石蒙脫石蒙脫石蒙皂石蒙皂石RX(AlMg)2(Si4O10)(OH)24H2ONa蒙托石蒙托石

34、2.99/Ca蒙蒙托石托石15.50彎片狀彎片狀皺片鱗片狀皺片鱗片狀蜂窩狀蜂窩狀絮團狀絮團狀水云母水云母伊利石伊利石海綠石海綠石蛭石蛭石KAl(AlSi3)O10(OH)2MH2O10鱗片狀鱗片狀碎片狀碎片狀毛發(fā)狀毛發(fā)狀蜂窩狀蜂窩狀絲縷狀絲縷狀2:1:1綠泥石綠泥石各種各種綠泥石綠泥石FeMgAl的層狀硅酸的層狀硅酸鹽，同形置換普遍鹽，同形置換普遍14，7.14，4.72，3.55薄片狀薄片狀鱗片狀鱗片狀針葉片狀針葉片狀玫瑰花狀玫瑰花狀絨球狀絨球狀疊片狀疊片狀2:1層層鏈狀鏈狀海泡石海泡石山軟木山軟木MgAl2(Si8O20)(OH)2(OH2)4m(H2O)410.40，3.14，2.59棕

35、絲狀棕絲狀絲狀絲狀纖維狀纖維狀c.油氣層孔喉結構的觀測油氣層孔喉結構的觀測 掃描電鏡立體感強，更適于觀察孔喉的形態(tài)、大小及與掃描電鏡立體感強，更適于觀察孔喉的形態(tài)、大小及與孔隙連通關系。對孔喉表面的粗糙度、彎曲度、孔喉尺寸孔隙連通關系。對孔喉表面的粗糙度、彎曲度、孔喉尺寸的觀測能揭示微粒捕集、攔截的位置及難易程度，對研究的觀測能揭示微粒捕集、攔截的位置及難易程度，對研究微粒運移和外來固相侵入很有意義。微粒運移和外來固相侵入很有意義。e.油氣層損害的監(jiān)測油氣層損害的監(jiān)測 利用背散射電子圖像，巖心可以不必鍍金和鍍碳就利用背散射電子圖像，巖心可以不必鍍金和鍍碳就能測定，在敏感性能測定，在敏感性 (

36、(或工作液損害或工作液損害) )評價實驗前后都可評價實驗前后都可以進行直觀分析。以進行直觀分析。三、薄片技術三、薄片技術1.薄片分析原理薄片分析原理 將厚度約將厚度約0.03mm（能透過可見光）的巖心薄片固定（能透過可見光）的巖心薄片固定在兩層玻璃片之間，在光學顯微鏡下觀察薄片在兩層玻璃片之間，在光學顯微鏡下觀察薄片孔隙結孔隙結構和填隙物情況構和填隙物情況。制作鑄體薄片的樣品最好是成形巖。制作鑄體薄片的樣品最好是成形巖心，面積不小于心，面積不小于15mm15mm。2.薄片的類型薄片的類型 根據分析內容和使用儀器的名稱，將薄片分為：偏根據分析內容和使用儀器的名稱，將薄片分為：偏光薄片、鑄體薄片、

37、圖象分析薄片、陰極發(fā)光薄片、光薄片、鑄體薄片、圖象分析薄片、陰極發(fā)光薄片、熒光薄片、染色薄片等。熒光薄片、染色薄片等。3.各類薄片技術的特點各類薄片技術的特點偏光薄片技術偏光薄片技術 這是巖石分析最基本的薄片，僅作部分染色處理。這是巖石分析最基本的薄片，僅作部分染色處理。 利用偏光顯微鏡，觀測各種礦物的光學性質，識別利用偏光顯微鏡，觀測各種礦物的光學性質，識別出是何種礦物及礦物的含量。同時，出是何種礦物及礦物的含量。同時，觀測出顆粒的大觀測出顆粒的大小、分選、磨圓和孔隙形狀、大小及孔隙中自生礦物小、分選、磨圓和孔隙形狀、大小及孔隙中自生礦物的分布性等關系。的分布性等關系。鑄體薄片鑄體薄片 制片

38、前必須對巖心進行洗油、抽空后，在特定溫度、制片前必須對巖心進行洗油、抽空后，在特定溫度、壓力下，把帶色的環(huán)氧樹脂灌注到巖石孔隙之中，待壓力下，把帶色的環(huán)氧樹脂灌注到巖石孔隙之中，待樹脂凝固后，再去磨至樹脂凝固后，再去磨至0.03mm厚，供鏡下觀測用。厚，供鏡下觀測用。 由于巖石孔隙中的油被洗凈而充填了帶色（一般是黃、由于巖石孔隙中的油被洗凈而充填了帶色（一般是黃、蘭、紅、綠色）的環(huán)氧樹脂，所以帶色的樹脂部分就是蘭、紅、綠色）的環(huán)氧樹脂，所以帶色的樹脂部分就是代表巖石二維空間的孔隙結構狀態(tài)。鏡下觀測這種薄片，代表巖石二維空間的孔隙結構狀態(tài)。鏡下觀測這種薄片，可以較準確地測定巖石薄片中的孔隙結構、

