油气层保护第二章课件

1、第二章 岩心分析油气层地质研究的主要内容：第一节 岩心分析概述1、矿物性质：敏感性矿物的类型、产状和含量；2、孔隙介质的特性：孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙及孔喉大小、形状、分布和连通性 ；3、岩石表面性质：比表面、润湿性；4、孔隙流体性质：油气水组成，高压物性，析蜡点，凝固点，原油酸值；5、岩石所处环境：岩石所处的内外环境；6、岩石对环境变化的敏感性：矿物、孔隙特性、孔隙流体对环境变化的敏感性内部环境：压力温度原地应力天然驱动能量岩心岩石物理性质岩石结构与矿物地层流体、k测定铸体薄片扫描电镜压汞技术图像分析接触角法铸体薄片X射线衍射扫描电镜电子探针红外光谱化学分析光谱分析色谱分析高压物性

2、孔隙度渗透率孔隙结构岩石表面性质岩石的稳定性与强度地层微粒和矿物的稳定性结垢趋势及类型外部环境：流速工作液性质外来固相侵入压差潜在油气层损害类型和敏感性保护油气层技术措施建议油气层保护技术中地质研究的内容及岩心分析的作用川西新场气田，侏罗系沙溪庙组鄂尔多斯盆地北部气田，二叠系哈萨克斯坦扎那若尔油田，石炭系岩心分析的目的和意义第一节 岩心分析概述意义：保护油气层技术的基础和重要组成部分。目地：全面认识岩石的物理性质和敏感性矿物的类型、产状、含量及分布特点；确定油气层潜在的损害类型、程度及原因；为保护方案设计提供依据和建议。孔隙孔喉骨架颗粒充填物2）岩石结构与矿物骨架颗粒:粒度大小、分布、成分、含

3、量；填充物-(粘土矿物和非粘土矿物)：类型、产状、成分、含量 第一节 岩心分析概述岩心分析揭示的内容和所用的方法井底取出岩心实验岩心SliceSEMK、F、Capillary pressureRXD取样要求第一节 岩心分析概述第一节 岩心分析概述铸体薄片样品应能包括油气层剖面上所有岩石性质的极端情况，如粒度、颜色、胶结程度、结核、裂缝、针孔、含油级别等，样品间距15块/m，必要时加密X射线衍射和扫描电镜分析样品密度大约为铸体薄片的1/31/2，对油气层要加密，水层及夹层进行控制性分析压汞分析的岩样，对于一个油组（或厚油层），每个渗透率级别至少有35条毛管压力曲线，最后可根据物性分布求取该油组的

4、平均毛管压力曲线取样要求X射线衍射 X-Ray Diffraction (XRD)第二节 岩心分析技术及应用 XRD分析借助于X射线衍射仪来实现，它主要由光源、测角仪 、X射线检测和记录仪构成 。第二节 岩心分析技术及应用 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)和反射的相对强度(I/ I0)来表征。其中面网间距d值与晶胞的形状和大小有关，相对强度(I / Io)则与晶体质点的种类及其在晶胞中的位置有关。 任何一种结晶物质的衍射数据d值和相对强度(I / lo)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不同

5、的衍射峰高(强度)。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。 XRD的分析原理55 10 15 20 25 30衍射角（0）矿物组分（%） 70 50 30 10IFCQChQI-伊利石 Q-石英Ch-绿泥石 C-方解石F-长石第二节 岩心分析技术及应用岩石粉晶衍射图谱定性分析-确定矿物组分 根据面网间距d和相对反射强度(I/Io)来确定矿物成分 定量分析 -确定矿物含量含量 根据矿物成分含量与衍射峰值强度成正比的关系来确定矿物含量第二节 岩心分析技术及应用玉门油田青西地区下沟组地层的粘土矿物分布第二节 岩心分析技术及应用X射线衍射在保护油气层中的应用a.地层微粒分析 地层微

6、粒指粒径小于37m (或44m)即能通过400目(或325目)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。 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，常见的其它地层微粒有长石、石英、云母、菱铁矿、方解石、白云石、石膏等。第二节 岩心分析技术及应用b.全岩分析 对粒径大于5m的非粘土矿物部分进行XRD分析，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(HF, HCI)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

