XRD全巖礦物錄井技術(shù)在油田的應(yīng)用

錄井是用巖礦分析、地球物理、地球化學(xué)等方法，觀察、采集、收集、記錄、分析隨鉆過程中的固體、液體、氣體等井筒返出物信息，以此建立錄井地質(zhì)剖面、發(fā)現(xiàn)油氣顯示、評價(jià)油氣層，并為石油工程（投資方、鉆井工程、其它工程）提供鉆井信息服務(wù)的過程。

X射線全巖衍射礦物分析錄井技術(shù)在細(xì)碎巖性識別、頁巖油氣鉆探選層以及致密油儲集層評價(jià)方面起到了重要作用。該項(xiàng)技術(shù)能有較好地解決PDC鉆頭、細(xì)齒牙輪鉆頭、大斜度井、空氣鉆井等復(fù)雜鉆井條件下細(xì)碎巖屑的巖性識別難題，在建立地質(zhì)剖面、水平井地質(zhì)導(dǎo)向、分析頁巖油氣地層脆性礦物含量、確定非常規(guī)油氣井“甜點(diǎn)”位置等方面起到了重要作用。

（1）滲透層的識別

錄井隨鉆判斷地層滲透性的主要方法有巖性觀察、鉆時(shí)與dc指數(shù)分析、核磁共振直接測量等，為了節(jié)約投資成本，大部分井段并不進(jìn)行鉆井取心，隨著PDC鉆頭及細(xì)齒三牙輪鉆頭的廣泛使用，巖屑細(xì)碎呈粉末狀，難以通過直接觀察或采用核磁共振錄井測量巖屑樣品孔滲性。隨著鉆井技術(shù)的進(jìn)步，鉆井時(shí)效不斷提高，鉆時(shí)呈低值且變化幅度極低；同時(shí)水平井、大斜度井的鉆探導(dǎo)致轉(zhuǎn)盤驅(qū)動與井下動力鉆具的頻繁變化，鉆時(shí)的高低與地層可鉆性相關(guān)性差，因此通過鉆時(shí)分析判斷儲集層滲透性的難度不斷增大。

礦物的種類、含量影響這地層的孔滲性，蘊(yùn)含著包括沉積環(huán)境在內(nèi)的眾多地層信息。由于泥質(zhì)含量是決定地層孔滲性的主要因素，而泥質(zhì)含量的大小主要取決于黏土礦物含量。泥質(zhì)的主要成分是黏土礦物，因而應(yīng)用黏土礦物含量也能夠識別滲透層。目前通過XRD錄井可以取得黏土礦物含量，同時(shí)，還可以獲得石英、長石、鐵、鋁等不同礦物含量，這些礦物含量反應(yīng)不同的地質(zhì)條件，對儲集層孔滲性也有較大影響。之前研究學(xué)者通過巖心核磁共振孔隙度與XRD對比發(fā)現(xiàn)孔隙度隨黏土礦物含量的增加而減少，隨長石含量的增大而增大的儲集層物性與礦物含量的關(guān)系，據(jù)此建立了儲集層物性劃分圖版，說明XRD錄井技術(shù)分析可用于孔滲性分析，實(shí)現(xiàn)滲透層與非滲透層識別。

（2）特殊礦物與儲集層流體性質(zhì)的識別

依據(jù)XRD錄井技術(shù)提供的信息，可分性樣品礦物種類及其含量，展現(xiàn)巖石礦物的組合特征以及標(biāo)志性質(zhì)的礦物成分，進(jìn)而通過巖石的礦物組合特征可反映巖石礦物成熟度，通過標(biāo)志性的特殊礦物反映沉積環(huán)境，通過次生礦物反映裂縫發(fā)育情況。因此，利用XRD錄井資料可以輔助評價(jià)油氣顯示層。例如：黃鐵礦反映的是強(qiáng)還原環(huán)境、富含有機(jī)質(zhì)或硫酸鹽環(huán)境下細(xì)菌參與生物化學(xué)反應(yīng)過程，這種環(huán)境下油氣顯示反映的儲集層流體性質(zhì)不同于一般油氣水層的顯示特征。