39、面孔率、裂可以較準確地測定巖石薄片中的孔隙結構、面孔率、裂縫率、裂縫密度、寬度和孔喉配合數等?？p率、裂縫密度、寬度和孔喉配合數等。陰極發(fā)光薄片技術陰極發(fā)光薄片技術 薄片洗油后不作其它處理，厚約薄片洗油后不作其它處理，厚約0.07mm，不加蓋片。，不加蓋片。將陰極發(fā)光投射在巖石礦物顆粒表面上，視其發(fā)光的將陰極發(fā)光投射在巖石礦物顆粒表面上，視其發(fā)光的顏色、強度、亮度來鑒別礦物組成，特別是識別成巖顏色、強度、亮度來鑒別礦物組成，特別是識別成巖礦物的特點。此類薄片還可以作電子探針分析用。礦物的特點。此類薄片還可以作電子探針分析用。 薄片不洗油、厚度為薄片不洗油、厚度為0.25mm，粘結不能用，粘結不能

40、用發(fā)光膠。因為要通過熒光觀測烴類成分和分布。發(fā)光膠。因為要通過熒光觀測烴類成分和分布。發(fā)光的顏色反映瀝青的組分，發(fā)光的亮度反映發(fā)光的顏色反映瀝青的組分，發(fā)光的亮度反映瀝青的含量，發(fā)光的產狀反映瀝青在圍巖中分瀝青的含量，發(fā)光的產狀反映瀝青在圍巖中分布情況等，直接觀測出結果。布情況等，直接觀測出結果。熒光薄片技術熒光薄片技術吳吳438 1792.39m 粒間孔粒間孔吳吳438 1852.5m 粒間孔粒間孔吳吳433 1860.72m 粒間孔粒間孔吳吳433 1951.43m 粒間孔粒間孔石英顆粒具破石英顆粒具破裂愈合現(xiàn)象裂愈合現(xiàn)象方解石膠結方解石膠結 （橙（橙紅色光紅色光 吳吳438）4.薄片分析

41、技術在保護油氣層中的應用薄片分析技術在保護油氣層中的應用了解了解巖石的結構與構造巖石的結構與構造 薄片粒度分析、顆粒間接觸關系、膠結類型、膠薄片粒度分析、顆粒間接觸關系、膠結類型、膠結物結構。結物結構。 骨架顆粒的成分及成巖作用骨架顆粒的成分及成巖作用孔隙特征孔隙特征孔隙成因、大小、形態(tài)、分布，面孔率及微孔隙率；孔隙成因、大小、形態(tài)、分布，面孔率及微孔隙率； 研究地層研究地層微粒及敏感性礦物在孔隙和喉道中的位置及與孔喉的微粒及敏感性礦物在孔隙和喉道中的位置及與孔喉的尺寸匹配關系，尺寸匹配關系，可判斷油氣層損害原因，并用于綜合分析潛在的可判斷油氣層損害原因，并用于綜合分析潛在的油氣層損害，提出防

42、治措施。油氣層損害，提出防治措施。不同產狀粘土礦物含量的估計不同產狀粘土礦物含量的估計 XRD和紅外光譜均不能給出粘土礦物的產狀及和紅外光譜均不能給出粘土礦物的產狀及成因，薄片分析則可說明同一種類型粘土礦物的成因，薄片分析則可說明同一種類型粘土礦物的幾種產狀幾種產狀 (成因成因)的相對比例。的相對比例。 此外，薄片分析還用于粘土總量的校正，如此外，薄片分析還用于粘土總量的校正，如泥質巖屑的存在可能引起粘土總量的升高，研泥質巖屑的存在可能引起粘土總量的升高，研究中應注意區(qū)分。究中應注意區(qū)分。 四、壓汞法測定巖石毛管壓力曲線四、壓汞法測定巖石毛管壓力曲線 rrpccos2cos2rpc735.0由

43、毛管壓力曲線由毛管壓力曲線(油藏巖石的毛管壓力和非油藏巖石的毛管壓力和非濕相濕相(濕相濕相)飽和度的關系曲線飽和度的關系曲線)可以獲得描可以獲得描述孔喉大小及分布規(guī)律的系列特征參數。述孔喉大小及分布規(guī)律的系列特征參數。 1.基本原理基本原理 cpr735. 0pc 毛管壓力，毛管壓力，MPa r一毛管半徑，一毛管半徑， 吸入時濕吸入時濕相飽和度小相飽和度小于驅替時濕于驅替時濕相飽和度。相飽和度。 驅替時驅替時毛毛管壓力對應管壓力對應的是的是喉道半喉道半徑徑; 吸入時吸入時毛毛管壓力對應管壓力對應的是的是孔隙半孔隙半徑徑。2.壓汞法的特點：壓汞法的特點：測定速度快，測定速度快，12小時；小時；對