7、化失败。第二节 岩心分析技术及应用c.粘土矿物类型鉴定和含量计算 利用粘土矿物特征峰的d001值鉴定粘土矿物类型。根据出现的矿物对应衍射峰的强度（峰面各或峰高度），依据行业标准SYS5163-87“用X射线衍射仪测定沉积岩粘土矿物的定量分析方法”求出粘土矿物相对含量。第二节 岩心分析技术及应用d.间层矿物鉴定和间层比计算 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，依据行业标准 SY/T5983-94“伊利石/蒙皂石间层矿物 X射线射鉴定方法”求出间层矿物间层比及间层类型 (绿泥石/蒙皂石间层矿物间层比的标准化计算方法待定)第二节 岩心分析技术及应用

8、局限性：不易鉴定微量组分矿物；不能给出矿物的产状和分布；不能给出孔隙和孔喉的结构和分布；第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用薄片技术（Slice Technique of Rock） 概念：从岩石或岩心样品上按照需要的方位切成薄板，先磨平一边并抛光，用树胶把这一面粘贴在玻璃上，再磨另一面，直至厚度为0.03mm为止，再抛光后用盖片盖上。这种把岩石切磨成0.03mm厚并能透过可见光进行岩石学分析的技术通称为薄片技术。 标准：厚度约0.03mm、面积不小于15mm15mm。 来源：通过取芯。建议不用钻屑（由于岩石总是趋于沿弱连接处破裂，胶结致密岩块能够保持较大尺寸，对孔隙发育及胶结

9、状况认识错误）主要用途 -形态观测1）骨架颗粒特征： 颗粒大小、粒度分布、颗粒接触关系、粒间胶结物类型与结构(估计岩石强度防砂);2）孔隙结构特征 ：孔隙形状、大小、分布、连通性，喉道形状、尺寸、分布；3）孔隙和喉道表面特征 ： 表面粗糙度、表面粘土矿物分布、含量4）裂缝特征： 宽度、发育程度 第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用局限性对微孔隙无能为力；对粘土矿物微结构研究

10、提供很少的资料；对粘土矿物多型、层间分析几乎无作用。第二节 岩心分析技术及应用扫描电镜Scanning Electron Microscope(SEM)原理：利用类似电视摄影显象的方式，用细聚焦电子束在样品表面上逐点进行扫描，激发产生能够反映样品表面特征的信息来调制成象。分析内容：能提供孔隙内充填物的矿物类型、产状的直观资料，同时也是研究孔隙结构的重要手段。 第二节 岩心分析技术及应用测试仪器：由电子系统、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 。第二节 岩心分析技术及应用扫描电镜实物图第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用特点：耗样少、制样简单；观测视场大、立体

11、感强；放大倍数范围宽且连续可调；直观、快速、有效；可对污染前后的样品进行对比观测。第二节 岩心分析技术及应用电镜样品制备： 1.样品大小合适，直径一般不超过 lcm。 2.样品具有良好的导电性能,否则将产生放电效应，影响图像质量甚至无法工作。 3.岩样表面必须清洁，且在真空中不能有放电和失水现场，以免污染仪器。 4.要尽量保证原样形貌。 5.对疏松的样品，应该采取特殊制法，比如冷冻法等。骨架颗粒第二节 岩心分析技术及应用扫描电镜分析应用储层中微粒矿物的观测 能给出孔隙系统中微粒的类型、大小、含量、共生关系的资料。 越靠近孔、喉中央的微粒，在外来流体和地层流体作用下越容易失稳。 测定微粒的大小分

12、布及在孔喉中的位置，能有效地估计临界流速和速敏程度，便于有针对性地采取措施防止或解除因分散、运移造成的损害。孔隙孔喉孔面颗粒扫描电镜分析应用第二节 岩心分析技术及应用储层中粘土矿物的观测依据粘土矿物的特殊形态，确定粘土矿物的类型、产状和含量粘土矿物产状和损害程度密切相关，如孔喉桥接状、分散质点状粘土矿物易与流体作用。对于间层矿物，通过形态可以大致估计间层比范围，准确分析需要XRD分析技术。高岭石集合体，鄂北上古生界致密砂岩蒙皂石蜂窝状集合体，川西白马，侏罗系蓬莱镇组毛发状伊利石，鄂北上古生界致密砂岩第二节 岩心分析技术及应用扫描电镜分析应用油气孔喉的观测扫描电镜立体感强，更适于观察孔喉的形态、

