岩心x衍射电镜扫描铸体薄片.docx

第二章 岩心分析

岩心分析是认识油气层地质特性必要手段，油气层敏感性评价、损害机理研究、油气层损害综合诊断、保护油气层技术方案设计都必须建立在岩心分析基础之上。因此，岩心分析是保护油气层技术系列中不可缺乏重要构成部分，也是保护油气层技术这一系统工程起始点。

第一节 岩心分析概述
一、岩心分析目意义
1．岩心分析目
岩心分析目有三点：
（1）全面认识油气层岩石物理性质及岩石中敏感性矿物类型、产状、含量及分布特点；
（2）确定油气层潜在损害类型、程度及原因；
（3）为各项作业中保护油气层工程方案设计提供根据和提议。
2．岩心分析意义
保护油气层技术研究与实践表明，油气层地质研究是保护油气技术基础工作，而岩心分析在油气地质研究中具有重要作用。
油气层地质研究目是，精确地认识油气层初始状态及钻开油气层后油气层对环境变化响应，即油气层潜在损害类型及程度。其内容包括六个方面：
（1）矿物性质，尤其是敏感性矿物类型、产状和含量；
（2）渗流多孔介质性质，如孔隙度、渗透率、裂隙发育程度、孔隙及喉道大小、形态、分布和连通性；
（3）岩石表面性质，如比表面、润湿性等；
（4）地层流体性质，包括油、气、水构成，高压物性、析蜡点、凝固点、原油酸值等;
（5）油气层所处环境，考虑内部环境和外部环境两个方面；
（6）矿物、渗流介质、地层流体对环境变化敏感性及也许损害趋势和后果。
其中，矿物性质及渗流多孔介质特性重要是通过岩心分析获得，从而体现了岩心分析在油气地质研究中关键作用。图2-1阐明了六项内容之间互相联络，最终应指明潜在油气层损害原因、预测敏感性，并有针对性地提出施工提议。
还应指出，室内敏感性评价和工作液筛选使用岩心数量有限，不也许所有考虑油气层物性及敏感性矿物所体现出来多种复杂状况，岩心分析则可以确定某一块试验岩样在整个油气层中代表性，进而可通过为数不多试验成果，建立油气层敏感性整体轮廓，指导保护油气层工作液研制和优选。
二、岩心分析内容
岩心分析是指运用多种仪器设备来观测和分析岩心一切特性系列技术。岩心是地下岩石（层）一部分，因此岩心分析是获取地下岩石信息十分重要手段。表2-1给出了保护油气层研究中岩心分析内容及对应技术措施。应用中要根据详细油气层特点进行选择分析，做到既能抓住重要矛盾，处理实际问题，又要经济实用，注意发挥不一样技术长处，配套实行。
三、取样规定
岩心分析样品可以来自全尺寸成形岩心、也可以是井壁取心或钻屑。经验表明，钻屑代表性很差，故一般使用成形岩心，并且多种试验项目可以进行配套分析，便于找出岩石多种参数之间内在联络。
岩石构造与矿物分析、孔隙构造测定要在理解油气层岩性、物性、含油气性、电性基础上，有重点地进行选样分析。
铸体薄片样品应能包括油气层剖面上所有岩石性质极端状况，如粒度、颜色、胶结程度、结核、裂缝、针孔、含油级别等，样品间距1~5块/ m，必要时加密。X射线衍射（XRD）扫描电镜（SEM）分析样品密度大概为铸体薄片1/3至1/2，对油气层要加密，水层及夹层进行控制性分析。压汞分析岩样，对于一种油组（或厚油层），每个渗透率级别至少有3~5条毛管压力曲线，最终可根据物性分布求取该油组平均毛管压力曲线。

图2-1保护油气技术中油气层地质研究内容及岩心分析作用
如图2-2所示，最佳在同一段岩心上取足配套分析柱塞。铸体薄片、扫描电镜、压汞分样需在同一柱塞上进行，这有助于建立孔隙分布与孔喉分布参数间关系，以及孔隙构造与岩性、物性、粘

图2-2岩心分析取样示意图
土矿物之间联络。XRD分析可以用碎样，但应清除被泥浆污染部分，否则会干扰试验成果。电子探针分析可用其他柱塞端部，这样在所有分析项目完毕后，就能指出潜在损害类型及原因，预测不
同渗透率级别（储层类型）油气层敏感程度，对解释敏感性评价试验成果。
表2-1 岩心分析揭示内容及所用措施
内 容
方 法
岩石物理性质
常规物性
孔隙度
常规条件
总孔隙度、
连通孔隙度
气测法、煤矿油饱和法孔隙度仪
模拟围压
总孔隙度
CMS-300全自动岩心分析仪
渗透率
空气渗透率、煤油渗透率、地层水渗透率；水平渗透率、垂直渗透率、径向渗透率、全直径岩心渗透率；模拟围压渗透率
渗透率仪
CMS-300全自动岩心分析仪
比表面

