矿物X衍射全岩分析在地质勘探中的应用(1)

二零一一年十月矿物X衍射全岩分析在地质勘探中的应用中国石油勘探开发研究院专家室汇报人：吕文海中国石油勘探开发研究院专家室前言石油钻井过程中的岩屑录井无论对油气勘探还是钻井工程都是极为重要的关键技术，岩屑录井所获得的实物信息是目前任何其它地质方法都难于取代的，随着石油钻井新工艺技术的飞速发展，如PDC钻头的应用以及气体钻井、大位移井、水平井等，由井底返出的岩屑已经十分细碎，甚至成粉末状，使得岩屑录井对地层岩性难于识辨，层位难于判断。因此，在钻探施工中，特别是在目的层段，往往要限制这些钻井新技术的使用，以方便岩屑录井识别岩性和层位，否则将可能导致分层、卡层失准、套管下错、取心漏失等地质事故发生。细微岩屑难以辨认还将使得大位移井、水平井的钻井失去了地质导向的参考。因此，岩屑录井已经成为石油工程中最受困扰的瓶颈之一。中国石油勘探开发研究院专家室多年来石油地质工作者都在探索新的录井方法，石油录井行业对于粉尘状岩屑的分析做了许多尝试，其中包括电子探针分析、扫描电镜分析、X衍射室内分析等，但这些方法无法瞒住野外随钻作业。但近年来，出现了采用岩屑图像采集分析、X射线荧光分析技术（XRF）。而这两种分析方法有比较突出的缺点。前言中国石油勘探开发研究院专家室岩屑图像采集分析技术岩屑图像采集分析技术：采用样品成像的方法对岩屑的岩性进行识别，但对粉末状岩屑的岩性识别没有得到很好的解决。仅适用于大颗粒岩屑。中国石油勘探开发研究院专家室X射线荧光分析技术X射线荧光分析技术（XRF）：利用X射线荧光分析技术判断岩性的原理是：对样品进行分析获得样品的化学元素组成（只能分析出阳离子），然后将获得的测试数据与标准的或者是已知的各类岩性的化学元素组成数据进行比较，从而获得测试样品的岩性。中国石油勘探开发研究院专家室X射线荧光分析技术中国石油勘探开发研究院专家室X射线荧光分析技术中国石油勘探开发研究院专家室X射线荧光分析技术中国石油勘探开发研究院专家室X射线荧光分析技术中国石油勘探开发研究院专家室结论：利用X射线荧光分析技术（XRF）判断岩性不是一个很好的办法。我们知道：岩石是由各种矿物组成的，各种矿物是由化学元素按照一定的结构排列而成，因此最准确的判定岩性首先要知道矿物组成。这也是目前在石油地质领域广泛应用的一项技术标准。而X射线荧光分析技术（XRF）判断岩性是由获得样品的化学元素组成直接判断岩性。这一流程是有问题的。而正确的方法是：由化学元素组成----矿物组成-----鉴定出岩石名称，目前三大岩石中只有火成岩（没有蚀变）才能应用上述流程来鉴定岩性，而其它两类岩石是无法应用上述流程进行岩性鉴定的。岩石矿物化学元素换算X射线荧光分析技术中国石油勘探开发研究院专家室思考：上述两种方法都不能很好的解决目前粉末岩屑定名问题，为了解决这一问题，我们通过探索，找到了一种分析仪器，它既能分析出岩石的矿物组成，又能适用于野外分析，再辅以分析软件，很好的解决了粉末岩屑岩性定名问题。这项技术就是--X射线衍射全岩分析技术钥匙中国石油勘探开发研究院专家室X射线衍射全岩分析技术（XRD）：利用X射线衍射全岩分析技术判断岩性的原理是：对样品进行X衍射全岩分析获得样品的矿物组成，根据矿物组合从而获得测试样品的岩石名称，即岩屑的岩性。X射线衍射全岩分析技术YST-I型X射线衍射仪--用于矿物识别和定量分析中国石油勘探开发研究院专家室X射线衍射全岩分析技术技术特点目前实验室大型XRD仪器不能应用现场有以下缺点：■体积庞大、重量大于500KG，环境要求高■高能耗■需要冷却系统■旋转电子器件来观察到不同角度■样品需磨到1-2um形成颗粒，晶体晶面取向择优选取。■样品制备复杂，需压片成型后才能分析，耗费大量的时间和精力■不能及时为现场地质人员提供准确岩性，不能指导现场作业中国石油勘探开发研究院专家室X射线衍射全岩分析技术技术特点YST-I型小型X射线衍射仪具有以下优点：便携式-小型化机体小、重量轻、方便携带。无需专业的实验室，无需水循环冷却系统，维护方便。自动化-无需测角仪使用样品震动装置（专利技术），省去传统台式机测角仪。样品制备更简单，测试无需转动测角仪等机械部件，无需专业人员操作，自动化程度高。