浅谈XRF元素录井在南海诸井中的应用

2022-09-10

一、XRF元素录井技术原理及简介

XRF元素录井技术是通过化学分析手段确定样品中各元素含量的一项新兴技术, 当高能X射线轰击样品时, 原子核外电子释放出来, 出现电子空位。这时处于高能态电子会跃迁到低能态来填补电子空位, 并释放出来的特征X射线 (X射线荧光) 。不同的元素产生的X射线荧光具有不同能量与波长, 对这些X射线荧光的能量或波长进行分析就可知道被分析物质的元素种类与数量。

例如铁的特征X射线 (Fe Kα) 能量为6.4Ke V, 铜的特征X射线 (Cu Kα) 能量为8.0Ke V等等, 在岩屑重量一定的条件下, 特征X射线的强度与元素含量 (品位) 成正比, 依此可进行定量分析。

XRF元素录井设备采用HB-X100型X射线录井仪, 仪器灵敏度高、稳定性好, 可以分析11-90号元素, 对岩屑进行定性分析。仪器使用前采用国家标准岩石标本共计19个, 对Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe等14种元素进行标定。标定后又用自带39个各种岩性的国家标准岩石样本进行标定质量检测, 之后投入实际应用分析。

二、XRF元素录井工作流程

XRF元素录井工作流程简单, 易于操作, 从岩屑采集到样品分析, 单个样品不超过3分钟, 为随钻分析提供了可能性, 大大提高了效率。

岩屑采集:按录井间距或是根据现场情况加密取样, 选取具有代表性的岩屑样品;

岩屑干燥:采用微波炉或烘箱干燥样品, 取样量约为8-10g;

粉碎样品:用研钵或粉碎机对选取的岩屑样品进行粉碎;

粉末压片:按仪器要求用千斤顶对粉末样品进行压片处理, 压力10MP;

样品分析:X射线荧光分析, 分析状态为真空条件下分析, 避免因空气等外界条件的影响造成分析结果不准确。

三、元素录井岩性识别的依据

岩性的识别与样品中所含有的各元素含量息息相关, 不同的岩性样品中, 所含有的元素种类以及含量不同, 只有清晰的了解岩屑中所还有的元素种类, 才能更准确的为岩屑进行定名。定名的方法分为特征曲线法、元素录井谱图法。

1. 特征曲线法识别泥岩层

A1井1310m-1470m, Al、Fe、Si元素含量一直处于平稳状态, 没有发生较大的变化, 根据Fe、Al元素在泥岩中富集, Si元素在砂岩中富集的原理, 可得出该井段岩性为泥岩, 百分比剖面也很明显的反映出了砂岩与泥岩的比例情况, 泥岩特征明显, 在经过归一化处理之后绘制的砂质与泥质的交会图中也表现出了明显的泥岩特性, 故此井段岩性主要为泥岩。

2. 特征曲线法识别砂岩层

A1井2308m-2370m, Al、Fe元素含量突然降低, Si、Cl元素含量增加明显, 根据Fe、Al元素在泥岩中富集, Si元素在砂岩中富集的原理, 可得出该井段岩性为砂岩, 百分比剖面也很明显的反映出了砂岩与泥岩的比例情况, 砂岩特征明显, 在经过归一化处理之后绘制的砂质与泥质的交会图中也表现出了明显的砂岩特性, 故此井段岩性主要为砂岩。从交会图的趋势可以观察出此井段中含有少量的泥质粉砂岩、泥岩夹层。

3. 特征曲线法识别灰岩层

A1井2180m-2273m, Si、Fe、Al、Ti元素含量迅速降低, Ca、P元素含量大幅度增高, 由于灰岩的主要成份为碳酸钙, 从元素含量上观察, 灰岩特征明显, 另通过百分比剖面图可以清晰的看出灰质含量的变化, 通过元素录井曲线图, 可以明确得出该井段为灰岩的结论。

4. 特征曲线法识别黄铁矿层

A1井2285m-2290m Al、Si元素含量降低, Fe, S元素含量出现异常高值, 可见地层中含有Fe、S元素比较高, 由于黄铁矿为的主要成分为Fe S2, 此曲线特征明确反应出, 此井段的岩性为硫铁矿, 在珠江组内有极少量硫铁矿离散型分布, 根据元素曲线对这种含量极少, 分布不均的标志层岩性进行辨认, 更好的为地质分层提供了依据。

5. 特征曲线法在砂泥岩互层中的应用

利用砂泥质交会图可以十分清晰的体现出地层中砂泥质含量的变化, 整段地层中砂泥质含量十分明了, 与常规录井剖面吻合良好, 从而佐证了常规录井中砂泥岩剖面的划定, 为地质师的工作提供了帮助及参考。

结论

元素录井丰富了油气田地质研究的素材, 提供了新的研究角度, 有助于更全面地了解井下及区域地质概况。通过使用元素录井确定了岩石岩性定名的三种划分基本方法;对沉积岩地层识别有明显的优势, 符合率达90%以上, 可为岩性定名分层提供很好的依据;同时分析沉积相、物源方面都有较大的帮助, 纵向上不同沉积环境下, 各元素含量分布不同, 不同组段, 元素含量存在差异, 横向对比可知, 各旋回、各组段元素之间存在的相关性。

摘要：随着海洋石油勘探开发力度的加大, 钻井工艺得到不断的优化, PDC钻头、涡轮钻具组合, 以及提速短节的使用, 造成岩屑细小, 甚至成粉末状, 使得肉眼辨识岩性。XRF元素录井大大的解决了这方面的难题, 通过在南海几个区块的应用, 初步的建立了基本岩性识别和地层划分的解释评价方法, 成为了录井岩性识别和地层划分的新手段, 同时定量的元素分析数据位岩性、物性、地层的定量解释评价提供了一定的技术支持。

关键词：XRF元素录井,地层划分,岩性识别,深水勘探开发