压汞或等温吸附法
相渗透率
气-水、油-气、气-油-水
稳态法、不稳态法
润湿性
油湿、水湿、中间润湿
接触角测量、阿莫特（自吸人）法、离心机法毛管压力曲线测定
孔隙构造
孔隙-喉道
类型、大小、形态、连通性、分布
铸体薄片、图象分析、SEM、X射线、CT扫描、NMR
孔喉
大小、分布
压汞法、离心机法毛管压力曲线测定
岩石构造与矿物
骨架颗粒
石英、长石岩屑、云母
粒度大小、分布
筛析法、薄片粒度图象分析
接触关系、成分、含量、成岩变化
铸体薄片、阴极发光、XRD全岩分析、红外光谱
填隙物
粘土矿物
产状
铸体薄片、SEM
类型、成分、含量
铸体薄片、XRD、红外光谱、沉降分离法、电子探针或能谱
非粘土矿物
产状
岩石薄片、SEM
类型、成分、含量
薄片染色、XRD全岩分析、红外光谱、碳酸盐含量测定

第二节 岩心分析技术及应用
一、X射线衍射
1．X射线衍射分析技术
全岩矿物组分和粘土矿物可用X射线衍射（XRD）迅速而精确地测定。XRD分析借助于X射线衍射仪来实现，它重要由光源、测角仪、X射线检测和记录仪构成（图2-3）。
由于粘土矿物含量较低，砂岩中一般3%~15%。这时，X射线衍射全岩分析不能精确地反应粘土构成与相对含量，需要把粘土矿物与其他组分分离，分别加以分析。首先将岩样抽提洁净，然后碎样，用蒸馏水浸泡，最佳湿式研磨，并用超声波振荡加速粘土从颗粒上脱落，提取粒径不不小于2μm（泥、页岩）或不不小于5μm（砂岩）部分，沉降分离、烘干、计算其占岩样重量比例。

图2-3 X射线衍射仪衍射系统

粘土矿物XRD分析使用定向片，包括自然干燥定向片（N片）、经乙二醇饱和定向片（再加热至550℃），或盐酸处理之后自然干燥定向片。粒径不小于2μm或5μm部分则研磨至粒径<40μm粉末，用压片法制片，上机分析。此外还可以直接进行薄片XRD分析，它对于鉴定疑难矿物十分以便，并可与薄片中矿物光性特性对照，进行综合分析。
2．X射线衍射在保护油气层中应用
1）地层微粒分析
地层微粒指粒径不不小于37μm（或44μm）即能通过美国400目（或325目）筛细粒物质，它是砂岩中重要损害原因，砂岩中与矿物有关地层损害都与其有亲密联络。地层微粒分析为矿物微粒稳定剂筛选、解堵措施优化提供根据。除粘土矿物外，常见其他地层微粒有长石、石英、云母、菱铁矿、方解石、白云石、石膏等。
2）全岩分析
对粒径不小于5μm非粘土矿物部分进行XRD分析，可以懂得诸如云母、碳酸盐矿物、黄铁矿、长石相对含量，对酸敏（HF，HCl）性研究和酸化设计有协助。长石含量高砂岩，当酸液浓度和处理规模过大时，会减弱岩石构造完整性，并且存在着酸化后二次沉淀问题，也许导致土酸酸化失败。
3）粘土矿物类型鉴定和含量计算
运用粘土矿物特性峰 d00l值鉴定粘土矿物类型，表2-2列出了各族重要粘土矿物d001值。根据出现矿物对应衍射峰强度（峰面各或峰高度），根据行业原则SYS5163-87“用X射线衍射仪测定沉积岩粘土矿物定量分析措施”求出粘土矿物相对含量。

表2-2 各族重要粘土矿物d001（10-1nm）X射线衍射特性
矿 物
d001
d002
d003
d004
d005
蒙皂石
12~15

4~5

2.4~3
绿泥石
14.2
7.1
4.7
3.53
2.8
蛭石
14.2
7.1
4.7
3.53
2.8
伊利石
10.0
5.0
3.33
2.5

高岭石
7.15
3.58
2.37

表2-3 重要间层粘土矿物类型
非膨胀 组分
有序度
云 母
绿泥石
高岭石
二八面体
三八面体
二八面体
三八面体
近程有序
钠板石
累托石
云母/蒙皂石
云母/蛭石
水黑云母
云母/蛭石
苏托石
（羟硅铝石）
（Di-Ch）/S
柯绿泥石（Tri-Ch）/Ve
（Tri-Ch）/S

长程有序
伊利石/
蒙皂石
云母/蛭石
？
？
？
无 序
伊利石/
蒙皂石
云母/蛭石
云母/蒙皂石
绿泥石/蒙皂石绿泥石/蛭石
绿泥石/蒙皂石
绿泥石/蛭石
高岭石/蒙皂石
注：Di-二八面体；Tri-三八面体； Ch-绿泥石； S-蒙皂石； Ve-蛭石； Bi-黑云母

