元素錄井技術(shù)在石油地質(zhì)上的運用策略

吳衛(wèi)銀

中法渤海地質(zhì)服務(wù)有限公司 天津 300457

隨著鉆井技術(shù)、定向井、測井技術(shù)的快速發(fā)展，各種新工藝新技術(shù)被廣泛采用，錄井技術(shù)也需要進行優(yōu)化和完善，尤其是在特定鉆井環(huán)境下的巖性識別、碳酸鹽巖層地層劃分、界面卡取與膏鹽巖界面卡取、高鹽度咸水層及孔、縫、洞發(fā)育段的預(yù)先判斷等問題上，已成為鉆井工程所共同面臨的技術(shù)難點，因此，原位復(fù)合錄井受到了嚴重的挑戰(zhàn)。X射線熒光錄井技術(shù)的應(yīng)用，為錄井技術(shù)的研究增加提高了有力手段，通過分析總結(jié)在轉(zhuǎn)型期巖性識別、碳酸鹽巖層地層劃分、界面卡取、縫、洞發(fā)育帶預(yù)報、潛山風(fēng)化殼卡取、膏鹽巖段鹽層地層卡取等領(lǐng)域具有明顯的優(yōu)越性，可有效減少鉆井施工的復(fù)雜性，為油井地質(zhì)錄井、鉆井提速打下堅實的理論與技術(shù)支撐。

1 X 射線熒光元素錄井技術(shù)的定義與流程

1.1 定義

X射線熒光錄井技術(shù)的原理是將X射線熒光錄井技術(shù)原理與巖石地球理論進行有效融合，并做好相應(yīng)擴展工作。在鉆孔施工過程中，針對鉆桿和鉆具所攜帶的巖石等材料，應(yīng)用X光線熒光元素分析裝置上進行微量元素檢測，并對其進行結(jié)構(gòu)分析。從科學(xué)角度來看，地球化學(xué)就是對地球化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)成分的分析[1]。在石油鉆井開采工作中，所牽扯到的巖石地球化學(xué)屬于現(xiàn)代巖石學(xué)與地球化學(xué)相互結(jié)合的結(jié)果，以此作為依據(jù)綜合了巖石元素的相關(guān)信息，對在鉆井開采中產(chǎn)生的地下巖屑元素信息和地層的成分進行研究和了解，同時還以將施工區(qū)塊的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和母巖特征等有關(guān)的信息為主要內(nèi)容，從而有效了解施工地區(qū)的巖石起源問題和巖石形成的環(huán)境問題。

1.2 流程

在實際工作過程中，由于鉆井工作開展過程中所攜帶的巖石碎屑較多，無法做到對巖石碎屑進行全面的測試，只能對各層巖屑進行取樣測試和研究。X射線元素分析所用的試樣主要包括鉆井巖屑及少量的鉆井巖心。這就要求元素錄井技術(shù)擁有更多的技術(shù)分析能力，而且所取樣的巖屑或者巖心要具備一定的代表性，從而提高測試分析的數(shù)據(jù)的有效性和準確性。

應(yīng)用X射線熒光元素錄井技術(shù)對巖屑和巖心進行測量和研究，其具體的工作過程主要包括以下內(nèi)容：

（1）樣本收集：鉆井工作開展過程中對所生成的巖屑和巖石開展樣品采集工作，采用了一種科學(xué)和合理的方式來選擇樣本，從鉆頭鉆孔高度所對應(yīng)的各種地層中進行取樣；

（2）樣品干燥：在鉆井施工過程中，由于井筒當中存在較多的泥漿，導(dǎo)致從地層中取出的巖石屑和巖心并沒有完全干燥，濕潤的樣品無法有效應(yīng)用于測定和研究工作，因此必須開展干燥工作。石油鉆井工作主要在野外開展，通常采用的是烘干和晾曬兩種方式；

