錄井現(xiàn)場(chǎng)碳酸鹽巖分析技術(shù)探討

梅向東

（大慶鉆探工程公司地質(zhì)錄井一公司，黑龍江大慶163000）

1 概述

隨著大慶油田進(jìn)入開(kāi)發(fā)中后期，原油產(chǎn)量下降，持續(xù)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)壓力增大，油田實(shí)施以氣補(bǔ)油戰(zhàn)略，加大了對(duì)非常規(guī)油氣資源的勘探力度，勘探區(qū)域由松遼盆地向塔里木油田東部及川渝地區(qū)轉(zhuǎn)變。松遼盆地地層巖性以砂泥巖、火山巖為主，塔東及川渝地區(qū)目的層巖性以碳酸鹽巖為主，主力儲(chǔ)層巖性差別較大，相應(yīng)的分析化驗(yàn)技術(shù)手段發(fā)生變化。地質(zhì)錄井在現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)巖性識(shí)別、地層剖面歸位等工作，碳酸鹽巖主要以白云巖和灰?guī)r為主，代表性礦物為白云石、方解石，由于白云石和方解石特征相近，加之錄井現(xiàn)場(chǎng)巖屑顆粒細(xì)碎、缺乏有效技術(shù)手段，肉眼難以準(zhǔn)確識(shí)別?，F(xiàn)階段錄井現(xiàn)場(chǎng)主要使用碳酸鹽分析儀識(shí)別巖屑，該儀器是一種間接的分析手段，在錄井現(xiàn)場(chǎng)碳酸鹽巖分析中存在一定局限性，由于現(xiàn)場(chǎng)人員操作不規(guī)范，導(dǎo)致巖性識(shí)別存在一定誤判[1-2]，必須加強(qiáng)對(duì)碳酸鹽巖分析技術(shù)研究?，F(xiàn)階段隨著元素分析方法在錄井應(yīng)用越來(lái)越普遍，應(yīng)用元素分析方法分析碳酸鹽巖具有一定的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，增加了錄井識(shí)別碳酸鹽巖的手段。因此，加強(qiáng)錄井現(xiàn)場(chǎng)碳酸鹽巖分析技術(shù)研究，提升新技術(shù)應(yīng)用效果，對(duì)于提升錄井資料質(zhì)量具有較大意義。

2 碳酸鹽巖分析儀技術(shù)原理

2.1 碳酸鹽巖的組成及與鹽酸反應(yīng)

碳酸鹽巖主要有方解石和白云石兩種碳酸鹽礦物組成，以方解石為主的稱石灰?guī)r，以白云石為主的稱為白云巖，方解石化學(xué)成分主要是CaCO3，理想的白云石化學(xué)成分是CaMg(CO3)2。由于灰?guī)r與白云巖的的化學(xué)成分不同，與鹽酸反應(yīng)的速度也不相同。實(shí)驗(yàn)室分析表明，CaCO3與HCl反應(yīng)的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于與CaMg(CO3)2的反應(yīng)速度。根據(jù)大量測(cè)試得出以下幾種情況：

（1）灰?guī)r（主要成分CaCO3）反應(yīng)速度大于白云巖[主要成分CaMg(CO3)2]。

（2）白云質(zhì)灰?guī)r或灰質(zhì)白云巖中先是灰質(zhì)部分進(jìn)行快速反應(yīng)，隨反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，剩下只有白云質(zhì)的成分反應(yīng)。

2.2 碳酸鹽巖分析儀工作原理

碳酸鹽巖分析儀組成部分有反應(yīng)釜、壓力傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)據(jù)傳輸線路等，具體工作原理是將一定量的碳酸鹽巖樣品置于反應(yīng)釜中，加入一定體積固定濃度的鹽酸，在密封的反應(yīng)釜中，鹽酸與碳酸鹽巖反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，反應(yīng)釜中壓力上升，通過(guò)壓力傳感器測(cè)定反應(yīng)釜中壓力，根據(jù)壓力變化情況來(lái)分析碳酸鹽巖中方解石或白云石的百分含量。