4）间层矿物鉴定和间层比计算
油气层中常见间层矿物大多数是由膨胀层与非膨胀层单元相间构成。表2-3列出了间层矿物类型，伊利石/蒙皂石间层矿物、绿泥石/蒙皂石间层矿物较常见。
间层比指膨胀性单元层在间层矿物中所占比例，一般以蒙皂石层百分含量表达。由衍射峰特性，根据行业原则SY/T5983-94“伊利石/蒙皂石间层矿物X射线射鉴定措施”求出间层矿物间层比及间层类型（绿泥石/蒙皂石间层矿物间层比原则化计算措施待定）。对间层矿物间层类型、间层比和有高序度研究有助于揭示油气层中粘土矿物水化、膨胀、分散特性。应当指出，XRD分析不能给出敏感性矿物产状，因此必须与薄片、扫描电镜技术配套使用，才能全面揭示敏感性矿物特性。
4）无机垢分析
XRD分析技术鉴定矿物能力在地层损害研究中尚有广泛应用。油气井见水后，也许会有无机盐类沉积在射孔孔眼和油管中，运用XRD分析技术就可以识别矿物类型，为防止和解除垢沉积提供根据。如大庆油田聚合物驱采油中，生产井油管中无机垢沉积，经XRD鉴定存在BaSO4。
此外，XRD分析还用于注入和产出流体中固相分析，明确矿物成分和相对含量，对于研究解堵措施很有协助。
二、扫描电镜
1. 扫描电镜分析技术
扫描电镜（SEM）分析能提供孔隙内充填物矿物类型、产状直观资料，同步也是研究孔隙构造重要手段。扫描电镜一般由电子系统、扫描系统、信息检测系统、真空系统和电源系统五大部分构成（图2-4），它是运用类似电视摄影显象方式，用细聚焦电子束在样品表面上逐点进行扫描，激发产生可以反应样品表面特性信息来调制成象。有些扫描电镜配有X射线能谱分析仪，因此能进行微区元素分析。
扫描电镜分析具有制样简朴、分析迅速特点。分析前要将岩样抽提清洗洁净，然后加工出新鲜面作为观测面，用导电胶固定在样品于桩上，自然晾干，最终在真空镀膜机上镀金（或碳），样品直径一般不超过1cm。
近年来，在扫描电镜样品制备方面获得了明显进展。临界点干燥法可以详细地观测原状粘土矿物显微构造，背散射电子图象使用可以在同一视域中直接识别不一样化学成分多种矿物。
2．扫描电镜在保护油气层中应用
1） 油气层中地层微粒观测
扫描电镜分析能给出孔隙系统中微粒类型、大小、含量、共生关系资料。越靠近孔、喉中央微粒，在外来流体和地层流体作用下越轻易失稳。测定微粒大小分布及在孔喉中位置，能有效地估计临界流速和速敏程度，便于有针对性地采用措施防止或解除因分散、运移导致损害。
图2-4 扫描电镜基本构造图

2） 粘土矿物观测
粘土矿物有其特殊形态（表2—4），借此可确定粘土矿物类型、产状和含量。如孔喉桥接状、分散质点状粘土矿物易与流体作用。对于间层矿物，通过形态可以大体估计间层比范围。
3） 油气层孔喉观测
扫描电镜立体感强，更适于观测孔喉形态、大小及与孔隙连通关系。对孔喉表面粗糙度、弯曲度、孔喉尺寸观测能揭示微粒捕集、拦截位置及难易程度，对研究微粒运移和外来固相侵入很故意义。
4）含铁矿物检测
当扫描电镜配有X射线能谱仪时，能对矿物提供半定量元素分析，常用于检测铁元素，如碳酸盐矿物、不一样产状绿泥石含铁量，由于在盐酸酸化时少许铁很轻易形成二次沉淀，导致油气层损害。
5）油气层损害监测
运用背散射电子图象，岩心可以不必镀金和镀碳就能测定，在敏感性(或工作液损害)评价试验前后都可以进行直观分析。对于无机和有机垢晶体形态、排布关系观测，还可认为抑垢除垢、筛选处理剂、优化工艺措施提供根据。
表2-4重要粘土矿物及其在扫描电镜下特性
构造类型
族
矿物
化学式
d001
10－1nm
单体形态
集合体
形态
1：1
高岭石
高岭石
地开石
Al4(Si4O10)(OH)8
7.1~7.2,
3.58
假六方板状
鳞片状
板条状
书页状
蠕虫状
手风琴状
塔晶
埃洛石
埃洛石
Al4(Si4O10)(OH)8
10.05
针管状
细微棒状
巢状
2：1
蒙皂石
蒙脱石
皂石
Rx(AlMg)2(Si4O10)
(OH)24H2O
Na~12.99
Ca~15.50
弯片状
皱皮鳞片状
蜂窝状
絮团状
水云母
伊利石
海绿石
蛭石
KAl((AlSi3)O10)
(OH)2．mH2O
10
鳞片状
碎片状
毛发状
蜂窝状
丝缕状
2：1：1
绿泥石
多种
绿泥石
FeMgAl层状硅酸盐，同形置换普遍
14 , 7.14,
4.72, 3.55
薄片状
鳞片状
针叶片状
玫瑰花状
绒球状
叠片状
2：1
层链状
海泡石
山软木
Mg2Al2 (Si8O20) (OH)2 (OH2)4·m(H2O)4
10.40,
3.14 , 2.59
棕丝状
丝状
纤维状

