X射线衍射仪在江苏油田的应用

X射线衍射仪在江苏油田的应用
摘 要；介绍了x射线衍射仪在江苏油田石油地质、石油工程的应用以及对石油勘探和开发的地 质意义。 多年实践表明，x射线衍射物相分析方法作为一种基础测试手段，对以结晶质为主体组成的样品可以快 速、准确、可靠地实现物相的鉴定，进一步利用K值法、绝热法实现物相的定量分析，从而在油田的多个领域 得到广泛应用。

1 确定苏北盆地粘土矿物的种类和组合类型 由于地层中粘土矿物具有颗粒细、比表面巨大的特点，自从二十世纪2O年代人们首次把x射线衍射技 术用于粘土矿物就把该方法看作研究粘土矿物的有效手段之一。从油田钻井取得的岩心样品，经沉降分离 得到不同粒级的粘土微粒，制片上衍射仪测试，根据苏北盆地5000多块粘土矿物样品的衍射特征，
总结归纳 苏北盆地粘土矿物的种类有：(1)高岭石(K)二八面体1：1层型层状构造硅酸盐；(2)蒙皂石(S)2：1层型层状 构造硅酸盐，蒙皂石族粘土矿物主要有二八面体蒙脱石和三八面体皂石，蒙脱石又可分为钠蒙脱石和钙蒙脱 石，皂石主要分布于金湖凹陷闵桥地区玄武岩中；(3)伊利石(I)2：1层型层状构造硅酸盐，在苏北盆地分布极 广泛；(4)绿泥石(C)2：1层型层状构造硅酸 盐，三八面体绿泥石可分为富镁绿泥石、铁 镁绿泥石和富铁绿泥石三种，在金湖凹陷石 港地区S3井泰州组砂岩样品中发现一种具 有二八面体绿泥石重要衍射特征的富铝的 绿泥石，衍射谱图见图l。(5)伊利石／蒙皂 石混层(I／s)一般可分为I／S无序混层和I／S 有序混层；(6)绿泥石／蒙皂石混层(C／S)，苏 北盆地少数层位见有分布；(7)柯绿泥石，苏 北盆地盐阜凹陷见有分布。 苏北盆地砂泥岩粘土矿物组合类型是 N片的x射线衍射图 反映粘土矿物组成特征的矿物组合，其主要类型有： (1)I／S无序混层十I十K+C (2)I／S有序混层+I+K+c (3)S十I+K+C (4)C／S+I／S+I+K+C 地层中粘土矿物组成特征是沉积和成岩过程中各种地质作用结果的综合反映，掌握这些特征就为研究 沉积一成岩史提供线索，并可预测未钻区块粘土矿物组合类型，为钻井设计提供重要信息。

2 苏北盆地ZW 油田粘土矿物分布特征与油层保护 位于苏北盆地高邮凹陷中南部的ZW油田是江苏省第一个石油生产基地，为了保证产量的稳定，落实各项 油层保护措施是油田开发的迫切课题。由于粘土矿物具有特殊的物理化学性质，对油气层的保护关系密切。转速计| 水份计| 水份仪| 分析仪| 溶氧计| 电导度计| PH计| 酸碱计| 糖度计| 盐度计| 酸碱度计| 电导计| ZW油田粘土矿物纵向分布具有下列特征： (1)由浅到深，从Es1、Ed2 一Ed2 的I／S无序混层转化为Ed2 、Ed1的有序混层，其含量呈下降趋势。 (2)高岭石的含量在Ed： Ed2 急剧增加，而Edl 部分井段已消失。 (3)从Es， 至Ed， 伊利石呈逐渐增加箱势 (4)从浅到深，绿泥石含量呈缓慢增加趋势。 ZW油田粘土矿物横向分布具有下列特征： (1)Es 一Es1 的粘土组合类型是以I／S无序混层为主，次为K和I以及少量的c，每一砂层组中粘土矿 物含量和％s的差异与埋深有关，主要受成岩作用所控制。 (2)Ed， 一Ed 依然为I／S无序混层、K、I和c的组合类型，但高岭石含量明显增加，说明具备高岭石大 量形成的地质环境。 (3)Ed 一Edl 的粘土组合类型是I／S有序混层、I、C和K，I和C二者的含量显著增加。 尽管ZW油田各砂层组膨胀性矿物蒙皂石层含量小于4％，但也会严重影响储层物性，应把Es。 一Ed： 储 层中I／S看作潜在的不可忽视的储层损害源，不利注水开发。Ed 的绿泥石含量为2O 3O％ ，对Ed。实施酸 化作业，要注意沉淀可能造成的影响。高岭石集合体经受长期注水驱替易被打碎而在于L隙内迁移，Ed 、Ed： 高岭石含量高，喉道狭，注水所造成的微粒迁移是必须考虑的因素。总之，深入研究ZW油田开发中的粘土 问题，可以得到许多有益的启示，产生明显的经济效益。