目前常用的碳酸鹽含量測(cè)定儀主要有天津陸海碳酸鹽巖分析儀和神開(kāi)碳酸鹽巖分析儀，都是通過(guò)測(cè)量巖樣和鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的CO2氣體的壓力，建立一條碳酸鹽含量隨壓力變化的函數(shù)曲線，間接得出碳酸鹽巖的含量，從而反映樣品中的礦物組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)碳酸鹽巖的識(shí)別定名[3]。碳酸鹽巖與鹽酸反應(yīng)的壓力曲線如圖1所示，曲線X坐標(biāo)對(duì)應(yīng)反應(yīng)時(shí)間，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)碳酸鹽巖中灰質(zhì)和白云質(zhì)含量總和。

圖1 碳酸鹽巖與鹽酸反應(yīng)曲線

3 碳酸鹽巖分析儀工作條件影響因素

3.1 碳酸鹽巖分析儀影響因素

據(jù)以上碳酸鹽巖分析工作原理可知，碳酸鹽巖分析儀分析結(jié)果受到多種因素的影響，其中，環(huán)境溫度影響反應(yīng)釜中壓力測(cè)量及鹽酸與碳酸鹽反應(yīng)的劇烈程度，鹽酸濃度也影響與碳酸鹽巖的反應(yīng)速度，碳酸鹽巖顆粒研磨的越細(xì)，與鹽酸接觸面積越大，反應(yīng)速度越快。此外，反應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短直接影響碳酸鹽巖中白云石成分的測(cè)定，反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，白云質(zhì)成分與鹽酸反應(yīng)越徹底，測(cè)定的結(jié)果準(zhǔn)確度越高。

3.2 影響因素的實(shí)驗(yàn)分析

為了分析不同因素對(duì)碳酸鹽分析結(jié)果的影響，分析可能的影響因素，通過(guò)控制單一條件因素發(fā)生變化，其它條件不變，分析單一條件對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響程度，選擇最佳的反應(yīng)條件。為此，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鹽巖樣品，分析環(huán)境溫度、樣品研磨程度、鹽酸濃度、反應(yīng)時(shí)間等條件對(duì)分析結(jié)果的影響，選擇最佳的反應(yīng)條件，制定碳酸鹽分析的標(biāo)準(zhǔn)。

4 碳酸鹽巖分析儀影響因素試驗(yàn)分析

4.1 環(huán)境溫度影響分析

為了分析環(huán)境溫度對(duì)碳酸鹽巖分析結(jié)果的影響，使用標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鹽巖樣品，使用天平稱取1g碳酸鹽巖樣品，置于反應(yīng)釜中，滴管滴5mL濃鹽酸（鹽酸濃度20%），反應(yīng)時(shí)間6min，保持這些反應(yīng)條件，改變環(huán)境溫度，分別設(shè)定反應(yīng)溫度10℃、15℃、20℃、25℃、30℃，分析標(biāo)準(zhǔn)碳酸鹽巖樣品，結(jié)果誤差如圖2所示，從圖中可以看出，溫度越低，測(cè)定的結(jié)果誤差越大，溫度達(dá)到25℃后，測(cè)定結(jié)果誤差小于1%，考慮錄井現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，設(shè)定反應(yīng)最佳溫度為25℃，以下實(shí)驗(yàn)溫度均在25℃下進(jìn)行。