（3）樣品選擇：這一工作是對干燥的巖心和巖屑進行重新挑選，應(yīng)用錄井間距進行樣本化選擇，然后針對樣品做好相關(guān)處理工作；

（4）粉碎樣品：巖屑與巖心經(jīng)過篩選以后，由于它們的外形與質(zhì)量都不夠均勻，無法進行直接的測定與分析，所以需要應(yīng)用相關(guān)機器對其進行粉碎處理，并用磨碎機將它們打至粉狀，以便送入分析器；

（5）粉狀壓片：當樣品符合測定和分析的要求時，可以將樣品放入分析器中，供試樣測定。但是根據(jù)實際需要，將樣品需求置于基板上；

（6）樣品分析：把配制好的樣品放入X射線熒光元素分析儀器當中，在X射線儀器中進行測定和分析，并將其放在一個真空的環(huán)境當中，避免由于外部環(huán)境如大氣等因素的干擾而導(dǎo)致測定得不精確。

（7）資料處理：應(yīng)用X射線熒光元素測量技術(shù)對獲取的資料進行分析，通常都是以表格和圖片的形式進行呈現(xiàn)，以便日后對資料進行有效分析[2]。

2 元素錄井技術(shù)原理和特點

2.1 技術(shù)原理

元素錄井技術(shù)主要通過X射線對巖屑、巖芯等樣品進行照射，產(chǎn)生X熒光。不同元素所產(chǎn)生的X熒光能量不同，針對巖芯中的各種礦物所發(fā)出的能量也存在較大差異，采用光譜分析儀測量X射線成像的能值，從而判斷出其中各種礦物的類型及濃度，并將其與各種礦物的組合（如：泥質(zhì)、砂質(zhì)、灰質(zhì)、白云質(zhì)、石膏質(zhì)、鹽質(zhì)等）進行數(shù)據(jù)處理，計算出巖層中各類礦物的濃度，并做出相應(yīng)巖性解釋的一項重要技術(shù)。這一技術(shù)將X射線分析原理和巖石地球化理論作為主要基礎(chǔ)，以此來針對巖井中的巖心和巖屑進行有效分析，可以檢測出超過82種元素。

2.2 應(yīng)用特點

在現(xiàn)場錄井中，元素錄井技術(shù)由于不受鉆井模式和巖屑形態(tài)等因素的干擾，而且具有精度高、時間短和取樣少等諸多特點，能夠充分反映出巖屑的巖性變化特性，可有效地處理巖屑和特殊巖性的鑒別、層位判定和地質(zhì)卡層等問題。通過元素錄井技術(shù)對巖屑成分進行快速定量分析，并與巖屑的地質(zhì)和礦物學(xué)等基本原理相融合，對巖屑進行定名，使巖屑的性質(zhì)可以由定性分析變?yōu)槎縖3]。當前油田主要采用的方法包括：

（1）識別巖屑與特殊巖性，有效區(qū)分灰?guī)r與白云巖以及它們的過渡性，同時對高度風(fēng)化混積巖進行識別。

（2）對塔中地區(qū)的地層進行劃分、界面卡取，并對縫和洞發(fā)育帶進行有效預(yù)測；

（3）部分區(qū)域古潛山風(fēng)化殼巖體的卡?。?/p>

（4）對諸多區(qū)域塊巖底部進行測試。另外根據(jù)微量元素的含量和相應(yīng)的微量元素的改變特點，還可以較好的反應(yīng)巖石的巖性、物理性質(zhì)和含油氣性，其適用范圍較為廣泛。微量元素錄井對沉積進行相應(yīng)研究，油氣富集相帶的分布，油氣顯示的發(fā)現(xiàn)與評價以及指導(dǎo)現(xiàn)場錄井等工作，都有著重要的指導(dǎo)作用，值得深入研究。