3 鉴定苏北盆地中古生界I／S有序混层的混层比 I／S有序混层是苏北盆地中古生界常见的一种粘土组分，一般把这种矿物中蒙皂石晶层的百分含量定 义为I／S混层矿物的混层比(％s)，％s定量描述s—I转化的过程和程度。在大量样品分析过程中，出现I／S 有序混层特征峰强度低、峰形弥散不易辨认等问题，使利用峰位确定％s的方法受到限制。为了提高衍射谱 图的可识别性，采用保证定向薄膜厚度、增 大定向薄膜面积、悬浮液直接饱和以及相对 富集I／S的改良乙醇法(见图2)，以此确保谱 图的质量，使谱图的解释有了可靠的基础， 从而使％s资料的应用成为可能。 在混层序列中，相当晶层出现所必须间 隔的层数，称作有序度(R)。根据江苏中古 生界I／S有序混层矿物的衍射特征，它的主 要类型是I／S、(R=1)、I／S(R1／R3或R3／R1) 和I／S(R=3)，构成一个从I／S(R=1)一I／S (R ／R3)一I／S(R3／R】)一I／S(R3)～I的连续 图2—1 使用前衍射谱图 衍射序列。％S资料是苏北盆地中古生界成， 岩阶段划分的重要依据之一，I／S(R=1)、I／S (R=3)和I的出现分别预示着晚成岩阶段的 晚成岩A、B、C期和相应的古温度范围。I／S 1 (Rl／R3或R3／R1)是I／s(R=1)向I／s(R=3) 转化过程中过渡的“不完善结构”，它的正确l 鉴定丰富了成岩阶段划分，具有一定的参考 价值。把大量伊利石伴生I／S(R=3)和伊利 石区分清楚，有助于晚成岩C期的判别。％S 资料也可建立盆地热演化动力学模式，它对 中古生界有机质成熟度指标的对比，对油气 资源评价也具有重要意义。 4 未知矿物相的鉴定 图2—2 使用后衍射谱图 图2 使用改良乙醇法前后衍射谱图的对比 (江宁汤山 粉砂质况岩s- ) 在石油勘探和开发的生产实践中，必须了解地下石油地质状况才能作出正确判断，对所取地下岩心样品 未知矿物相组成准确识别是 很有必要的，以GZI井 (1622-1678m)样品的X射 线衍射物相定性分析为例， 此样品的岩性已定名为钙芒 硝岩，但在分离抽提粘土过 程中，发现用蒸镏水反复多 次清洗后，在水中仍不见悬 浮，对该样品进行x射线衍 射物相定性分析，衍射谱图 见图3，从计算机检索无法与 钙芒硝匹配，再用哈氏索引检 索，确认该样品最主要矿物相为 萤石(caF2)，从钙芒硝到萤石， 纠正了错误的认识，表明该层段 非沉积成因，可能是变质成因的 产物，这一测试成果提供的信息 给GZ1井地质状况的再认识提 供了全新的解释。 再如对Zh4井褐色砂砾岩 样品，抽提小于1nm的较细颗 粒作非定向片的x射线衍射物 相分析，得到的衍射谱图见图

