巖心分析技術第一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第一節巖心分析概述

一、巖心分析的目的及意義1.目的：（1）全面認識油氣層巖石的物理性質及巖石中敏感性礦物的類型、產狀、含量及分布特點；（2）確定油氣層潛在損害類型、程度及原因；（3）為各項作業中保護油氣層工程方案設計提供依據和建議。第二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第一節巖心分析概述

2.意義：（1）油氣層地質研究是保護油氣層技術的基礎工作，其中礦物性質及滲流多孔介質的特性主要通過巖心分析獲得，因此，巖心分析在油氣層地質研究中具有核心作用。（2）巖心分析能夠確定某一塊實驗巖樣在整個油氣層中的代表性，可以通過為數不多的實驗結果，建立油氣層敏感性的整體輪廓，指導保護油氣層工作液的研制和優選。第三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第一節巖心分析概述

二、巖心分析的內容和方法

巖心分析是指利用各種儀器設備來觀測和分析巖心的一切特性的系列技術，是獲取地下巖心信息的十分重要的手段。表3-1列出了保護油氣層研究中巖心分析的內容及相應的技術方法。第四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第一節巖心分析概述

第五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用一、X-射線衍射(XRD)

1.X-射線衍射的基本概念

X-射線衍射分析是對多種不同類型的晶體或準晶體（通常為細粉晶狀）進行定性鑒定或定量測定各物相（尤其是敏感性礦物）組成及其含量，是保護油氣層技術中主要巖心分析技術之一。

第六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用原理

每一種結晶物質都有自己獨特的衍射特征，可分別用d值（反射面網的面網間距）和I/I0值（反射的相對強度）表示。其中d值與晶胞的形狀和大小有關，相對強度I/I0值則與晶體質點的種類及其在晶胞中的位置有關，從而在衍射圖譜上表現出不同的衍射角和不同的衍射峰高（強度）。因而可以根據這兩個參數來鑒別各類結晶物質包括巖石中各種礦物組成。第七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用2.X射線衍射在保護油氣層技術中的應用

（1）地層微粒分析

地層微粒是指粒徑小于37m即能通過400目篩的細粒物質，它是導致砂巖油氣層損害的主要內在物質。第八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用參比物：全晶質樣品用內含的石英；含有較多非晶質的樣品，則利用外加的剛玉。

地層微粒分析為礦物微粒穩定劑的篩選、解堵措施的優化提供依據。除粘土礦物外，常見的其它地層微粒有長石、石英、菱鐵礦、方解石、石膏等。第九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用（2）全巖分析

對粒徑大于5m的非粘土礦物進行XRD分析，可以知道諸如云母、碳酸鹽礦物、黃鐵礦、長石的相對含量，對酸敏性（HF、HCl）研究和酸化設計進行指導。長石（正長石K[AlSi3O4]）、斜長石(Ca、Na)[(Al、Si)AlSi2O8]）含量高的砂巖，當酸液濃度和處理規模過大時，會削弱巖石結構的完整性，并且存在著酸化后的二次沉淀問題，可能導致土酸酸化失敗。

第十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用（3）粘土礦物類型鑒定和含量計算

利用粘土礦物特征峰的d值鑒定粘土礦物類型。根據出現的礦物對應衍射峰的強度（峰面積或峰高度），求出粘土礦物相對含量。SY5163-87“用X射線衍射儀測定沉積巖粘土礦物的定量分析方法”。第十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用（4）間層礦物的鑒定和層間比的計算間層礦物是指由兩種或兩種以上不同結構層，沿c軸方向相間成層疊積組合而成的晶體結構。油氣層中常見的間層礦物大多數是由膨脹層與非膨脹層粘土礦物相間構成，其中的膨脹層常常因鹽度的波動而收縮和膨脹不定，它所造成的損害比單一礦物造成的損害還大，并且以水化膨脹和分散運移兩種方式損害油氣層。間層比是指膨脹性粘土礦物在間層礦物中所占比例，以蒙皂石的百分含量表示。對間層礦物的鑒定有助于揭示油氣層中粘土礦物水化、膨脹、分散的特性。第十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用二、掃描電鏡技術(SEM-ScanningElectronMicroscope)

1.掃描電鏡技術的基本概念

掃描電鏡分析能提供孔隙內充填物的礦物類型、產狀的直觀資料，同時也是研究孔隙結構的重要手段。掃描電鏡通常由電子系統、掃描系統、信息檢測系統、真空系統和電源系統五大部分構成。它是利用類似電視攝影顯像的方式，用細聚焦電子束在樣品表面上逐點進行掃描，激發產生能夠反映樣品表面特征的信息來調制成像。具有制樣簡單、分析快速的特點。