3 元素錄井技術(shù)在石油地質(zhì)的應(yīng)用分析

X射線熒光元素錄井技術(shù)在石油開采建設(shè)中的實際運用，其原理是對所收集的樣品中的各種物質(zhì)，例如：鎂元素、鈉元素等，進行元素分析和質(zhì)量分析，并會生成諸多衍生指標。測試和分析工作開展過程中需要具有充足的科學(xué)依據(jù)，因此，對樣本應(yīng)用X射線熒光技術(shù)地進行分析，可以直接體現(xiàn)出鉆采區(qū)域不同深度的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、碳酸巖指數(shù)、火成巖指數(shù)、砂礫石等巖石特性，也能夠明確現(xiàn)實的沉積環(huán)境變化情況和風(fēng)化指數(shù)等。應(yīng)用X射熒光元素進行分析，可以將上述的資料直接呈現(xiàn)出來，并開展相應(yīng)研究，獲得有關(guān)巖體物性狀況的孔隙度評價及巖體脆性指標等資料。這些資料不但為油田鉆井和開采工作提供了技術(shù)支撐，而且為該地區(qū)的地下地質(zhì)狀況分析和預(yù)測[4]。

4 X 射線熒光錄井技術(shù)的巖性解釋

在對巖石進行有序化分析時，通常會采取各種不同的方法。主要包括曲線法、圖表法、索引法和資料庫比較法等。在使用曲線方法對巖性進行解釋時，相關(guān)人員需要通過單組分曲線和各組的組合曲線，對曲線的形態(tài)以及在某一時間段內(nèi)的真實變化趨勢進行細致的觀察，最后得出巖性解釋結(jié)果。在日常工作當中，經(jīng)常使用的觀察法包括底坡、曲線交會等，指數(shù)法的目的是將砂泥巖的元素組合以及碳酸鹽巖、火成巖的特點進行分析，從而對巖性進行判定，使巖性判定的準確度得到極大的提升。應(yīng)用圖板方法劃分巖性時，應(yīng)根據(jù)巖性的不同組合、不同元素含量等因素，對巖性進行科學(xué)劃分，并對其成分進行命名。在判斷過程中采取了較為常用的X射線數(shù)據(jù)庫對比法，也就是與已有的碎屑量及含巖量資料進行對比研究，具有更高關(guān)聯(lián)度的巖性屬于獨特巖性[5]。

4.1 砂泥巖的判斷

在砂巖中，石英屬于重要組成部分，其硅元素的含量一般能反應(yīng)砂巖含量。其中，高嶺石Al4[Si4O10]·（OH）8和蒙脫石Ex （H2O）4{（Al2-x，Mgx）2[（Si，Al）4O10]（OH）2｝是構(gòu)成泥頁巖的重要礦物，其中Al是除了Si之外最重要的元素，所以Al的含量往往能反映泥頁巖的含量。通過對部分現(xiàn)場元素測井資料的分析，在砂泥剖面當中，硅元素的含量能夠代表砂質(zhì)含量，泥質(zhì)的成分以鋁、鐵為主多。根據(jù)元素測井資料對砂泥剖面測井伽馬曲線和對砂泥剖面進行有效分析，能夠提高解釋的準確性。

4.2 硅質(zhì)巖層特征

在某井取心頂端4078.08～4078.27m的位置，對其進行的定性屬于關(guān)注熱點。通過應(yīng)用相關(guān)設(shè)備進行有效檢測，發(fā)現(xiàn)該巖性為異常高Si，Si元素含量高達38.6%，換算成SiO2含量高達82.7%。由于火成巖的酸性巖中硅質(zhì)和鐵的含量都相對較低，而且逐漸進入碳酸鹽層，所以能夠排除火成巖。對所形成的地質(zhì)條件進行了分析，結(jié)果表明該巖體屬于生物性或化學(xué)性的硅質(zhì)巖。

4.3 灰質(zhì)、白云質(zhì)的判斷

在井中灰質(zhì)和白云質(zhì)含量高的地方，錄井中的鈣和鎂元素的測定結(jié)果均比較敏感，且與錄井組中的碳酸鹽巖含量和測井特點相符合，通過儀器可以對地層中的灰質(zhì)和云質(zhì)進行準確的識別。

