保護(hù)油氣層技術(shù)3,4,5

保護(hù)油氣層技術(shù)

TheTechniqueoftheFormationProtection韓松2010.10第三章巖心分析技術(shù)3.1概述目的意義；主要內(nèi)容；主要技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)X射線衍射；掃描電鏡；薄片技術(shù)；壓汞實(shí)驗(yàn)；電子探針；圖像分析3.3巖心分析技術(shù)新發(fā)展紅外光譜；CT掃描電鏡；能譜儀+掃描電鏡；核磁共振第三章巖心分析技術(shù)3.1概述目的意義全面認(rèn)識(shí)巖石物理性質(zhì)及巖石中敏感性礦物和類型、產(chǎn)狀、含量及分布特點(diǎn)；確定油氣層潛在損害類型、程度及原因；為各項(xiàng)作業(yè)中保護(hù)油氣層工程方案設(shè)計(jì)提供依據(jù)和建議。第三章巖心分析技術(shù)3.1概述巖心分析的內(nèi)容礦物性質(zhì)，特別是敏感性礦物的類型、產(chǎn)狀和含量；滲流多孔介質(zhì)的性質(zhì)，如孔隙度、滲透率、裂隙發(fā)育程度、孔隙及喉道的大小、形態(tài)、分布和連通性；巖石表面性質(zhì)，如比表面、潤(rùn)濕性等；第三章巖心分析技術(shù)3.1概述巖心分析的主要內(nèi)容第三章巖心分析技術(shù)3.1概述巖心分析的相關(guān)內(nèi)容地層流體性質(zhì)，包括油、氣、水的組成，高壓物性、析蠟點(diǎn)，凝固點(diǎn)、原油酸值等；油氣層所處環(huán)境，考慮內(nèi)部環(huán)境和外部環(huán)境兩個(gè)方面；礦物、滲流介質(zhì)、地層流體對(duì)環(huán)境變化的敏感性及可能的損害趨勢(shì)和后果。第三章巖心分析技術(shù)3.1概述巖心分析的主要技術(shù)方法X射線衍射；掃描電鏡；薄片技術(shù)；壓汞實(shí)驗(yàn)；圖像分析、核磁共振、工業(yè)CT等第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)(X-raydiffraction,XRD)測(cè)量原理

每一種結(jié)晶體（包括晶質(zhì)礦物）都有自己獨(dú)特的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)x射線通過(guò)晶體時(shí)，每一種結(jié)晶物質(zhì)都有自己獨(dú)特的衍射花樣，它們的衍射特征可以用各個(gè)反射面網(wǎng)的面網(wǎng)間距（d值）和反射的相對(duì)強(qiáng)度（I/I0）來(lái)表示。其中面網(wǎng)間距d值與晶胞的形狀和大小有關(guān)，相對(duì)強(qiáng)度則與晶體質(zhì)點(diǎn)的種類及在晶胞中的位置有關(guān)。根據(jù)它們?cè)谘苌鋱D譜上表現(xiàn)出的不同衍射角和不同的衍射峰值高（強(qiáng)度），可以鑒別各類結(jié)晶物質(zhì)包括巖石中各種礦物的組成。3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)(XRD)測(cè)量原理

巖石粉晶衍射圖譜51015202530衍射角（0）礦物組分（%）9070503010

0IFCQChQI---伊利石Q---石英Ch---綠泥石C---方解石F---長(zhǎng)石3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)儀器結(jié)構(gòu)主要由光源、測(cè)角儀、x射線檢測(cè)和記錄儀構(gòu)成。第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)的應(yīng)用①地層微粒分析

地層微粒是指小于37m的細(xì)粒物質(zhì)。如粘土、長(zhǎng)石、石英、菱鐵礦、方解石、白云石、石膏等。這些物質(zhì)與地層微粒運(yùn)移、水化膨脹、分散等地層損害密切有關(guān)。

第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)的應(yīng)用②全巖分析

主要是對(duì)大于5

m的非粘土礦物進(jìn)行分析。如云母、碳酸鹽礦物、黃鐵礦、長(zhǎng)石的相對(duì)含量。與研究?jī)?chǔ)層的酸敏損害及酸化設(shè)計(jì)密切相關(guān)。

第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)的應(yīng)用③粘土礦物分析

利用粘土礦物特征峰的d值，鑒定粘土礦物的類型，利用出現(xiàn)礦物對(duì)應(yīng)的衍射峰的強(qiáng)度，定量分析粘土礦物的相對(duì)含量。

常見(jiàn)的粘土礦物：蒙脫石、伊利石、綠泥石、高嶺石第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)的應(yīng)用④間層礦物分析油氣層中常見(jiàn)的間層礦物大多數(shù)是由膨脹層和非膨脹層粘土相間構(gòu)成。伊利石/蒙皂石間層礦物、綠泥石/蒙皂石間層礦物較常見(jiàn)。

