矿物X衍射全岩分析在地质勘探中的应用(1)

1、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,二零一一年十月,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

2、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,前,言,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,。,中国石油勘探开发研究院专家室,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

3、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,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,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,中国石油勘探开发研究院专家

4、室,X,射线荧光分析技术,中国石油勘探开发研究院专家室,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,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,中国石油勘探开发研究院专家室,X,射线荧光分析技术,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

5、直接判断岩性。,这一流程是有问题的。,换算,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,中国石油勘探开发研究院专家室,中国石油勘探开发研究院专家室,钥,匙,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,中国石油勘探开

6、发研究院专家室,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,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。,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,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

7、,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,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

8、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,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,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

9、软件计算出各种矿物的相对含量，,同时给出岩性定名。,中国石油勘探开发研究院专家室,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,矿物、岩石分类基础,介绍几种常见岩性,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,中国石油勘探开发研究院专家室,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,矿物、岩石分类基础,灰岩：,以方解石、白云石为主要成分的碳

10、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,。,中国石油勘探开发研究院专家室,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,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。,石,英,斜长石,钾长石,角闪石,方沸石,白云石,方解石,黄铁矿,I,C,I/S,中国石油勘探开发研究院专家室,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,常见非粘土矿物特征峰,矿物名称,石,英,特征峰,d,（,A,）,4.26 3.34,矿

11、物名称,浊沸石,9.45,特征峰,d,（,A,）,钾长石,斜长石,方解石,白云石,文,石,菱铁矿,菱镁矿,碳钠铝石,石,盐,黄铁矿,针铁矿,赤铁矿,磁铁矿,3.25 6.50 2.16,（,Na,K,长石）,3.20 4.04 6.40,（,Na,Ca,长石）,3.03-3.04,（高,Mg,方解石）,2.88-2.91,（白云石类）,3.40,2.79-2.80,（含,Mg,含,Mn,问题）,2.74,（含,Fe,问题）,5.69,2.82,2.71 3.13,4.18,2.69,2.53,方沸石,片沸石,重晶石,角闪石,普通辉石,石,膏,3.43,9.0,（斜发沸石）,3.44 3.58,

12、8.45,2.99,7.61,3.50,3.52,4.05,（,Opal-CT,）,4.11,（,Opal-CT,）,6.11,4.85,3.99,硬石膏,锐钛矿,方英石,鳞石英,勃母石,三水铝石,硬水铝石,中国石油勘探开发研究院专家室,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,-,射线衍射全岩分析报告,全岩定量分析,(%),序,号,样,号,井,号,井,段（,m,）,岩,性,粘土,总量,52,57,8.0,8.0,4.0,10.0,石英,钾,长,石,斜长,石,9,5,方,解,石,2,6,1,白,云,石,黄铁,矿,浊沸,石,方,沸,石,1,2,3,4,5,6,38,0,10,1,1

13、,2,3,10,AC1,井,GP1,井,k286,井,k286,井,k286,井,ND103,井,3386.06-3386.21,1122.18-1122.30,910.50,910.64,911.03,911.17,911.45,911.59,2711.82,2711.95,泥,岩,泥,岩,石英砂岩,石英砂岩,石英砂岩,玄武岩,37,32,75.0,76.0,80.0,-,8.0,6.0,7.0,-,9.0,10.0,9.0,53.0,2,3.,0,11.0,23.,0,中国石油勘探开发研究院专家室,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,岩,石,定,名,矿,物,含,量（,%

14、,）,样品号,岩,性,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,9.2,0.4,3.1,47.8,26.0,13.5,NL52-7,泥灰岩,11.3,0.4,4.3,30.6,33.6,19.8,中国石油勘探开发研究院专家室,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,1.1,分析依据是中华人民共和国石油天然气行业标准,-SY/T 6210,1996,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

15、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,(2)，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,18m

16、m,d.,样品勺。,6,工作条件,a.,电源：,AC 220,10V,，,AC 380,10V,b.,分析间防尘、防震。,X,射线衍射分析方法,1,分析依据及适用范围,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,X,射线衍射分析方法,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。,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,X,射线衍射分析方法,数据采集,简明的操作界

17、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。,中国石油勘探开发研究院专家室,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,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。,中国石油勘探开发研究院专家室,中国石油勘探开发研究院专家室,X,射线

18、衍射全岩分析技术,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。,中国石油勘探开发研究院专家室,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,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。,中国石油勘探开发研究院专家室,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,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。,中国石油勘探开发研究院专家室,中国石油勘探开发研究院专家室,X,