44、樣品的形狀、大小要求不嚴?？梢詼y對樣品的形狀、大小要求不嚴?？梢詼y定不規(guī)則巖屑的毛管壓力曲線。定不規(guī)則巖屑的毛管壓力曲線。3.毛管壓力曲線在保護油氣層中的應用毛管壓力曲線在保護油氣層中的應用研究巖石孔隙結構研究巖石孔隙結構儲集層的分類評價儲集層的分類評價 油氣層損害機理分析油氣層損害機理分析鉆井完井液設計鉆井完井液設計 屏蔽暫堵型鉆井完井液技術中架橋粒子的選擇，就屏蔽暫堵型鉆井完井液技術中架橋粒子的選擇，就是依據由壓汞曲線獲得的孔喉分布，按是依據由壓汞曲線獲得的孔喉分布，按 2/3架橋原理架橋原理設計的。設計的。 入井流體懸浮固相控制入井流體懸浮固相控制入井流體都涉及固相顆粒的含量和粒徑大小控

45、制問題，入井流體都涉及固相顆粒的含量和粒徑大小控制問題，而控制標準則視油氣層儲滲質量、孔喉參數而定。而控制標準則視油氣層儲滲質量、孔喉參數而定。研究表明，當顆粒直徑大于平均孔喉直徑的研究表明，當顆粒直徑大于平均孔喉直徑的1/3時形成外泥餅，時形成外泥餅，1/31/10時會侵入孔喉形成時會侵入孔喉形成內泥餅，小于內泥餅，小于 1/10時顆粒能自由移動。時顆粒能自由移動。 油氣層損害的實質是巖石孔隙結構的改變，通過油氣層損害的實質是巖石孔隙結構的改變，通過測定巖石與工作液作用前后巖樣毛管壓力曲線就能測定巖石與工作液作用前后巖樣毛管壓力曲線就能對配伍性有明確的認識。對配伍性有明確的認識。 應用高速離

46、心機法可應用高速離心機法可 以快速測定毛管壓力曲線以快速測定毛管壓力曲線和儲集巖潤濕性及潤濕性變化，了解工作液作用前和儲集巖潤濕性及潤濕性變化，了解工作液作用前后儲集巖孔喉分布參數和潤濕性變化。后儲集巖孔喉分布參數和潤濕性變化。評價和篩選工作液評價和篩選工作液五、巖心分析技術應用展望五、巖心分析技術應用展望1.紅外光譜技術紅外光譜技術 紅外光譜是一種共振吸收現(xiàn)象，即當光量子照射一物質時，紅外光譜是一種共振吸收現(xiàn)象，即當光量子照射一物質時，該物質就要吸收一部分光量子，并將它轉變?yōu)橐环N能量，即在該物質就要吸收一部分光量子，并將它轉變?yōu)橐环N能量，即在紅外吸收的情況下，轉變?yōu)榈V物晶體的晶體振動能。紅外

47、吸收的情況下，轉變?yōu)榈V物晶體的晶體振動能。 因此，若將透過的光用單色器進行色散，就可以得到一條或因此，若將透過的光用單色器進行色散，就可以得到一條或數條暗色譜帶，如果波長或波數為橫坐標，以百分數吸收率或數條暗色譜帶，如果波長或波數為橫坐標，以百分數吸收率或透色率為縱坐標，就得到了該物質的紅光譜圖。透色率為縱坐標，就得到了該物質的紅光譜圖。各種礦物下同，各種礦物下同，紅外光譜的吸收譜帶的位置、強度和形狀也不同，用以來推定紅外光譜的吸收譜帶的位置、強度和形狀也不同，用以來推定物質中的分子所含的官能團及其分子結構不同，物質中的分子所含的官能團及其分子結構不同，這種不同所得這種不同所得出的紅外譜圖，就

48、是對比鑒定礦物的依據。并能做到從定性到出的紅外譜圖，就是對比鑒定礦物的依據。并能做到從定性到定量分析。定量分析。 采用傅里葉變換紅外光譜儀，測定礦物的基團、官采用傅里葉變換紅外光譜儀，測定礦物的基團、官能礦物的基團、官能團來識別和量化常見礦物，分能礦物的基團、官能團來識別和量化常見礦物，分析迅速，精度與析迅速，精度與 XRD相似，能定量分析的礦物有石相似，能定量分析的礦物有石英、斜長石、鉀長石、方解石、白云石、菱鐵礦、英、斜長石、鉀長石、方解石、白云石、菱鐵礦、黃鐵礦、硬石膏、重晶石、綠泥石、高嶺石、伊利黃鐵礦、硬石膏、重晶石、綠泥石、高嶺石、伊利石和蒙皂石總和，以及粘土總量，對非晶質物、間石和蒙皂石總和，以及粘土總量，對非晶質物、間層粘土礦物的構造特性分析有獨到之處。層粘土礦物的構造特性分析有獨到之處。2.傅立葉變換紅外光譜分析傅立葉變換紅外光譜分析 電子探針電子探針X射線顯微分析，是運用高速細電子束作射線顯微分析，是運用高速細電子束作為熒光為熒光X射線的激發(fā)源進行顯微射線的激發(fā)源進行顯