圖2 溫度對(duì)碳酸鹽巖分析儀影響

4.2 碳酸鹽巖研磨程度影響分析

碳酸鹽巖顆粒粒徑越小，單位質(zhì)量碳酸鹽巖與鹽酸接觸面積越大，反應(yīng)的速度也越快。為了分析碳酸鹽巖粒徑對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，使用標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鹽巖樣品，使用天平稱取1g碳酸鹽巖樣品，置于反應(yīng)釜中，滴管滴5mL濃鹽酸（鹽酸濃度20%），反應(yīng)時(shí)間6min，反應(yīng)溫度為25℃，保持這些反應(yīng)條件，分別研磨碳酸鹽巖樣品，過(guò)200目、160目、60目粒徑樣品篩，測(cè)定不同粒徑碳酸鹽顆粒與鹽酸的反應(yīng)情況，反應(yīng)結(jié)果如圖3所示。

圖3 碳酸鹽巖研磨程度對(duì)分析結(jié)果的影響

從圖3中可以看出，相同的碳酸鹽巖樣品，碳酸鹽顆粒研磨越細(xì)，單位質(zhì)量碳酸鹽巖顆粒與鹽酸接觸面積越大，反應(yīng)越充分，測(cè)定的CaCO3及CaMg(CO3)2含量越高，也越接近真實(shí)含量，根據(jù)錄井現(xiàn)場(chǎng)條件，碳酸鹽巖顆粒研磨至200目為宜。

4.3 鹽酸濃度影響分析

鹽酸濃度越大，與碳酸鹽巖反應(yīng)的速度也越快，為了分析碳酸鹽巖濃度對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，使用標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鹽巖樣品，使用天平稱取1g碳酸鹽巖樣品，置于反應(yīng)釜中，滴管滴5mL濃鹽酸，反應(yīng)時(shí)間6min，反應(yīng)溫度為25℃，保持這些反應(yīng)條件，改變鹽酸的濃度8%、12%、16%、18%，測(cè)定結(jié)果如圖4所示。

圖4 白云巖與不同濃度鹽酸反應(yīng)關(guān)系圖

從圖4中可以看出，相同時(shí)間內(nèi)，鹽酸濃度越大，與碳酸鹽反應(yīng)速度越快。

4.4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)分析結(jié)果的影響

鹽酸與碳酸鹽巖反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，反應(yīng)的越充分，為了分析碳酸鹽巖濃度對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響，使用標(biāo)準(zhǔn)的碳酸鹽巖樣品，使用天平稱取1g碳酸鹽巖樣品，置于反應(yīng)釜中，滴管滴5mL濃鹽酸，反應(yīng)溫度為25℃，保持這些反應(yīng)條件，記錄12min內(nèi)碳酸鹽巖樣品與鹽酸分反應(yīng)情況，結(jié)果如圖5所示。

從圖5中可以看出，灰?guī)r（CaCO3）與鹽酸反應(yīng)較快，在很短時(shí)間內(nèi)反應(yīng)完全，灰?guī)r對(duì)反應(yīng)時(shí)間要求較小。白云巖[CaMg(CO3)2]與鹽酸反應(yīng)較慢，隨著反應(yīng)時(shí)間的進(jìn)行，白云石慢慢反應(yīng)完全，反應(yīng)時(shí)間12min基本滿足反應(yīng)要求。

圖5 反應(yīng)時(shí)間對(duì)碳酸鹽巖分析結(jié)果影響

以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，為了保證碳酸鹽巖分析儀分析的準(zhǔn)確性，碳酸鹽巖分析的最佳條件是25℃，樣品研磨至200目，鹽酸濃度18%，白云巖樣品反應(yīng)時(shí)間需達(dá)到12min。

5 結(jié)論

碳酸鹽分析儀通過(guò)檢測(cè)壓力變化，來(lái)分析碳酸鹽巖與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的氣體量，達(dá)到分析碳酸鹽巖中方解石、白云石含量的目標(biāo)，是一種間接的分析方法，為了保證分析的準(zhǔn)確性，碳酸鹽巖分析的最佳條件是25℃，樣品研磨至200目，鹽酸濃度18%，白云巖樣品反應(yīng)時(shí)間需達(dá)到12min。