間層比：指膨脹性粘土層在層間礦物中所占的比例，以蒙皂石的百分含量表示。3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)的應(yīng)用序號(hào)絕對(duì)含量(%)<8μm

粘土礦物相對(duì)含量(%)

S%(I/S)高嶺石%綠泥石%伊利石%伊/蒙%15.8065.738.9320.005.341024.0123.3714.2854.257.801034.6045.327.3123.6923.681045.6541.087.0538.2512.721053.6369.2512.6612.185.911063.8957.6215.9623.912.511073.6252.9514.8325.996.2310812.6574.287.9212.465.3410粘土礦物x-射線衍射結(jié)果（焉耆油田）3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)的應(yīng)用測(cè)量應(yīng)用例第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用1)x射線衍射技術(shù)的應(yīng)用局限性不易鑒定微量組分礦物；不能給出礦物的產(chǎn)狀和分布；不能給出孔隙和孔喉的結(jié)構(gòu)和分布；第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用2)掃描電鏡技術(shù)(scanningelectronmicroscope，SEM)測(cè)量原理

掃描電鏡技術(shù)即是掃描電子顯微技術(shù),它利用類似電視攝影顯像的方式,用細(xì)聚焦電子束在樣品表表面上逐點(diǎn)進(jìn)行掃描成象。

分析孔隙內(nèi)充填物類型、產(chǎn)狀。3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用2)掃描電鏡技術(shù)儀器結(jié)構(gòu)第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用2)掃描電鏡技術(shù)的應(yīng)用儲(chǔ)層微粒觀察微粒的類型、大小、含量等；分析地層微粒運(yùn)移損害等；粘土礦物觀測(cè)粘土礦物的類型、產(chǎn)狀和含量；分析地層粘土水化膨脹、分散運(yùn)移等損害機(jī)理；第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用2)掃描電鏡技術(shù)的應(yīng)用儲(chǔ)層孔喉觀察孔喉形狀、大小、與連通關(guān)系；分析儲(chǔ)層孔喉結(jié)構(gòu)，為完井液設(shè)計(jì)提供依據(jù)等；含鐵礦物檢測(cè)利用掃描電鏡的x-射線能譜儀，能對(duì)礦物進(jìn)行半定量分析，確定鐵等敏感性礦物的種類與含量；第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用2)掃描電鏡技術(shù)的應(yīng)用儲(chǔ)層損害監(jiān)測(cè)通過(guò)對(duì)比污染實(shí)驗(yàn)前后巖心孔喉變化、微粒變化，從微觀上分析地層損害機(jī)理；觀測(cè)巖石骨架特征礦物顆粒的大小、產(chǎn)狀和分布；3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用2)掃描電鏡技術(shù)的應(yīng)用觀測(cè)孔喉特征表面松散顆粒的大小和分布、光滑性；孔隙幾何形態(tài)、孔隙類型（粒間孔隙、微孔隙）喉道類型（縮徑喉道、點(diǎn)狀喉道、片狀喉道）、孔喉直徑；骨架顆粒孔隙孔喉孔面顆粒3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用2)掃描電鏡技術(shù)的應(yīng)用觀測(cè)孔隙中膠結(jié)物膠結(jié)物類型（粘土、碳酸鹽、硫酸鹽、硫化物膠結(jié)）、產(chǎn)狀（充填式、襯墊式）；充填式膠結(jié)物產(chǎn)狀襯墊式膠結(jié)物產(chǎn)狀孔喉充填物骨架顆粒第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用2)掃描電鏡技術(shù)的應(yīng)用樣品要求尺寸大小適中(標(biāo)準(zhǔn)巖心)<f33×100mm；有良好的導(dǎo)電性；觀察面清潔新鮮；第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用2)掃描電鏡技術(shù)的應(yīng)用局限性只能作形態(tài)觀察；不能確定礦物含量；不能給出礦物化學(xué)成分；蠕蟲(chóng)狀高嶺石書(shū)本狀高嶺石片狀蒙脫石蜂窩狀蒙脫石毛發(fā)狀綠泥石絨球狀綠泥石疊片支架狀高嶺石絨狀伊利石絲狀伊利石自生石英帶狀伊利石伊蒙混層（I/S小）伊蒙混層（I/S大）泥漿污染綠蒙混層第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用3)薄片技術(shù)(SliceTechniqueofRock)測(cè)量原理

