X射線衍射儀在江蘇油田的應(yīng)用

X射線衍射儀在江蘇油田的應(yīng)用
摘 要；介紹了x射線衍射儀在江蘇油田石油地質(zhì)、石油工程的應(yīng)用以及對(duì)石油勘探和開發(fā)的地 質(zhì)意義。 多年實(shí)踐表明，x射線衍射物相分析方法作為一種基礎(chǔ)測(cè)試手段，對(duì)以結(jié)晶質(zhì)為主體組成的樣品可以快 速、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)物相的鑒定，進(jìn)一步利用K值法、絕熱法實(shí)現(xiàn)物相的定量分析，從而在油田的多個(gè)領(lǐng)域 得到廣泛應(yīng)用。

1 確定蘇北盆地粘土礦物的種類和組合類型 由于地層中粘土礦物具有顆粒細(xì)、比表面巨大的特點(diǎn)，自從二十世紀(jì)2O年代人們首次把x射線衍射技 術(shù)用于粘土礦物就把該方法看作研究粘土礦物的有效手段之一。從油田鉆井取得的巖心樣品，經(jīng)沉降分離 得到不同粒級(jí)的粘土微粒，制片上衍射儀測(cè)試，根據(jù)蘇北盆地5000多塊粘土礦物樣品的衍射特征，
總結(jié)歸納 蘇北盆地粘土礦物的種類有：(1)高嶺石(K)二八面體1：1層型層狀構(gòu)造硅酸鹽；(2)蒙皂石(S)2：1層型層狀 構(gòu)造硅酸鹽，蒙皂石族粘土礦物主要有二八面體蒙脫石和三八面體皂石，蒙脫石又可分為鈉蒙脫石和鈣蒙脫 石，皂石主要分布于金湖凹陷閔橋地區(qū)玄武巖中；(3)伊利石(I)2：1層型層狀構(gòu)造硅酸鹽，在蘇北盆地分布極 廣泛；(4)綠泥石(C)2：1層型層狀構(gòu)造硅酸 鹽，三八面體綠泥石可分為富鎂綠泥石、鐵 鎂綠泥石和富鐵綠泥石三種，在金湖凹陷石 港地區(qū)S3井泰州組砂巖樣品中發(fā)現(xiàn)一種具 有二八面體綠泥石重要衍射特征的富鋁的 綠泥石，衍射譜圖見圖l。(5)伊利石／蒙皂 石混層(I／s)一般可分為I／S無序混層和I／S 有序混層；(6)綠泥石／蒙皂石混層(C／S)，蘇 北盆地少數(shù)層位見有分布；(7)柯綠泥石，蘇 北盆地鹽阜凹陷見有分布。 蘇北盆地砂泥巖粘土礦物組合類型是 N片的x射線衍射圖 反映粘土礦物組成特征的礦物組合，其主要類型有： (1)I／S無序混層十I十K+C (2)I／S有序混層+I+K+c (3)S十I+K+C (4)C／S+I／S+I+K+C 地層中粘土礦物組成特征是沉積和成巖過程中各種地質(zhì)作用結(jié)果的綜合反映，掌握這些特征就為研究 沉積一成巖史提供線索，并可預(yù)測(cè)未鉆區(qū)塊粘土礦物組合類型，為鉆井設(shè)計(jì)提供重要信息。

2 蘇北盆地ZW 油田粘土礦物分布特征與油層保護(hù) 位于蘇北盆地高郵凹陷中南部的ZW油田是江蘇省第一個(gè)石油生產(chǎn)基地，為了保證產(chǎn)量的穩(wěn)定，落實(shí)各項(xiàng) 油層保護(hù)措施是油田開發(fā)的迫切課題。由于粘土礦物具有特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，對(duì)油氣層的保護(hù)關(guān)系密切。轉(zhuǎn)速計(jì)| 水份計(jì)| 水份儀| 分析儀| 溶氧計(jì)| 電導(dǎo)度計(jì)| PH計(jì)| 酸堿計(jì)| 糖度計(jì)| 鹽度計(jì)| 酸堿度計(jì)| 電導(dǎo)計(jì)| ZW油田粘土礦物縱向分布具有下列特征： (1)由淺到深，從Es1、Ed2 一Ed2 的I／S無序混層轉(zhuǎn)化為Ed2 、Ed1的有序混層，其含量呈下降趨勢(shì)。 (2)高嶺石的含量在Ed： Ed2 急劇增加，而Edl 部分井段已消失。 (3)從Es， 至Ed， 伊利石呈逐漸增加箱勢(shì) (4)從淺到深，綠泥石含量呈緩慢增加趨勢(shì)。 ZW油田粘土礦物橫向分布具有下列特征： (1)Es 一Es1 的粘土組合類型是以I／S無序混層為主，次為K和I以及少量的c，每一砂層組中粘土礦 物含量和％s的差異與埋深有關(guān)，主要受成巖作用所控制。 (2)Ed， 一Ed 依然為I／S無序混層、K、I和c的組合類型，但高嶺石含量明顯增加，說明具備高嶺石大 量形成的地質(zhì)環(huán)境。 (3)Ed 一Edl 的粘土組合類型是I／S有序混層、I、C和K，I和C二者的含量顯著增加。 盡管ZW油田各砂層組膨脹性礦物蒙皂石層含量小于4％，但也會(huì)嚴(yán)重影響儲(chǔ)層物性，應(yīng)把Es。 一Ed： 儲(chǔ) 層中I／S看作潛在的不可忽視的儲(chǔ)層損害源，不利注水開發(fā)。Ed 的綠泥石含量為2O 3O％ ，對(duì)Ed。實(shí)施酸 化作業(yè)，要注意沉淀可能造成的影響。高嶺石集合體經(jīng)受長期注水驅(qū)替易被打碎而在于L隙內(nèi)遷移，Ed 、Ed： 高嶺石含量高，喉道狹，注水所造成的微粒遷移是必須考慮的因素�？傊�，深入研究ZW油田開發(fā)中的粘土 問題，可以得到許多有益的啟示，產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