三、薄片技术
1.薄片分析技术
薄片技术是保护油气层岩相学分析三大常规技术之一，也是最基础一项分析。应用光学显微镜观测薄片，由铸体薄片获得资料比较可靠。制作铸体薄片样品最佳是成形岩心，不推荐使用钻屑。薄片厚度为0.03mm，面积不不不小于15mm×15mm。未取心状况除外，提议少用或不用钻屑薄片，由于岩石总是趋于沿弱连接处破裂，胶结致密岩块则能保持较大尺寸，这样会对孔隙发育及胶结状况得出错误认识。
2．薄片分析技术在保护油气层中应用
1）岩石构造与构造
薄片粒度分析给出粒度分布参数可供设计防砂方案时参照，当然应以筛析法和激光粒度分析获得数据为重要根据。研究颗粒间接触关系、胶结类型及胶结物构造可以估计岩石强度，预测出砂趋势。对砂岩中泥质纹层、生物搅动对原生层理破坏也可观测，当用土酸酸化时，这些粘土溶解会使岩石构造稳定性减少，诱发出砂。
2）骨架颗粒成分及成岩作用
沉积作用、压实作用、胶结作用和溶解作用强烈地影响着油气层储集性及敏感性。理解成岩变化及自生矿物晶出次序对测井解释、敏感性预测、钻井完井液设计、增产措施选择、注水水质控制十分有利。
3）孔隙特性
薄片分析获得孔隙成因、大小、形态、分布资料，用于计算面孔率及微孔隙率。研究地层微粒及敏感性矿物在孔隙和喉道中位置及与孔喉尺寸匹配关系，可以判断油气层损害原因，并用于综合分析潜在油气层损害，提出防治措施。例如，低渗—致密油气层使用高分子有机阳离子聚合物粘土稳定剂时，虽可有效地稳定粘土，但由于孔喉细小，处理剂分子尺寸较大，它同步又损害油气层。
4）不一样产状粘土矿物含量估计
XRD和红外光谱均不能给出粘土矿物产状及成因，薄片分析则可阐明同一种类型粘土矿物几种产状（成因）相对比例。这一点很重要，由于只有位于孔隙流动系统中粘土矿物才对外来工作液性质最敏感。此外，薄片分析还用于粘土总量校正，如泥质岩屑存在也许引起粘土总量升高，研究中应注意辨别。沉降法分离出粘土受粒径限制，难于反应出较大粒径变化范围（5~20μm）时粘土真实构成。
5）荧光薄片应用
荧光薄片提供油存在有效储集和渗流空间性质，如孔隙、大小、连通性及裂缝隙发育程度，为更好地理解油气层损害发明了条件。
四、压汞法测定岩石毛管压力曲线
由毛管压力曲线可以获得描述孔喉分布及大小系列特性参数，确定各孔喉区间对渗透率奉献。
1．基本原理
压汞法由于其仪器装置固定、测定迅速精确，并且压力可以较高，便于更微小孔隙测量，因而它是目前国内外测定岩石毛细管压力曲线重要手段。使用压汞仪测定岩样毛细管压力曲线(如图2-5)，原理是汞对大多数造岩矿物为非润湿，对汞施加压力后，当汞压力和孔喉毛管压力相等时，汞就能克服阻力进入孔隙，计量进汞量和压力，根据进入汞孔隙体积百分数和对应压力就得到毛细管压力曲线。压力和孔喉半径关系为：
（2-1）
式中pc—毛管压力，MPa；
r—毛管半径，μm。
压汞试验所用岩样一般为直径2.5cm，长2.5cm左右柱塞，测定前将油清洗洁净，测定岩石总体积、氦气法孔隙度、岩石密度和渗透率。