4。有d值为0．4195、0．2453、 图3 GZI井样品x射线衍射谱图 图4 Zh4井褐色砂砾岩样品x射线衍射谱图 0．2705nm等衍射峰与JCPDS卡片中#10463吻合，确认其是d—FeO(OH)(针铁矿)。该井这一特殊矿物相的 发现，预示样品所处深度曾经可能发生的地质事件，对油气显示状况提供了有力证据，从而对深入研究该地 区油气资源规律提供了有益的启示。

5 研究油井结垢问题 在油田开发过程中，油井都会出现井下或地面管线结垢现象，应用x射线衍射物相分析方法对结垢样 品物相组成进行测定，进而采取有效的针对措施有助于解决结垢问题。W2—23井井下油泵以上数百米管线 出现严重堵塞，严重影响正常产油，对所取样品x射线衍射测试结果表明主要组分是FeS，很显然是原油中 H S引起的管道腐蚀造成的；而另一口W2—45井井下1200m油管堵塞，产量下降，测试结果表明垢样是由两 种不同晶态的CaCO 组成，同一区块2口井产量下降的原因是不同的，这样就可采取不同措施，避免盲目性， 节省大量生产成本，从而取得很好的经济效益。

6 防膨剂研究中蒙皂石d值的测定 使用适当的防膨剂是抑制蒙皂石及其混层矿物水化膨胀的非常有效的方法之一。在选择防膨剂种类和 浓度的过程中，应用x射线衍射分析技术对不同条件防膨剂作用下蒙皂石晶面间距(d)的变化进行监测，从 中筛选出效果最佳者是十分有效的，采用刮涂法干、湿二种方式制样测试，使蒙皂石的d值缩小得愈小，说明 防膨剂的效果愈好。

7 岩盐类矿物含量的测定 钻遇石盐、无水芒硝、钙芒硝等一类重要的岩盐类矿产资源的开发利用对地方经济的发展是十分重要 的。目前，普遍采用化学分析法得出岩盐类化合物离子含量再配比计算矿物相含量。然而，岩盐矿往往是复 杂的多相体系，钙芒硝[Na2Ca(SO4)2]属于复盐，绝不是无水芒硝和硬石膏的机械混合物，白云石[CaMg (CO ) ]也有类似的问题，因而从离子含量换算矿物相含量计算非常繁琐。用x射线衍射定量相分析方法鉴 定岩盐类矿物就可以直接得到矿物相的含量，采用K值法或绝热法，借助石油天然气行业标准SY／T6210— 1996的K值，直接计算得出各矿物相含量，从而避免配矿换算等步骤，这种岩盐矿的x射线衍射定量相分析 方法的推出，对综合开采岩盐矿，对储量估算、采矿、工业加工都具有重要意义。

8 油田设备腐蚀产物物相的鉴定 钢铁的腐蚀给油田各类设备带来惊人的损失和危害，例如江苏油田刘陆地区管道腐蚀速率高达3毫米／ 年。用x射线衍射物相分析的方法鉴定腐蚀产物的物相，可以探讨腐蚀成因，从长输管线的内外壁、井下、 采油设备等采集的样品分析来看，主要的腐蚀介质一类是地层水中的碳酸根离子，与铁反应生在FeCO3；另 一类是H2s的腐蚀，生成FeS或Fes2；还有一类氧化腐蚀，腐蚀产物是FeFe204或FeO(OH)等，有的地区则受 多重介质的影响，生成多相复杂腐蚀产物。对腐蚀产物进行认真的识别是研究腐蚀现象的有效途径，搞清腐 蚀现象发生的原因，探讨腐蚀机理，才能有针对性采取相应措施，从而真正做到全面控制腐蚀。