3 鑒定蘇北盆地中古生界I／S有序混層的混層比 I／S有序混層是蘇北盆地中古生界常見的一種粘土組分，一般把這種礦物中蒙皂石晶層的百分含量定 義為I／S混層礦物的混層比(％s)，％s定量描述s—I轉(zhuǎn)化的過程和程度。在大量樣品分析過程中，出現(xiàn)I／S 有序混層特征峰強(qiáng)度低、峰形彌散不易辨認(rèn)等問題，使利用峰位確定％s的方法受到限制。為了提高衍射譜 圖的可識(shí)別性，采用保證定向薄膜厚度、增 大定向薄膜面積、懸浮液直接飽和以及相對(duì) 富集I／S的改良乙醇法(見圖2)，以此確保譜 圖的質(zhì)量，使譜圖的解釋有了可靠的基礎(chǔ)， 從而使％s資料的應(yīng)用成為可能。 在混層序列中，相當(dāng)晶層出現(xiàn)所必須間 隔的層數(shù)，稱作有序度(R)。根據(jù)江蘇中古 生界I／S有序混層礦物的衍射特征，它的主 要類型是I／S、(R=1)、I／S(R1／R3或R3／R1) 和I／S(R=3)，構(gòu)成一個(gè)從I／S(R=1)一I／S (R ／R3)一I／S(R3／R】)一I／S(R3)～I(xiàn)的連續(xù) 圖2—1 使用前衍射譜圖 衍射序列。％S資料是蘇北盆地中古生界成， 巖階段劃分的重要依據(jù)之一，I／S(R=1)、I／S (R=3)和I的出現(xiàn)分別預(yù)示著晚成巖階段的 晚成巖A、B、C期和相應(yīng)的古溫度范圍。I／S 1 (Rl／R3或R3／R1)是I／s(R=1)向I／s(R=3) 轉(zhuǎn)化過程中過渡的“不完善結(jié)構(gòu)”，它的正確l 鑒定豐富了成巖階段劃分，具有一定的參考 價(jià)值。把大量伊利石伴生I／S(R=3)和伊利 石區(qū)分清楚，有助于晚成巖C期的判別。％S 資料也可建立盆地?zé)嵫莼瘎?dòng)力學(xué)模式，它對(duì) 中古生界有機(jī)質(zhì)成熟度指標(biāo)的對(duì)比，對(duì)油氣 資源評(píng)價(jià)也具有重要意義。 4 未知礦物相的鑒定 圖2—2 使用后衍射譜圖 圖2 使用改良乙醇法前后衍射譜圖的對(duì)比 (江寧湯山 粉砂質(zhì)況巖s- ) 在石油勘探和開發(fā)的生產(chǎn)實(shí)踐中，必須了解地下石油地質(zhì)狀況才能作出正確判斷，對(duì)所取地下巖心樣品 未知礦物相組成準(zhǔn)確識(shí)別是 很有必要的，以GZI井 (1622-1678m)樣品的X射 線衍射物相定性分析為例， 此樣品的巖性已定名為鈣芒 硝巖，但在分離抽提粘土過 程中，發(fā)現(xiàn)用蒸鎦水反復(fù)多 次清洗后，在水中仍不見懸 浮，對(duì)該樣品進(jìn)行x射線衍 射物相定性分析，衍射譜圖 見圖3，從計(jì)算機(jī)檢索無法與 鈣芒硝匹配，再用哈氏索引檢 索，確認(rèn)該樣品最主要礦物相為 螢石(caF2)，從鈣芒硝到螢石， 糾正了錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，表明該層段 非沉積成因，可能是變質(zhì)成因的 產(chǎn)物，這一測(cè)試成果提供的信息 給GZ1井地質(zhì)狀況的再認(rèn)識(shí)提 供了全新的解釋。 再如對(duì)Zh4井褐色砂礫巖 樣品，抽提小于1nm的較細(xì)顆 粒作非定向片的x射線衍射物 相分析，得到的衍射譜圖見圖

