X射線衍射儀在江蘇油田的應用

X射線衍射儀在江蘇油田的應用
摘 要；介紹了x射線衍射儀在江蘇油田石油地質、石油工程的應用以及對石油勘探和開發(fā)的地 質意義。 多年實踐表明，x射線衍射物相分析方法作為一種基礎測試手段，對以結晶質為主體組成的樣品可以快 速、準確、可靠地實現物相的鑒定，進一步利用K值法、絕熱法實現物相的定量分析，從而在油田的多個領域 得到廣泛應用。

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、比表面巨大的特點，自從二十世紀2O年代人們首次把x射線衍射技 術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，經沉降分離 得到不同粒級的粘土微粒，制片上衍射儀測試，根據蘇北盆地5000多塊粘土礦物樣品的衍射特征，
總結歸納 蘇北盆地粘土礦物的種類有：(1)高嶺石(K)二八面體1：1層型層狀構造硅酸鹽；(2)蒙皂石(S)2：1層型層狀 構造硅酸鹽，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作用結果的綜合反映，掌握這些特征就為研究 沉積一成巖史提供線索，并可預測未鉆區(qū)塊粘土礦物組合類型，為鉆井設計提供重要信息。

2 蘇北盆地ZW 油田粘土礦物分布特征與油層保護 位于蘇北盆地高郵凹陷中南部的ZW油田是江蘇省第一個石油生產基地，為了保證產量的穩(wěn)定，落實各項 油層保護措施是油田開發(fā)的迫切課題。由于粘土礦物具有特殊的物理化學性質，對油氣層的保護關系密切。轉速計| 水份計| 水份儀| 分析儀| 溶氧計| 電導度計| PH計| 酸堿計| 糖度計| 鹽度計| 酸堿度計| 電導計| 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無序混層轉化為Ed2 、Ed1的有序混層，其含量呈下降趨勢。 (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 (4)從淺到深，綠泥石含量呈緩慢增加趨勢。 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，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％，但也會嚴重影響儲層物性，應把Es。 一Ed： 儲 層中I／S看作潛在的不可忽視的儲層損害源，不利注水開發(fā)。Ed 的綠泥石含量為2O 3O％ ，對Ed。實施酸 化作業(yè)，要注意沉淀可能造成的影響。高嶺石集合體經受長期注水驅替易被打碎而在于L隙內遷移，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，產生明顯的經濟效益。

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轉化的過程和程度。在大量樣品分析過程中，出現I／S 有序混層特征峰強度低、峰形彌散不易辨認等問題，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 富集I／S的改良乙醇法(見圖2)，以此確保譜 圖的質量，使譜圖的解釋有了可靠的基礎， 從而使％s資料的應用成為可能。 在混層序列中，相當晶層出現所必須間 隔的層數，稱作有序度(R)。根據江蘇中古 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)，構成一個從I／S(R=1)一I／S (R ／R3)一I／S(R3／R】)一I／S(R3)～I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之一，I／S(R=1)、I／S (R=3)和I的出現分別預示著晚成巖階段的 晚成巖A、B、C期和相應的古溫度范圍。I／S 1 (Rl／R3或R3／R1)是I／s(R=1)向I／s(R=3) 轉化過程中過渡的“不完善結構”，它的正確l 鑒定豐富了成巖階段劃分，具有一定的參考 價值。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 資料也可建立盆地熱演化動力學模式，它對 中古生界有機質成熟度指標的對比，對油氣 資源評價也具有重要意義。 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比 (江寧湯山 粉砂質況巖s- ) 在石油勘探和開發(fā)的生產實踐中，必須了解地下石油地質狀況才能作出正確判斷，對所取地下巖心樣品 未知礦物相組成準確識別是 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)現用蒸鎦水反復多 次清洗后，在水中仍不見懸 浮，對該樣品進行x射線衍 射物相定性分析，衍射譜圖 見圖3，從計算機檢索無法與 鈣芒硝匹配，再用哈氏索引檢 索，確認該樣品最主要礦物相為 螢石(caF2)，從鈣芒硝到螢石， 糾正了錯誤的認識，表明該層段 非沉積成因，可能是變質成因的 產物，這一測試成果提供的信息 給GZ1井地質狀況的再認識提 供了全新的解釋。 再如對Zh4井褐色砂礫巖 樣品，抽提小于1nm的較細顆 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，確認其是d—FeO(OH)(針鐵礦)。該井這一特殊礦物相的 發(fā)現，預示樣品所處深度曾經可能發(fā)生的地質事件，對油氣顯示狀況提供了有力證據，從而對深入研究該地 區(qū)油氣資源規(guī)律提供了有益的啟示。

5 研究油井結垢問題 在油田開發(fā)過程中，油井都會出現井下或地面管線結垢現象，應用x射線衍射物相分析方法對結垢樣 品物相組成進行測定，進而采取有效的針對措施有助于解決結垢問題。W2—23井井下油泵以上數百米管線 出現嚴重堵塞，嚴重影響正常產油，對所取樣品x射線衍射測試結果表明主要組分是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，產量下降，測試結果表明垢樣是由兩 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)省大量生產成本，從而取得很好的經濟效益。

6 防膨劑研究中蒙皂石d值的測定 使用適當的防膨劑是抑制蒙皂石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，應用x射線衍射分析技術對不同條件防膨劑作用下蒙皂石晶面間距(d)的變化進行監(jiān)測，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定 鉆遇石鹽、無水芒硝、鈣芒硝等一類重要的巖鹽類礦產資源的開發(fā)利用對地方經濟的發(fā)展是十分重要 的。目前，普遍采用化學分析法得出巖鹽類化合物離子含量再配比計算礦物相含量。然而，巖鹽礦往往是復 雜的多相體系，鈣芒硝[Na2Ca(SO4)2]屬于復鹽，絕不是無水芒硝和硬石膏的機械混合物，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)標準SY／T6210— 1996的K值，直接計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，對綜合開采巖鹽礦，對儲量估算、采礦、工業(yè)加工都具有重要意義。

8 油田設備腐蝕產物物相的鑒定 鋼鐵的腐蝕給油田各類設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3毫米／ 年。用x射線衍射物相分析的方法鑒定腐蝕產物的物相，可以探討腐蝕成因，從長輸管線的內外壁、井下、 采油設備等采集的樣品分析來看，主要的腐蝕介質一類是地層水中的碳酸根離子，與鐵反應生在FeCO3；另 一類是H2s的腐蝕，生成FeS或Fes2；還有一類氧化腐蝕，腐蝕產物是FeFe204或FeO(OH)等，有的地區(qū)則受 多重介質的影響，生成多相復雜腐蝕產物。對腐蝕產物進行認真的識別是研究腐蝕現象的有效途徑，搞清腐 蝕現象發(fā)生的原因，探討腐蝕機理，才能有針對性采取相應措施，從而真正做到全面控制腐蝕。