將巖心按需要方向切磨成厚度為0.03mm，能讓可視光通過(guò)薄片，進(jìn)行巖石學(xué)分析的技術(shù)。三大常規(guī)技術(shù)之一，它應(yīng)用光學(xué)顯微鏡觀察薄片，直接觀察儲(chǔ)層孔喉大小、分布、連通情況、地層微粒、地層敏感性礦物、地層膠結(jié)情況等。第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用3)薄片技術(shù)(SliceTechniqueofRock)測(cè)量原理鑄體薄片厚度為0.03mm,面積不小于15*15mm，一般用儲(chǔ)層巖心磨制而成。第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用3)薄片技術(shù)的應(yīng)用巖石的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造

研究?jī)?chǔ)層顆粒間接觸關(guān)系（點(diǎn)面接觸、點(diǎn)線接觸、面面接觸等）膠結(jié)情況、膠結(jié)物的種類等，初步估計(jì)巖石強(qiáng)度。骨架顆粒的成分及成巖作用

沉積作用、壓實(shí)作用、膠結(jié)作用等對(duì)儲(chǔ)層潛在損害因素的影響。3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用3)薄片技術(shù)的應(yīng)用飄浮接觸線接觸第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用3)薄片技術(shù)的應(yīng)用孔隙特征

薄片分析可獲得孔隙成因、大小、形狀、分布等資料，可用于計(jì)算面孔率及微孔隙率等儲(chǔ)層特征參數(shù)、研究孔喉尺寸大小、分布和類型，進(jìn)而研究?jī)?chǔ)層潛在損害因素。不同產(chǎn)狀粘土礦物含量的估計(jì)

粘土礦物的種類、含量、產(chǎn)狀分析，粘土礦物總量的校正。第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用3)薄片技術(shù)的應(yīng)用3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用3)薄片技術(shù)的應(yīng)用熒光薄片

提供儲(chǔ)層有效儲(chǔ)集和滲流性質(zhì)，分析孔隙形狀、大小、連通情況、裂縫發(fā)育情況與裂縫大小、走向等。第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)測(cè)量原理

汞對(duì)大多數(shù)造巖礦物為非潤(rùn)濕，對(duì)汞施加壓力后，當(dāng)汞的壓力和孔喉的毛細(xì)管壓力相等時(shí)，汞就能克服阻力進(jìn)入孔隙，根據(jù)進(jìn)入汞的孔隙體積百分?jǐn)?shù)和對(duì)應(yīng)壓力就得到毛細(xì)管壓力曲線。

壓力和孔喉半徑的關(guān)系為：Pc=0.735/rPc

為毛管壓力，MPa，r為毛管半徑，

m第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)測(cè)量?jī)x器主要參數(shù)：試樣尺寸：可達(dá)25mm直徑x25mm長(zhǎng)

浸入體積：

可達(dá)4mL

技術(shù)指標(biāo)低壓中壓高壓

測(cè)量范圍(μm)426-4.2610.66-0.1410.66-0.0036壓力(psia)0.5-5020-150020-60000傳感精度±0.11%±0.11%≤±0.05%型號(hào)：PoreMaster-60

產(chǎn)地：美國(guó)

第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)測(cè)定巖石毛管壓力曲線

描述孔喉分布及大小的系列特征參數(shù)，確定各孔喉區(qū)間對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)；特點(diǎn)

由于其儀器裝置固定，測(cè)定快速準(zhǔn)確，并且壓力可以較高，便于更微小的孔隙測(cè)量，因而它是目前國(guó)內(nèi)外測(cè)定巖石毛細(xì)管壓力的主要手段。3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用孔徑與毛細(xì)管壓力關(guān)系SHg

汞飽和度0Sminpcpd100%50

毛細(xì)管壓力Pc3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)方法巖樣一般為直徑2.5cm，長(zhǎng)2.5cm左右的柱塞(柱狀巖心），測(cè)定前將油清洗干凈，測(cè)定氦氣法孔隙度、巖石總體積和巖石密度。三個(gè)關(guān)鍵特征參數(shù)排驅(qū)壓力Pd；飽和度中值毛管壓力Pc50；最小非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)Smin

；3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用參數(shù)含意排驅(qū)壓力Pd

最大尺寸連通孔隙所對(duì)應(yīng)的毛管壓力。反映了孔隙和喉道的集中程度和大小，是劃分巖性好壞的重要指標(biāo)之一。飽和度中值毛管壓力

Pc50

注汞量達(dá)到孔隙體積50％時(shí)對(duì)應(yīng)的毛細(xì)管壓力。反映了產(chǎn)油能力的大小,Pc50越小，巖石對(duì)油的滲透性越好，產(chǎn)能越高。最小非飽和孔隙體積百分?jǐn)?shù)Smin