第十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六B1-3（3000倍）B28#Ed33553-3556m泥巖掃描電鏡照片M2-1（600倍）M2-2（1200倍）M108X1#Ed33303m泥巖掃描電鏡第十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用2.掃描電鏡在保護油氣層技術中的應用

（1）地層微粒的觀察

掃描電鏡分析能給出孔隙系統中微粒的類型、大小、含量和共生關系的資料，越靠近孔、喉中央的微粒，在外來流體和地層流體作用下越容易失穩。測定出微粒的大小分布及在孔喉中的位置，能有效地估計臨界流速和速敏程度，便于有針對性地采取措施防止或解除因分散、運移造成的損害。第十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用（2）

粘土礦物的觀測

粘土礦物有其特殊的形態，如表3-3所示。借此可確定粘土礦物的類型、產狀和含量。對于間層礦物，通過形態可以大致估計間層比范圍。而過渡形態的粘土礦物是一種粘土礦物向另一種粘土礦物轉變的過渡階段的產物，在掃描電鏡下直接觀察到礦物顆粒在形態上具有雙重特征。第十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用第十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六（4）含鐵礦物的檢測

當掃描電鏡配有（X射線能譜儀）時，能對礦物提供半定量的元素分析，常用于檢測鐵元素，因為少量的鐵很容易造成油氣層損害。（5）油氣層損害的檢測

利用背散射電子圖像，巖心可以不必進行鍍金和鍍碳就能測定，在做敏感性（或污染）實驗前后都可以分析，為檢測油氣層損害類型和程度創造了條件。第二節巖心分析技術及應用第十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六三、薄片技術1.薄片技術的基本概念

薄片技術指在光學顯微鏡下對巖石按需要方向切制、拋磨成的薄片進行巖礦分析的方法，主要包括偏光薄片分析和鑄體薄片分析。該項技術是保護油氣層巖相學分析三大常規技術之一，也是最基礎的一項分析。利用此技術可以確定骨架顆粒、基質、膠結物及其它敏感性礦物的組分和分布，并能描述孔隙及成因。第二節巖心分析技術及應用第十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六2.薄片分析技術在保護油氣層中的應用

（1）巖石的結構與構造通過觀測顆粒間接觸關系、膠結類型及膠結物的結構可以估計巖石的強度，預測出砂趨勢。（2）骨架顆粒的成分及成巖作用沉積作用、壓實作用、膠結作用和溶解作用強烈地影響著油氣層的儲集性及敏感性。了解成巖變化及自生礦物的晶出順序對鉆井、完井液設計、增產措施選擇、測井解釋十分有利。第二節巖心分析技術及應用第二十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六（3）孔隙特征薄片分析獲得孔隙成因、大小、形態分布資料，用于研究地層微粒及敏感性礦物在孔隙和喉道中的位置及孔喉尺寸的匹配關系，從而可以判斷油氣層損害原因，并綜合分析潛在的油氣層損害，提出相應的防治措施。（4）不同產狀粘土礦物含量的估計可以觀測同一種類型不同產狀粘土礦物的含量。第二節巖心分析技術及應用第二十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六（5）熒光薄片應用熒光薄片提供油存在的有效儲集和滲流空間的性質，如孔隙形狀、大小、連通性及裂縫隙發育程度，為更好地了解油氣層損害創造了條件。第二節巖心分析技術及應用第二十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六四、壓汞法測巖石毛管壓力曲線

由毛管壓力曲線可以獲得描述孔喉分布及大小的系列特征參數，確定各孔喉區間對滲透率的貢獻。壓汞法測巖石毛管壓力曲線優點：儀器裝置固定、測定快速準確，并且壓力可以較高，便于更微小的孔隙測量，因而它是目前國內外測定巖石毛細管壓力的主要手段。第二節巖心分析技術及應用第二十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六1.測定原理

汞對大多數固體表面為非潤濕相，對汞施加壓力后，當汞的壓力和孔喉的毛細管壓力相等時，汞就能克服阻力進入相應的孔隙中，根據進汞量（即孔隙介質的飽和度）和相應的壓力，就能得出毛管壓力曲線（如圖所示）。第二節巖心分析技術及應用第二十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第二節巖心分析技術及應用第二十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六把洗凈烘干的巖樣放入巖心杯中抽空，在真空條件下繼續抽1h。從真空開始，每一壓力點下維持一定時間，使外壓與毛管壓力達到平衡。計算在此壓力(Pc)下進入巖樣的汞體積(VHg)，即可求得汞進入巖樣的飽和度(SHg)。一般儀器的最高工作壓力為8MPa，每個巖樣可以做20~30個測試點。最后按照下面的格式來填寫實驗數據。毛管壓力Pc(MPa)和孔喉半徑r(m)的關系為Pc=0.735/r。