图2-5 毛细管压力曲线
I—注入曲线；W—退出曲线

2．毛细管压力曲线在保护油气层中应用
1）储集岩分类评价
储集岩分类是评价油气层损害前提，同一损害原因在不一样类型储集岩中体现存在差异。根据毛细管压力曲线特性参数，用记录法求特性值，结合岩石孔隙度、渗透率、孔隙类型、岩性等可以对储集岩进行综合分类。
2）油气层损害机理分析
油气层微粒粒度分析、微粒在孔隙中空间分布及与孔喉大小匹配关系是分析油气层损害关键。例如相似间层比伊利石/蒙皂石间层矿物，对细孔喉型油层水敏损害比中、粗孔喉型油气层严重。
3）钻井完井液设计
屏蔽暂堵型钻井完井液技术中架桥粒子选择，就是根据由压汞曲线获得孔喉分布。通过对一种油组或油气层不一样物性级别岩样毛管压力曲线测定，构制平均毛管压力曲线。架桥粒子即根据平均毛管压力曲线，考虑到出现最大孔喉半径，安2/3架桥原理设计。暂堵型酸化、压裂过程中，暂堵剂粒度筛选也要参照孔喉分布数据。
4）入井流体悬浮固相控制
压井液、洗井液、射孔液、修井液、注入水和压裂液等都波及固相颗粒含量和粒径大小控制问题，而控制原则则视油气层储渗质量、孔喉参数而定。研究表明，当颗粒直径不小于平均孔喉直径1/3时，形成外泥饼，1/3~1/10时会侵入孔喉形成内泥饼，不不小于1/10时颗粒能自由移动。
5）评价和筛选工作液
油气层损害实质是岩石孔隙构造变化，通过测定岩石与工作液作用前后岩样毛管压力曲线就能对配伍性有明确认识。应用高速离心机法可以迅速测定毛管压力曲线，理解工作液作用前后储集岩孔喉分布参数和润湿性变化。
五、岩心分析技术应用展望
尽管用于分析岩心许多技术早已存在，但石油地质家及石油工程师从未象今天这样共同关怀并应和岩心分析技术来深入揭示油气层微观特性。某些老式技术因使用目转变，而被赋与新含义。如铸体薄片技术，从最初便于观测孔隙出发，如今则重要运用其保护粘土矿物不致在制片过程中发生脱落。XRD技术对粘土矿物研究与认识起到了巨大推进作用，1985年此前，国内尚无大家接受粘土矿物含量计算公式，今天从粘土分离提取、数据处理，乃至间层比计算都已形成石油行业原则，可以说近十几年发生了质飞跃。扫描电镜等某些先进分析技术，目前应用与其所能揭示大量信息相比，技术潜力尚有待充足开发。同步，某些新技术正在不停涌现，及时地引入到石油工程领域，处理工程问题已成为地质家及石油工程师共同使用。表2-5将几种常用技术做一归纳，表明在研究中需要将这些技术组合应用，方能获得岩石性质全貌。
新技术应用重要表目前如下几种方面。
1．傅里叶变换红外光谱分析
采用傅里叶变换红外光谱仪，测定矿物基团、官能矿物基团、官能团来识别和量化常见矿物，分析迅速，精度与XRD相似，能定量分析矿物有石英、斜长石、钾长石、方解石、白云石、菱铁矿、黄铁矿、硬石膏、重晶石、绿泥石、高岭石、伊利石和蒙皂石总和，以及粘土总量，对非晶质物、间层粘土矿物构造特性分析有独到之处，国外已将其用于井场岩石矿物剖面分析图迅速建立，国内亦逐渐成为分析敏感性矿物，尤其是油气层粘土矿物有力手段，但由于其对鉴定间层粘土矿物局限性，要完全替代XRD是不也许。
表2-5 几种重要岩心分析技术特点及应用
项目
内容
X射线衍射
扫描电镜
铸体薄片
电子探针
压汞毛管压力曲线测定
红外光谱
主
要
用
途
及
特
点
1.压片法分析迅速、简便；
2.能进行全岩分析；
3.鉴定粘土矿物类型、间层作用、多型、结晶度；
4.粘土混和物定量或半定量分析

1.耗样少，制样简朴，不破坏原样；
2.观测视场大，立体感强；
3.对孔隙类型、形态、大小、连通关系进行观测；
4.给出粘土矿物形态，产状及分布不均匀性方面信息
1.尤其适于孔隙构造研究，如面孔率、孔隙形态大小、连通性；
2.可以观测岩石类型、构造、显微构造；
3.通过矿物染色，能给出碳酸盐矿物含铁量信息;
4.研究矿物成因、晶出次序
1.直接在岩石薄片上对其分析，不用分离和提纯；
2.分析范围由B5和U92，敏捷度高，以氧化物形式给出定位矿物化学成分；
3.微区范围可达1μm，与电镜联合可以给出不一样产状、形态矿物化学成分

1.可以用柱塞，也可以用不规则岩样；
2.与薄片比较，能提供较大体积岩样孔喉分布状况；
3.结合铸体薄片孔隙图象分析，能求出一组描述孔隙构造特性参数

1.制样简朴，分析迅速；
2.能进行全岩分析；
3.对非晶质矿物、粘土矿物成分、构造反应敏捷；
4.对膨胀性矿物，可获得内部构造中吸附成分，互换性离子、自由水分子和配伍水分子以及氧化硅表面互相作用方面信息；
5.对粘土混和物进行定量、半定量分析
局
限
性
1.微量组分不易鉴定出，全岩分析时应加注意；
2.只能提供少许有关各组分分布方面信息，不能给出产状；
3.对无序物质产状、部分类型同象替代反应不敏捷
1.不能给出精确化学成分；
2.对粘土矿物相对含量只能给出大概比例；
3.对多型、间层作用不易识别；
4.仅根据形态有时会错误判断矿物类型
1.对微孔隙无能为力；
2.对粘土矿物微构造研究提供很少资料；
3.对粘土矿物多型、间层分析几乎无作用
1.对微量元素，分析精度低；
2.分析费用较高，限制了进行大量样品分析，一般仅用于关键，疑人矿物鉴定、分析
1.不能直接给出矿物学方面信息；
2.根据微孔隙量可以推测大体粘土含量，很少成岩作用信息