以某地區(qū)BY凹陷某區(qū)塊及其周緣油田的結(jié)合部井為例：H3IV下部—H3V上部地層為砂巖地層，巖屑錄井發(fā)現(xiàn)良好的油氣顯示，錄井通常會將其解釋為油層，實(shí)際上部分井的測井對該地層也解釋過油層，但試油或開發(fā)投產(chǎn)結(jié)果均為水層（甚至部分井還試獲高產(chǎn)水層）。過去巖屑錄井在該地層常常能夠發(fā)現(xiàn)一定含量的黃鐵礦成分，說明該區(qū)塊為靜水區(qū)富含有機(jī)沉積，所生成的油氣未能有效排替巖石孔隙中富集的地層水；同時(shí)巖石熱解錄井S1值僅為4~6mg/g,顯示該地層油氣顯示含烴量較低，從另一側(cè)面證實(shí)該地層巖石孔隙中富集地層水。由于新鉆井技術(shù)的應(yīng)用，巖屑細(xì)碎，肉眼觀察已很難在巖屑中發(fā)現(xiàn)黃鐵礦，應(yīng)用XRD錄井技術(shù)進(jìn)行礦物分析，可以解決細(xì)碎巖屑中黃鐵礦發(fā)現(xiàn)的難題。該區(qū)塊進(jìn)行XRD錄井發(fā)現(xiàn)黃鐵礦時(shí)，再根據(jù)上述特征實(shí)現(xiàn)地層層位快速識別的同時(shí)，可以直接將油氣異常解釋為水層。

（3）壓前評估的數(shù)據(jù)支撐

壓前評估是錄井油氣顯示層解釋評價(jià)的延伸，依據(jù)XRD錄井獲得的脆性礦物含量可以確定射孔族位置的重要依據(jù)，同樣在常規(guī)油氣儲集層壓前評估也有相應(yīng)價(jià)值。

儲集層壓裂改造使許多不具有產(chǎn)能的低孔隙度低滲透率儲集層得以開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了增儲上產(chǎn)。壓前評估是通過綜合分析試油（氣）層物性、厚度、含油性、含水、地層壓力和鉆井、測井、錄井等資料來評估試油氣層壓裂改造后能否獲得工業(yè)油氣流。實(shí)際壓前評估中，更多側(cè)重于地層的含油性、物性及相關(guān)工藝參數(shù)，對巖石敏感性礦物（常見的酸敏、堿敏、鹽敏、水敏、速敏礦物）及其含量則重視不夠，從而導(dǎo)致壓裂效果達(dá)不到預(yù)期要求。

敏感性礦物與鹽、堿、酸、水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)能夠形成新的礦物堵塞地層孔隙、喉道，或在高流速下分散、運(yùn)移而堵塞通道、孔隙、喉道，進(jìn)而影響儲集層孔滲性。例如：NY凹陷N138井2684.8~2700.4m井段巖石熱解錄井S0為0.431mg/g，S1為9.952mg/g,S2為1.331mg/g,且氣測異常明顯。按該凹陷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，識別儲集層流體有效的標(biāo)志性參數(shù)為巖石熱解S1值達(dá)到8.000mg/g就可以解釋為油層，因此該層具有典型的油層顯示特征。但該層常規(guī)試產(chǎn)產(chǎn)油0.39t/d,壓裂后產(chǎn)油也僅為0.75t/d。分析該層壓裂改造效果較差的原因是儲集層存在大量片狀白云母，而白云母作為一種常見層狀硅酸鹽礦物，是水敏、速敏、堿敏性礦物，在鉆井及壓裂改造過程中容易將孔隙、喉道堵塞，引起滲透率下降，導(dǎo)致儲集層改造失敗。

為了確保儲集層壓裂改造效果，在壓裂前利用XRD錄井技術(shù)對目標(biāo)層進(jìn)行分析，獲取目標(biāo)層巖石礦物及其含量定量分析數(shù)據(jù)，判斷區(qū)敏感性，按照酸敏、堿敏、鹽敏、水敏、速敏礦物含量程度，有針對性地采取相應(yīng)的儲集層改造措施，可確保儲集層壓裂改造效果。對敏感性礦物含量高的目標(biāo)層，結(jié)合區(qū)塊實(shí)際效果，如N138井情況，評估后提出不進(jìn)行儲集層改造的建議，可提高勘探開發(fā)效益。

應(yīng)用案例

以《QSY023023-2018 X射線衍射礦物錄井技術(shù)規(guī)范》作為檢測規(guī)范和指導(dǎo)。使用浪聲SHINE便攜式X射線衍射儀對某地某油田區(qū)塊2426m-2622m的井段進(jìn)行XRD錄井，巖屑礦物成分的定性定量結(jié)果、巖性判斷、衍射圖譜疊加展示如下圖所示。