Pc/MPaP1P2P3

Pi

VHg/mLV1V2V3Vi

SHg/%S1S2S3

Si

第二節巖心分析技術及應用第二十六頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六3.壓汞法的優缺點（1）優點：①在所有方法中壓汞法求毛管壓力曲線所需時間最短；②研究壓力范圍最大；③適用于規則和不規則巖樣，可用此法做退汞實驗，求出吸入毛管壓力曲線。（2）缺點：①不能給出礦物學方面的信息；②缺少成巖作用信息；③汞毒性大。第二節巖心分析技術及應用第二十七頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六4.毛管壓力曲線在保護油氣層技術中的應用（1）儲集巖的分類評價儲集巖分類是評價油氣層損害的前提，因為同一損害因素在不同類型儲集巖中的表現存在差異。毛管壓力曲線給出的描述巖樣孔隙結構的三個定量特征參數是排驅壓力PD、飽和度中值毛管壓力Pc50和最小非飽和的孔隙體積百分數Smin。

第二節巖心分析技術及應用第二十八頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六PD是指孔隙系統中最大連通孔隙所對應的毛管壓力又稱閾壓。PD既反映了巖石孔隙喉道的集中程度，又反映了這種集中的孔隙喉道的大小，所以，它是劃分儲集巖性好壞的主要指標之一。對于砂巖儲層，顆粒越均勻，膠結物充填越少，顆粒越粗，排驅壓力就越低，巖石儲集性就越好。

第二節巖心分析技術及應用第二十九頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六

飽和度中值Pc50指非潤濕相為50%時相應的注入曲線的毛細管壓力，它反映當孔隙中同時存在油水兩相時油的產能大小。Pc50越小，則表示巖石對油的滲透能力越好，生產能力就越高。束縛水飽和度Smin（或Swi）表示當注入汞的壓力達到儀器的最高壓力時，沒有被汞侵入的孔隙體積百分數。Smin越大，表示小孔喉所占的體積越多，顯然對油的滲流不利。第二節巖心分析技術及應用第三十頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六根據毛管壓力曲線特征參數，結合巖石孔隙度、滲透率、孔隙類型、巖性等可以對儲集巖進行綜合分類。通常，孔隙結構較差（孔喉尺寸較小、孔喉分布不均勻）的巖石受到的損害程度往往比孔隙結構好的巖石嚴重。

（2）油氣層損害機理分析油氣層微粒的粒度分布、微粒在孔隙中的空間分布及孔喉大小的匹配關系是分析油氣層損害的關鍵。運移微粒通過再沉積和在喉道處發生橋堵而導致油氣層滲透率下降。因此，如果巖石中有大量的細喉存在，則會加劇損害的程度，另外，孔徑越小，產生微粒運移的臨界流速越低，造成橋堵的可能性就越大。第二節巖心分析技術及應用第三十一頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六（3）鉆井完井液設計暫堵鉆井完井液技術中架橋粒子的選擇，就是依據由壓汞曲線獲得的孔喉分布。通過對一個油組或油氣層不同物性級別巖樣的毛管壓力曲線測定，繪制平均毛管壓力曲線，架橋粒子即按平均毛管壓力曲線，考慮到出現的最大孔喉半徑，依2/3架橋原理設計。

第二節巖心分析技術及應用第三十二頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六（4）入井流體懸浮固相控制

壓井液、洗井液、射孔液、修井液、注入水和壓裂液等都涉及固相顆粒的含量和粒徑大小控制問題，而控制標準則視油氣層質量、孔喉參數而定。研究表明，當顆粒直徑大于平均孔喉直徑的1/3時，形成外泥餅，1/3~1/10時會侵入孔喉形成內泥餅，小于1/10時顆粒能侵入地層深部在孔隙中自由移動。第二節巖心分析技術及應用第三十三頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六（5）評價和篩選工作液

由于孔隙結構是影響巖石滲透率的主要因素，因此，測定巖石被工作液浸泡前后的孔隙結構特征參數，可以推斷工作液損害巖石的程度，從而篩選出最優入井液體系。

第二節巖心分析技術及應用第三十四頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第三節巖心分析技術應用展望象掃描電鏡等一些先進的分析技術，目前的應用與其所能揭示的大量信息相比，技術潛力還有待充分開發。同時，一些新技術正在不斷涌現，及時地引入到石油工程領域，解決工程問題已成為地質家及石油工程師的共同使命。新技術的應用主要表現在以下幾方面。

第三十五頁，共四十頁，編輯于2023年，星期六第三節巖心分析技術應用展望1.傅里葉變換紅外光譜分析

采用傅里葉變換紅外光譜儀，測定礦物的基團、官能團來識別和量化常見礦物，分析迅速，精度與XRD相似。能定量分析的礦物有石英、斜長石、