4。有d值為0．4195、0．2453、 圖3 GZI井樣品x射線衍射譜圖 圖4 Zh4井褐色砂礫巖樣品x射線衍射譜圖 0．2705nm等衍射峰與JCPDS卡片中#10463吻合，確認(rèn)其是d—FeO(OH)(針鐵礦)。該井這一特殊礦物相的 發(fā)現(xiàn)，預(yù)示樣品所處深度曾經(jīng)可能發(fā)生的地質(zhì)事件，對(duì)油氣顯示狀況提供了有力證據(jù)，從而對(duì)深入研究該地 區(qū)油氣資源規(guī)律提供了有益的啟示。

5 研究油井結(jié)垢問題 在油田開發(fā)過程中，油井都會(huì)出現(xiàn)井下或地面管線結(jié)垢現(xiàn)象，應(yīng)用x射線衍射物相分析方法對(duì)結(jié)垢樣 品物相組成進(jìn)行測(cè)定，進(jìn)而采取有效的針對(duì)措施有助于解決結(jié)垢問題。W2—23井井下油泵以上數(shù)百米管線 出現(xiàn)嚴(yán)重堵塞，嚴(yán)重影響正常產(chǎn)油，對(duì)所取樣品x射線衍射測(cè)試結(jié)果表明主要組分是FeS，很顯然是原油中 H S引起的管道腐蝕造成的；而另一口W2—45井井下1200m油管堵塞，產(chǎn)量下降，測(cè)試結(jié)果表明垢樣是由兩 種不同晶態(tài)的CaCO 組成，同一區(qū)塊2口井產(chǎn)量下降的原因是不同的，這樣就可采取不同措施，避免盲目性， 節(jié)省大量生產(chǎn)成本，從而取得很好的經(jīng)濟(jì)效益。

6 防膨劑研究中蒙皂石d值的測(cè)定 使用適當(dāng)?shù)姆琅騽┦且种泼稍硎�及其混層礦物水化膨脹的非常有效的方法之一。在選擇防膨劑種類和 濃度的過程中，應(yīng)用x射線衍射分析技術(shù)對(duì)不同條件防膨劑作用下蒙皂石晶面間距(d)的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從 中篩選出效果最佳者是十分有效的，采用刮涂法干、濕二種方式制樣測(cè)試，使蒙皂石的d值縮小得愈小，說明 防膨劑的效果愈好。

7 巖鹽類礦物含量的測(cè)定 鉆遇石鹽、無水芒硝、鈣芒硝等一類重要的巖鹽類礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用對(duì)地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展是十分重要 的。目前，普遍采用化學(xué)分析法得出巖鹽類化合物離子含量再配比計(jì)算礦物相含量。然而，巖鹽礦往往是復(fù) 雜的多相體系，鈣芒硝[Na2Ca(SO4)2]屬于復(fù)鹽，絕不是無水芒硝和硬石膏的機(jī)械混合物，白云石[CaMg (CO ) ]也有類似的問題，因而從離子含量換算礦物相含量計(jì)算非常繁瑣。用x射線衍射定量相分析方法鑒 定巖鹽類礦物就可以直接得到礦物相的含量，采用K值法或絕熱法，借助石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY／T6210— 1996的K值，直接計(jì)算得出各礦物相含量，從而避免配礦換算等步驟，這種巖鹽礦的x射線衍射定量相分析 方法的推出，對(duì)綜合開采巖鹽礦，對(duì)儲(chǔ)量估算、采礦、工業(yè)加工都具有重要意義。

8 油田設(shè)備腐蝕產(chǎn)物物相的鑒定 鋼鐵的腐蝕給油田各類設(shè)備帶來驚人的損失和危害，例如江蘇油田劉陸地區(qū)管道腐蝕速率高達(dá)3毫米／ 年。用x射線衍射物相分析的方法鑒定腐蝕產(chǎn)物的物相，可以探討腐蝕成因，從長輸管線的內(nèi)外壁、井下、 采油設(shè)備等采集的樣品分析來看，主要的腐蝕介質(zhì)一類是地層水中的碳酸根離子，與鐵反應(yīng)生在FeCO3；另 一類是H2s的腐蝕，生成FeS或Fes2；還有一類氧化腐蝕，腐蝕產(chǎn)物是FeFe204或FeO(OH)等，有的地區(qū)則受 多重介質(zhì)的影響，生成多相復(fù)雜腐蝕產(chǎn)物。對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行認(rèn)真的識(shí)別是研究腐蝕現(xiàn)象的有效途徑，搞清腐 蝕現(xiàn)象發(fā)生的原因，探討腐蝕機(jī)理，才能有針對(duì)性采取相應(yīng)措施，從而真正做到全面控制腐蝕。