1.不能鉴定微量组分,最低检测极限同XRD,即5~10%；
2.不能给出各组分产状及分布；
3.不能用于鉴定间层粘土矿物、辨别多种类型有序度

2.CT扫描技术
将医学上应用CT扫描技术引人到岩心分析中，重要原理是用X射线照射岩心，得到岩心断面上岩石颗粒密度信息，经计算机处理转换成岩心剖面图，它可以在不变化岩石形态及内部构造条件下观测岩石裂缝和孔隙分布。当固相物侵入岩心时，可以对固相侵入深度及其在孔喉中状态进行监测，也可以观测岩样与工作液作用后孔隙空间变化。目前这项技术重要用于高渗透疏松砂岩和裂缝性储层损害研究中，如出砂机理、稠油蚯蚓孔道形成、侵入裂缝固相分布、岩心内泥饼分布形态等。
3.核磁共振成象技术
简称NMRI，它可以观测孔隙或裂缝中流体分布与流动状况，因此对于流体与流体之间，流体与岩石之间互相作用，以及润湿性和润湿反转问题研究有特殊意义，是研究油气损害最新手段之一。NMRI测井技术发展很快，重要用于剩余油分布探测，已成为提高采收率重要评价技术。
4.扫描电镜技术
扫描电镜技术在制样和配件方面发展较快，在SEM上配置能谱仪（EDS）可以对矿物提供半定量元素分析，对敏感性矿物识别及损害机理研究有很大协助。背散射仪应用免除镀膜对粘土形貌变化，更宜于试验前后样品观测。此外，临界点冷冻干燥法，可以揭示粘土矿物在油气层条件下真实形态。扫描电镜与图象分析仪使用，研究粘土矿物微构造并预测微构造稳定性，是油井完井技术中心近年来将土壤科学和工程地质理论引入到石油工程中最新进展。
5.非晶态矿物和纳米矿物学研究
油气层中非晶态矿物有蛋白石、水铝英石、伊毛缟石、硅铁石等，尚有比粘土矿物微粒更小纳米级矿物。它们或单独产出，或存在于粘土矿物晶体之间，起到连接微构造作用，比表面更大，性质更活跃。研究措施重要有化学分析、电子探针、原子力显微镜等。油井完井技术中心对吐哈盆地丘陵三间房组砂岩高岭石进行电子探针分析，指出高岭石化学构成很少符合理论构成，SiO2、Al2O3常常过量，这种硅、铝部分以非晶态存在，它们易于溶解并促使高岭石微构造失稳。
6.环境扫描电镜应用
一般扫描电镜规定在真空条件下进行试验，而环境扫描电镜则可以在气体、液体介质环境下分析样品。国外已开始运用此项技术研究膨胀性粘土矿物与工作液作用机理，分析粘土矿物间层比和遇水膨胀关系、水化膨胀和脱水过程差异等。因此，环境扫描电镜是损害机理研究和工作液评价有力手段。目前，我国已引进了这种仪器。
综上所述，岩心分析技术在认识油气层特性、研究油气层损害机理及保护油气层工程设计中具有广泛应用。每种技术均有其长处及局限性，实际工作中要详细问题详细分析，并制定一套切实可行技术路线。各项技术自身在石油工程中应用尚有秀大潜力尚待开发，同步工程实践中也不停提高许多新问题，需要发明性地应用先进技术来处理。

第三节 油气层潜在损害原因分析

岩心分析直接应用就是潜在损害原因研究。油气层潜在损害与其储渗空间特性、敏感性矿物，岩石表面性质、地层流体性质有关，同步还受外来流体和环境原因影响。
一、油气层储渗空间
碎屑岩油气层储集空间重要是孔隙，渗流通道重要是喉道。喉道是指两个颗粒间连通狭窄部分，是易受损害敏感部位。孔隙和喉道几何形态、大小、分布及其连通关系，称为油气层孔隙构造。对于裂缝型储层，天然裂缝既是储集空间又是渗流通道。根据基块孔隙和裂缝渗透率奉献大小，可以划分出某些过渡储层类型。孔隙构造是从微观角度来描述油气层储渗特性，而孔隙度与渗透率则是从宏观角度来描述油气层储渗特性。
1．孔隙度和渗透率
孔隙度是衡量岩石储集空间多少及储集能力大小参数，渗透率是衡量油气层岩石渗流能力大小参数，它们是从宏观上表征油气层特性两个基本参数。其中与油气层损害关系比较亲密是渗透率，由于它是孔喉大小、均匀性和连通性三者共同体现。对于一种渗透性很好油气层来说，它孔喉较大并较均匀，连通性好，胶结物含量低，这样它受固相侵入损害也许性也更大；相反，对于一种低渗透性油气层来说，由于它孔喉小、连通性差、胶结物含量较高，这样它轻易受到粘土矿物水化膨胀、分散运移、水锁和贾敏损害。
2．储层孔隙构造
油气层常见孔隙类型有：粒间孔、粒内溶孔、晶间微孔。碎屑岩储层一般粒间孔含量越高，储层物性越好。一般将油气层喉道类型划分为五种（图2—6），颗粒接触类型和胶结类型决定了喉道几何形态。
孔隙构造参数从定量角度来描述孔喉特性。常用孔隙构造参数有孔喉尺寸及其分布、喉道弯曲度和孔隙连通性。运用记录分布措施，可以从毛管压力曲线和物性参数中求出任一岩样孔隙构造参数，乃至油层段孔隙构造参数平均值。