集成性-XRD/XRF同步进行XRD及XRF监测，在提供检测物质结构信息的同时，同时提供元素检测信息。中国石油勘探开发研究院专家室微量化检测-15mg检测样品仅需15mg的样品装入震动样品池中，由此我们可以得到极好射线谱图，可在实际上避免定向影响带来的问题。无线传输-WIFI采用WIFI实现仪器与笔记本或手机无线连接，可远程操控及传输采集的数据，实现数据采集的现场性和数据处理的及时性。操作简便、功能强大的分析软件它能直接测定出岩石中的各种矿物组成(粘土含量、石英、钾长石、斜石、方解石、白云石、黄铁矿等），并通过软件计算出各种矿物的相对含量，同时给出岩性定名。X射线衍射全岩分析技术技术特点中国石油勘探开发研究院专家室火成岩：基性火成岩：玄武岩（不含石英，含沸石，泥质很低），如变质厉害，可能形成油藏。我们钻井如遇到火成岩就不打了，因为一般认为火成岩比较致密，不具备成油条件，但也有例外经变质后（如吐哈油田）酸性火成岩：以花岗岩为代表，富含石英和钾长石，含黑云母，泥质很低X射线衍射全岩分析技术矿物、岩石分类基础介绍几种常见岩性中国石油勘探开发研究院专家室灰岩：以方解石、白云石为主要成分的碳酸盐岩。砂岩：主要是石英成分、含钾长石和斜长石和粘土等成分。泥岩:泥岩主要指由粘土矿物组成，石英、长石次之。X射线衍射全岩分析技术矿物、岩石分类基础中国石油勘探开发研究院专家室CII/S石英钾长石斜长石方解石白云石黄铁矿方沸石角闪石全岩矿物分析D值是衍射中晶胞参数，每一种矿物d值唯一,根据衍射的角度算出来的。将汽与标准物质对比完全一致，既能定义检测矿物。X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室常见非粘土矿物特征峰矿物名称特征峰d（A）矿物名称特征峰d（A）石英4.263.34浊沸石9.45钾长石3.256.502.16（Na,K长石）方沸石3.43斜长石3.204.046.40（Na,Ca长石）片沸石9.0（斜发沸石）方解石3.03-3.04（高Mg方解石）重晶石3.443.58白云石2.88-2.91（白云石类）角闪石8.45文石3.40普通辉石2.99菱铁矿2.79-2.80（含Mg,含Mn问题）石膏7.61菱镁矿2.74（含Fe问题）硬石膏3.50碳钠铝石5.69锐钛矿3.52石盐2.82方英石4.05（Opal-CT）黄铁矿2.713.13鳞石英4.11（Opal-CT）针铁矿4.18勃母石6.11赤铁矿2.69三水铝石4.85磁铁矿2.53硬水铝石3.99X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室Ｘ-射线衍射全岩分析报告序号样号井号井段（m）岩性全岩定量分析(%)粘土总量石英钾长石斜长石方解石白云石黄铁矿浊沸石方沸石1380AC1井3386.06-3386.21泥岩5237922101GP1井1122.18-1122.30泥岩57325631k286井910.50～910.64石英砂岩8.075.08.09.01242k286井911.03～911.17石英砂岩8.076.06.010.053k286井911.45～911.59石英砂岩4.080.07.09.0610ND103井2711.82～2711.95玄武岩10.0--53.03.011.023.0X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室岩石定名样品号岩性矿物含量（%）石英钾长石斜长石方解石白云石菱铁矿粘土矿物总量NL52-6泥灰岩9.20.43.147.826.013.5NL52-7泥灰岩11.30.44.330.633.619.8X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室1分析依据及适用范围1.1分析依据是中华人民共和国石油天然气行业标准----SY/T6210—1996《沉积岩中粘土矿物总量和常见非粘土矿物X射线衍射定量分析方法》。1.2本实施细则适用于用X射线衍射仪进行全岩矿物定量分析。2样品2.1质量要求：取心要干净，避免污染，样品如需含油，需洗油至荧光四级以下。