13、大小及与孔隙的连通关系。对孔喉表面的粗糙度、弯曲度、孔喉尺寸的观测能揭示微粒捕集、拦截的位置及难易程度，对研究微粒运移和外来固相侵入很有意义。第二节 岩心分析技术及应用扫描电镜分析应用含铁矿物的检测当扫描电镜配有X射线能谱仪时，能对矿物提供半定量的元素分析。用于检测铁元素，如碳酸盐矿物、不同产状绿泥石的含铁量，因为在盐酸酸化时少量的铁很容易形成二次沉淀，造成油气层的损害第二节 岩心分析技术及应用扫描电镜分析应用油气层损害的监测利用背散射电子图象，岩心可以不必镀金和镀碳就能测定，在敏感性(或工作液损害)评价实验前后都可以进行直观分析。对于无机和有机垢的晶体形态、排布关系的观察，可为抑垢除垢、筛选

14、处理剂、优化工艺措施提供依据。第二节 岩心分析技术及应用局限性：只能作形态观察；不能确定矿物含量；不能给出矿物化学成分；压汞法测定岩石毛细管压力曲线Mercury Injection Method for Rock Capillary Pressure Curve第二节 岩心分析技术及应用由毛管压力曲线可以获得描述孔喉分布及大小的系列特征参数，确定各孔喉区间对渗透率的贡献优点：压汞法由于其仪器装置固定、测定快速准确，并且压力可以较高，便于更微小的孔隙测量,它是目前国内外测定岩石毛细管压力曲线的主要手段。原理：汞对大多数造岩矿物为非润湿，对汞施加压力后，当汞的压力和孔喉的毛管压力相等时，汞就能克

15、服阻力进入孔隙，计量进汞量和压力，根据进入汞的孔隙体积百分数和对应压力就得到毛细管压力曲线孔径与毛细管压力关系SHg 汞饱和度，%0Sminpcpd10050 毛细管压力 Pc第二节 岩心分析技术及应用第二节 岩心分析技术及应用压汞试验要求：岩样一般为直径2.5cm，长2.5cm左右的柱塞，测定前将油清洗干净，测定岩石总体积、氦气法孔隙度、岩石密度和渗透率。压汞法测定岩石毛细管压力曲线压汞法的特点：测定速度快，12小时；对样品的形状、大小要求不严，可测定不规则岩屑的毛管压力曲线。第二节 岩心分析技术及应用储集岩分类 评价油气层损害的前提，同一损害因素在不同类型的储集岩中的表现存在差异。 根据毛

16、细管压力曲线特征参数，用统计法求特征值，结合岩石孔隙度、渗透率、孔隙类型、岩性等可以对储集岩进行综合分类。毛细管压力曲线的应用第二节 岩心分析技术及应用油气层损害机理分析 油气层微粒的粒度分析、微粒在孔隙中的空间分布及与孔喉大小的匹配关系是分析油气层损害的关键。 相同间层比的伊利石/蒙皂石间层矿物，对细孔喉型油层的水敏损害比中、粗孔喉型油气层严重。毛细管压力曲线的应用第二节 岩心分析技术及应用毛细管压力曲线的应用油气钻井完井液设计 屏蔽暂堵型钻井完井液技术中架桥粒子的选择，是依据压汞曲线获得的孔喉分布。通过对一个油组或油气层不同物性级别岩样的毛管压力曲线测定，构制平均毛管压力曲线。 架桥粒子即

17、根据平均毛管压力曲线，考虑到出现的最大孔喉半径，按2/3架桥原理设计 暂堵型酸化、压裂过程中，暂堵剂粒度的筛选也要参考孔喉分布数据。 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。 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，1/31/10时会侵入孔喉形成内泥饼，小于 1/10时颗粒能自由移动。第二节 岩心分析技术及应用毛细管压力曲线的应用入井流体悬浮固相控制 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确的认识。评价和筛选工作液第二节 岩心分析技术及应用毛细管压力曲线的应用局限性不能给出矿物学方面的信息；根据微孔隙量可以推测大致的粘土含量，很少的成岩作用信息。第二节 岩心分析技术及应用其它岩心分析技术 1）付里叶变换红外光谱分析测定矿物基团、功能团识别和量化常见矿物2）CT扫描技术 X-R