图2—6 储集岩喉道类型
（a）缩颈喉道；（b）点状喉道；（c）片状喉道；（d）弯片状喉道；（e）管束状喉道
1—喉道；2—孔隙
孔隙构造与油气层损害关系体现为：
（1）在其他条件相似状况下，喉道越粗，不匹配固相颗粒侵入深度就越大，导致固相损害程度就越严重。但滤液侵入导致水锁、贾敏等损害也许性较小。
（2）孔喉弯曲程度越大，外来固相颗粒侵入越困难，侵入深度变小；而地层微粒易在喉道中阻卡，微粒分散/运移损害潜力增长。
（3）孔隙和喉道尺寸越小且连通性越差，油气层越易受到与流体、界面现象有关损害，如水锁、贾敏、乳化堵塞、粘土矿物水化膨胀等（表2—6）。
表2-6 喉道类型与油气层损害特点
类 型
重要特性
重要损害方式
缩颈喉道
孔隙大，喉道粗，孔隙与喉道直径比靠近于1
固相侵入，出砂和地层坍塌
点状喉道
孔隙较大，喉道略细，孔隙与喉道直径比大
固相侵入，微粒分散/运移，水锁，贾敏
片状和
弯片状喉道
孔隙小，喉道细而长，孔隙与喉道直径比中到大
微粒分散/运移，水锁，贾敏，粘土矿物水化膨胀
管束状喉道
孔隙和喉道成为一体，界线不分明，且细小
水锁，贾敏，乳化堵塞，粘土矿物水化膨胀

二、油气层敏感性矿物
1.敏感性矿物定义和特点
油气层岩石骨架是由矿物构成，它们可以是矿屑和岩屑。从沉积物来源上讲，有碎屑成因、化学成因和生物成因之分。储层中造岩矿物绝大部分属于化学性质比较稳定类型，如石英、长石和碳酸盐矿物，不易与工作液发生物理和化学作用，对油气层没有多大损害。成岩过程中形成自生矿物数量虽少，但易与工作液发生物理和化学作用，导致油气层渗透性明显减少，故这部分矿物多数属于敏感性矿物。它们特点是粒径很小（<37μm），比表面大，且多数位于孔喉处，它们优先与外界流体接触充足,作用速度快，易引起油气层损害。
2.敏感性矿物类型
根据矿物与流体发生反应导致油气层损害方式，可以将敏感性矿物分为四类。
（1）水敏和盐敏矿物。与矿化度（或活度）不一样于地层水水基流体作用产生水化膨胀、或分散/运移等，并引起储层渗透率下降矿物。重要有蒙皂石、伊/蒙间层矿物和绿/蒙间层矿物。
（2）碱敏矿物。与高pH值工作液作用产生分散/运移，或新硅酸盐沉淀和硅凝胶体，并引起储层渗透率下降矿物。重要有高岭石等各类粘土矿物、长石和微晶石英。
（3）酸敏矿物。与酸液作用产生化学沉淀或酸蚀后释放出微粒，并引起储层渗透率下降矿物。酸敏矿物分为盐酸敏感矿物和氢氟酸敏感矿物。HF敏感矿物重要有方解石、白云石、长石、微晶石英、沸石、各类粘土矿物和云母；HCl敏感矿物常见包括富铁绿泥石、菱铁矿、黄铁矿、赤铁矿、铁方解石、铁白云石、黑云母、磁铁矿等。
（4）速敏矿物。在高速流体流动作用下发生脱落、分散/运移，并堵塞喉道微粒矿物。重要有粘土矿物及粒径不不小于37μm多种非粘土矿物，如微晶石英、、菱铁矿、微晶方解石等。
3.砂岩储层粘土矿物产状
一般说来，粘土含量越高，由它导致油气层损害程度也越大；在其他条件相似状况下，油气层渗透率越低，粘土矿物对油气层导致损害也许性就越大。尽管粘土含量影响储层损害程度，但粘土矿物产状作用更明显。
砂岩岩储层粘土矿物分碎屑成因和自生成因两大类。碎屑成因粘土是与颗粒同步沉积，或沉积后由生物活动引入。常见产状如图2—7所示，当埋藏较浅时岩石固结程度差，易于发生微粒运移、出砂。酸化时若粘土溶蚀严重，岩石构造遭受破坏，轻易诱发出砂。与淡水接触，粘土纹层膨胀会使孔隙缩小、微裂缝闭合。