2.2取样量：不少于2g。3检测参数及检测范围3.1检测参数：粘土矿物总量和石英、方解石、白云石、铁白云石、菱铁矿、硬石膏、石膏、无水芒硝、重晶石、黄铁矿、石盐、斜长石、钾长石、钙芒硝、浊沸石、方沸石等常见非粘土矿物。3.2检测范围：粘土矿物总量和常见非粘土矿物的百分含量，0～100%。4检测仪器设备a.X射线衍射仪：测角仪测角准确度优于0.02°(2θ)，仪器分辨率优于60%，综合稳定度优于1%。5材料a.铜研钵：内径12cm；b.玛瑙研钵：内径10cm；c.铝质样品框：20mm×18mmd.样品勺。6工作条件a.电源：AC220±10V，AC380±10Vb.分析间防尘、防震。X射线衍射分析方法X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室样品简单制备YST-I型X射线衍射仪需要仅15mg的样品装入震动样品池中，这样就能够将样品的结晶结构的所有方向呈现在仪器的光学系统中。由此我们可以得到极好的X射线谱图，可在实际上避免定向影响带来的问题，以区别于传统样品的制备方法。X射线衍射分析方法X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室X射线衍射分析方法数据采集简明的操作界面，一键式按钮，自动测定，操作方便。无需对仪器进行参数和程序设置，简化了操作、缩短了检测时间。保证了仪器使用安全性，提高了检测可靠性。实时的数据采集系统，动态提供XRD光谱图。便于随时掌握仪器工作状况和数据采集情况。X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室X射线衍射分析方法强大的分析处理软件简明完备的处理界面：全中文操作，简单、方便。分析软件界面中，选项栏、快捷按钮栏依次排列。包括原始数据显示、曲线处理、D值寻峰、定量计算并显示计算结果等主要工具。X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室X射线衍射分析方法强大的分析处理软件科学完善的样品组成设置：样品组成模块囊括了常用的各种标准岩石岩性的矿物质。选项化操作，可针对不同的岩性样品进行相对性选择，以提高检测精准度。X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室X射线衍射分析方法强大的分析处理软件标准化岩石样品定名矿物含量界限：样品组成模块的标准岩石样品定名矿物含量界限，是通过大量的原始数据综合计算出的标准化参数，同时提供了更改选项，以满足特殊岩性的需求。X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室X射线衍射分析方法强大的分析处理软件完备的标样数据库：软件囊括了常用标准岩石样品矿物的原始图谱，能够满足常用各种岩性样品的分析检测。具有显示标样曲线功能，方便与测定谱图对比。X射线衍射全岩分析技术中国石油勘探开发研究院专家室强大的分析处理软件详细的软件分析报告：分析报告信息详细、全面。能够给出标准化岩性定名信息及各种矿物质相对含量信息。X射线衍射全岩分析技术X射线衍射分析方法中国石油勘探开发研究院专家室检测结果比较便携式XRD系统图谱实验室用大功率XRD图谱光谱图是X射线衍射技术最直观也是最重要的结果表征，在光谱图中，峰位、峰高、峰宽、峰形、封背比是最重要的参数，峰位决定物质形态，峰高（相对高度）决定含量，峰形反应晶体结构，封背比反应仪器性能及样品杂质状态，通过实验光谱对比，检测结果与大型台式机具有基本一致的图谱。并且，对一些样品的测试还可以发现，便携式XRD系统具有更好的封背比，因而，在一定程度上，便携式具有更好的检测结果。X射线衍射全岩分析技术X射线衍射分析方法中国石油勘探开发研究院专家室结论现场X衍射全岩分析技术是一项岩屑识别定量化的技术性革命。它是一种对矿物的绝对分析，无需做工作曲线，它的出现彻底解决了岩屑录井中岩性难以准确识别的瓶颈，这在探井中整个剖面准确岩性的建立以及卡层起到重要的作用，对定向井开窗以及层位监测、空气钻井粉末岩性难以准确识别、井下压裂方案设计、在复杂岩性识别和目前我国