注汞壓力達(dá)到儀器的最大壓力時(shí)，未被汞飽和的孔隙體積百分?jǐn)?shù)。Smin

越大，小孔隙占的孔隙體積越多，對(duì)油氣滲透不利。3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)排驅(qū)半徑rd：排驅(qū)壓力對(duì)應(yīng)的最大孔喉半徑；中值半徑r50：飽和中值壓力對(duì)應(yīng)的半徑；平均孔喉半徑rc：汞所占據(jù)部分喉道的平均半徑；主喉道半徑r主：滲透率大于5％之后的孔喉平均半徑。第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用儲(chǔ)集巖分類評(píng)價(jià)

儲(chǔ)集巖分類是評(píng)價(jià)油氣層損害的前提，同一損害因素在不同類型的儲(chǔ)集巖中的表現(xiàn)存在差異。根據(jù)毛細(xì)管壓力曲線特征參數(shù)，用統(tǒng)計(jì)法求特征值，結(jié)合巖石孔隙度、滲透率、孔隙類型、巖性等可以對(duì)儲(chǔ)集巖進(jìn)行綜合分類。3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用儲(chǔ)集巖分類評(píng)價(jià)孔喉半徑r(μm)中孔低滲儲(chǔ)層毛管壓力曲線及孔喉分布圖3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用儲(chǔ)集巖分類評(píng)價(jià)特低孔特低滲儲(chǔ)層毛管壓力曲線及孔喉分布圖孔喉半徑r(μm)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用儲(chǔ)層分類標(biāo)準(zhǔn)分類參數(shù)特高孔特高滲儲(chǔ)層高孔高滲儲(chǔ)層中孔中滲儲(chǔ)層低孔低滲儲(chǔ)層特低孔特低滲儲(chǔ)層孔隙度（%）>3025

3015

2510

15<10滲透率10-3μm2>2000500

2000100

50010

1001

103.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用寶北區(qū)塊儲(chǔ)層分類類型中孔中滲中孔低滲低孔中滲低孔低滲低孔特低滲特低孔特低滲孔隙度(%)15

2015

2010

1510

1510

15<10滲透率10-3μm2100

500

10

100100

50010

1001

101

10頻率（%）6.912.141.4429.7744.84.9第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用油氣層損害機(jī)理分析

儲(chǔ)層喉道特性對(duì)儲(chǔ)層損害的影響

相同間層比的伊利石/蒙皂石間層礦物，對(duì)細(xì)孔喉型油層的水敏損害比中、粗孔喉型油氣層嚴(yán)重。

孔隙大小及分布對(duì)儲(chǔ)層損害的影響

微粒的粒度分布、微粒在孔隙中的空間分布及與孔喉大小的匹配關(guān)系是分析油氣層損害的關(guān)鍵。第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用屏蔽暫堵鉆井完井液設(shè)計(jì)

屏蔽暫堵鉆井完井液技術(shù)中架橋粒子的選擇，就是依據(jù)壓汞曲線所獲得的孔喉分布及其對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)值而確定的。

通過(guò)對(duì)一個(gè)油組或油氣層不同特性級(jí)別巖樣的毛管壓力曲線測(cè)定，考慮到主要儲(chǔ)層的儲(chǔ)層特征和最大孔喉半徑，依據(jù)1/3架橋原理設(shè)計(jì)屏蔽暫堵架橋粒子之中值直徑。第三章巖心分析技術(shù)3.2巖心分析技術(shù)及其應(yīng)用4)壓汞實(shí)驗(yàn)應(yīng)用入井流體懸浮固相控制

射孔液、壓井液、洗井液、修井液、注入水等都涉及固相顆粒的含量和粒徑大小控制問(wèn)題，而控制標(biāo)準(zhǔn)則視油氣層儲(chǔ)層特性而定。研究表明，當(dāng)顆粒直徑大于平均孔喉直徑的1/3時(shí)，形成外泥餅，1/3—1/10時(shí)會(huì)侵入孔喉形成內(nèi)泥餅，小于1/10時(shí)顆粒能自由移動(dòng)。第三章巖心分析技術(shù)3.3巖心分析技術(shù)新發(fā)展1)

傅里葉變換紅外光譜分析測(cè)定礦物基團(tuán)、功能團(tuán)…識(shí)別和量化常見(jiàn)礦物。2)

CT掃描技術(shù)（X-RayComputerizedTomography計(jì)算機(jī)處理層析X射線成象技術(shù)）顆粒密度；裂隙和孔隙分布；固相侵入深度和孔隙空間第三章巖心分析技術(shù)3.3巖心分析技術(shù)新發(fā)展2)

CT掃描技術(shù)（X-RayComputerizedTomography計(jì)算機(jī)處理層析X射線成象技術(shù)）第三章巖心分析技術(shù)3.3巖心分析技術(shù)新發(fā)展大型工業(yè)CT機(jī)第三章巖心分析技術(shù)3.3巖心分析技術(shù)新發(fā)展大型工業(yè)CT機(jī)第三章巖心分析技術(shù)3.3