图2—7 砂岩中碎屑粘土产状

砂岩储层最常见是自生粘土矿物。根据粘土矿物集合体与颗粒和孔隙空间关系，并考虑对储层物性和敏感性影响，将自生粘土矿物产状归结为七类（图2—8）。
（1）栉壳式。视粘土矿物集合体包覆颗粒程度分孔隙衬边和包壳式两种。粘土矿物叶片垂直到颗粒表面生长，表面积大，又处在流体通道部位，呈这种产状以蒙皂石、绿泥石为主。流体流经它时阻力大，因此极易受高速流体冲击，然后破裂形成颗粒随流体而运移，若被酸蚀后，形成Fe（OH）3胶凝体和SiO2凝胶体，堵塞孔喉。
（2）薄膜式。粘土矿物平行于骨架颗粒排列，呈部分或全包覆颗粒状，这种产状以蒙皂石和伊利石为主。流体流经它时阻力小，一般不易产生微粒运移，但此类粘土易产生水化膨胀，缩少孔喉。微孔隙发育时，甚至引起水锁损害。
（3）桥接式。由毛发状、纤维状矿物（如伊利石）搭桥于颗粒之间，流体极易将它冲碎，导致微粒运移。或者由栉壳式蒙皂石、伊/蒙间层矿物、绿/蒙间层矿物发展而来，有时会在孔喉变窄处互相搭接，此时水化膨胀和水锁损害潜力很高。
（4）分散质点式。粘土充填在骨架颗粒之间孔隙中，呈分散状，粘土粒间微孔隙发育。高岭石、绿泥石常呈这种产状，极易在高速流体作用下发生微粒运移。
（5）帚状撒开式。黑云母、白云母水化膨胀、溶蚀、分散，在端部可以形成高岭石、绿泥石、伊利石、伊/蒙间层矿物、蛭石等，这些微粒易于释放，进入孔隙流动系统，发生微粒运移和膨胀损害。
（6）颗粒交代式。长石或不稳定岩屑在成岩作用过程中向粘土矿物转化，如长石高岭石化、黑云母绿泥石化、喷出岩屑蒙皂石化等。与前面几种产状相比，敏感性损害要弱得多，只是在酸化中体现略明显。
（7）裂缝充填。在裂缝性砂岩、变质岩和岩浆岩储层中，蒙皂石、高岭石、绿泥石、伊利石等粘土矿物裂缝部分充填、完全充填常见，它们可引起多种与粘土矿物有关敏感性损害。
图2—8 砂岩中自生粘土矿物产状
1. 栉壳式; 2.薄膜式; 3.桥接式; 4.分散质点式; 5.帚状撒开式; 6.颗粒交代式; 7.裂缝充填式

三、油气层岩石润湿性
岩石表面被液体润湿（铺展）状况称为岩石润湿性。岩石润湿性一般可分为亲水性、亲油性和两性润湿三大类。油气层岩石润湿性取决于矿物晶体构造、地层流体活性组分性质，工作液侵入也可以变化岩石润湿性。润湿性作用体现为下列方面。
（1）控制孔隙中油气水分布。对于亲水性岩石，水一般吸附于颗粒表面或占据小孔隙角隅，油气则占孔隙中间部位；对于亲油性岩石，刚好出现相反现象。
（2）决定岩石孔道中毛管压力大小和方向。毛管压力方向总是指向非润湿相一方。当岩石表面亲水时，毛管压力是水驱油动力；当岩石表面亲油时，毛管力是水驱油阻力。
（3）制约微粒运移损害程度。当油气层中流动流体润湿微粒时，微粒轻易随之运移，否则微粒难以运移。油气层岩石润湿性前两个作用，可导致有效渗透率下降和采收率减少，而后一作用对微粒运移有较大影响。
四、油气层流体性质
1.地层水性质
地层水性质重要指矿化度、离子类型和含量、pH值和水型等。当油气层压力和温度减少或侵入流体与地层水不配伍时，会生成CaCO3、CaSO4、BaSO4等无机垢；高矿化度地层水还可引起进入油气层高分子处理剂发生盐析。此外，对于室内试验流体配制、工作液基液选择、防垢抑垢剂筛选、除垢工艺优化，地层水资料都是重要根据。
2.原油性质
原油性质重要包括粘度、含蜡量、胶质、沥青、析蜡点和凝固点。原油性质对油气层损害影响有：（1）石蜡、胶质和沥青也许形成有机沉淀，堵塞喉道、射孔孔眼、砾石充填层、筛管和油管；（2）原油与入井流体不配伍形成高粘乳状液，胶质沥青质与酸液作用形成酸渣；（3）注水和压裂中冷却效应还可以导致石蜡、沥青在井间地层中沉积。
3.天然气性质
与损害有关天然气性质重要是相态特性和H2S、CO2腐蚀气体含量。相态特性重要是针对凝析气藏而言，当开采时压差过大、或气藏压力衰竭时，井底压力低于露点压力，此时凝析液在井筒附近积聚，使气相渗透率大大减少，形成油相圈闭。腐蚀性气体作用是设备腐蚀产生微粒，如H2S在腐蚀过程中形成FeS沉淀，导致井下和井口管线堵塞。
五、油气藏环境
地层损害是在特定环境下发生。内部环境包括油气藏温度、压力、原地应力和天然驱动能量；外部环境有工作液流速、化学性质、固相颗粒分布、压差、流体温度等。表2—7总结了常见潜在损害方式及防止处理