4.4 鋁土巖的識別

鋁土巖是含鋁硅酸鹽礦物在經(jīng)歷了強烈的化學(xué)風(fēng)化和半風(fēng)化之后經(jīng)過陸分解作用和沉積作用所形成的，通常含有鈣、鎂、硅等雜質(zhì)。根據(jù)其成因可將其劃分為兩類：一類是原地殘積，另一類是搬運沉積[6]。原地殘積的鋁土巖通常不具備較高的純度，而且含有較多的雜質(zhì)，其顏色主要是棕色和棕色，難以與普通的泥巖進行區(qū)別。因此，可以利用元素錄井，以其鐵鋁含量的高低為依據(jù)，將其定名為鋁土巖或鐵鋁質(zhì)泥巖，從而可以進行精確的區(qū)分；沉積物中含鋁豐富、純鋁含量高，多分布在喀斯特洼地、湖泊、海灣、口湖等盆地，其色澤以淡灰白為主，可精確鑒別。測井資料顯示，該礦床具有高鐵、高鋁等特點，且在潛山之前發(fā)現(xiàn)鋁土巖，表明該礦床與潛山關(guān)系十分密切，因此，需對該礦床的巖性變化進行研究。例如，南堡1-89井，在4803～4838m的井段，在4842m的井段，鉆進了4842m的奧陶系灰?guī)r潛山，根據(jù)其化學(xué)成分，可劃分出這一層為鐵鋁質(zhì)泥巖，有很高的坍塌－堆積作用；4903～4，910m為潛山中另一片鋁土巖，其碎石呈淡淡的灰白色，且具有較高的純度，從周邊碳酸鹽巖中提取的含有鋁的硅酸鹽礦物，在經(jīng)過一段時間的運移后，經(jīng)過溶解和沉積作用而形成.

3.5 花崗巖的識別

石英、鉀長石、鈉長石和角閃石是花崗巖的重要礦物成分。受過風(fēng)化作用和構(gòu)造作用而形成的裂縫和孔洞，同樣具有較高的油氣儲量?；◢弾r體結(jié)構(gòu)緊密、硬度高、耐風(fēng)化性好，且礦物成分不易損失，因而，根據(jù)礦物成分中易于損失的鉀和硅的相對含量，能夠?qū)崿F(xiàn)對花崗石與沉積性地識別。井組4909m以上的砂礫巖石中鉀元素的溶出和損失導(dǎo)致鉀和硅元素的濃度差異很大，導(dǎo)致元素變化的幅度很大；在4909m之下是一塊巖石，其中K元素基本沒有丟失，在元素曲線上，K和Si基本一致，Na元素的含量明顯升高是由于花崗巖中的鈉長石造成的，鉆孔取芯證實，這一段的巖石主要是灰白色的，很少見到淡褐紅色。由元素測井結(jié)果可知，2882H2960II1井段K、Si元素的濃度差異很大，Na元素濃度在28898 ITI時有顯著上升；根據(jù)2960 in以下的 K和 Si值基本一致，可以推斷2960 m以下的地層為花崗巖，而28821/1～2960 in的地層則可能為含花崗石的砂礫巖石，但根據(jù)2882m-2960 in地層中所含的泥巖，可以將其歸結(jié)為含花崗的泥巖地層，因為其中的泥巖既可能是花崗石的“俘虜體”，也可能是巖縫中的“淤泥”，但是，由于其厚度達4 In-8 nl的“俘虜體”和裂隙。2960米之下的一種由記錄到的泥質(zhì)巖石，具有很高的伽馬射線反射系數(shù)，其電阻度可達到3 O. m～40 Q. m；通過對其進行的元素分析，發(fā)現(xiàn)在其較高 GR值的位置，K的濃度有較大幅度的提高，因此，在其較高 GR值的位置，應(yīng)該是 K的高輻射率所造成的。在這個具有30 Q. m和40 Q.m的泥巖之上，單純以 GR的數(shù)值來對這個泥巖進行解釋是非常牽強的，從這些元素的資料來看，用來對巖石進行解釋是非常有道理的[7]。

4 結(jié)束語

總體而言，對不同類型的特征要素的組合特點和在垂直和水平上的差異進行了分析，這對于理解巖相的古地理條件和對特定的地質(zhì)現(xiàn)象進行了識別和研究，都有著重要的意義。元素錄井技術(shù)資料的充實，為油氣勘探工作開辟了新的視角，對油氣勘探工作具有重要意義。