元素录井技术在石油地质上的运用策略

吴卫银

中法渤海地质服务有限公司 天津 300457

随着钻井技术、定向井、测井技术的快速发展，各种新工艺新技术被广泛采用，录井技术也需要进行优化和完善，尤其是在特定钻井环境下的岩性识别、碳酸盐岩层地层划分、界面卡取与膏盐岩界面卡取、高盐度咸水层及孔、缝、洞发育段的预先判断等问题上，已成为钻井工程所共同面临的技术难点，因此，原位复合录井受到了严重的挑战。X射线荧光录井技术的应用，为录井技术的研究增加提高了有力手段，通过分析总结在转型期岩性识别、碳酸盐岩层地层划分、界面卡取、缝、洞发育带预报、潜山风化壳卡取、膏盐岩段盐层地层卡取等领域具有明显的优越性，可有效减少钻井施工的复杂性，为油井地质录井、钻井提速打下坚实的理论与技术支撑。

1 X 射线荧光元素录井技术的定义与流程

1.1 定义

X射线荧光录井技术的原理是将X射线荧光录井技术原理与岩石地球理论进行有效融合，并做好相应扩展工作。在钻孔施工过程中，针对钻杆和钻具所携带的岩石等材料，应用X光线荧光元素分析装置上进行微量元素检测，并对其进行结构分析。从科学角度来看，地球化学就是对地球化学性质、化学成分的分析[1]。在石油钻井开采工作中，所牵扯到的岩石地球化学属于现代岩石学与地球化学相互结合的结果，以此作为依据综合了岩石元素的相关信息，对在钻井开采中产生的地下岩屑元素信息和地层的成分进行研究和了解，同时还以将施工区块的地质结构和母岩特征等有关的信息为主要内容，从而有效了解施工地区的岩石起源问题和岩石形成的环境问题。

1.2 流程

在实际工作过程中，由于钻井工作开展过程中所携带的岩石碎屑较多，无法做到对岩石碎屑进行全面的测试，只能对各层岩屑进行取样测试和研究。X射线元素分析所用的试样主要包括钻井岩屑及少量的钻井岩心。这就要求元素录井技术拥有更多的技术分析能力，而且所取样的岩屑或者岩心要具备一定的代表性，从而提高测试分析的数据的有效性和准确性。

应用X射线荧光元素录井技术对岩屑和岩心进行测量和研究，其具体的工作过程主要包括以下内容：

（1）样本收集：钻井工作开展过程中对所生成的岩屑和岩石开展样品采集工作，采用了一种科学和合理的方式来选择样本，从钻头钻孔高度所对应的各种地层中进行取样；

（2）样品干燥：在钻井施工过程中，由于井筒当中存在较多的泥浆，导致从地层中取出的岩石屑和岩心并没有完全干燥，湿润的样品无法有效应用于测定和研究工作，因此必须开展干燥工作。石油钻井工作主要在野外开展，通常采用的是烘干和晾晒两种方式；

（3）样品选择：这一工作是对干燥的岩心和岩屑进行重新挑选，应用录井间距进行样本化选择，然后针对样品做好相关处理工作；

（4）粉碎样品：岩屑与岩心经过筛选以后，由于它们的外形与质量都不够均匀，无法进行直接的测定与分析，所以需要应用相关机器对其进行粉碎处理，并用磨碎机将它们打至粉状，以便送入分析器；

（5）粉状压片：当样品符合测定和分析的要求时，可以将样品放入分析器中，供试样测定。但是根据实际需要，将样品需求置于基板上；

（6）样品分析：把配制好的样品放入X射线荧光元素分析仪器当中，在X射线仪器中进行测定和分析，并将其放在一个真空的环境当中，避免由于外部环境如大气等因素的干扰而导致测定得不精确。

（7）资料处理：应用X射线荧光元素测量技术对获取的资料进行分析，通常都是以表格和图片的形式进行呈现，以便日后对资料进行有效分析[2]。

2 元素录井技术原理和特点

2.1 技术原理

元素录井技术主要通过X射线对岩屑、岩芯等样品进行照射，产生X荧光。不同元素所产生的X荧光能量不同，针对岩芯中的各种矿物所发出的能量也存在较大差异，采用光谱分析仪测量X射线成像的能值，从而判断出其中各种矿物的类型及浓度，并将其与各种矿物的组合（如：泥质、砂质、灰质、白云质、石膏质、盐质等）进行数据处理，计算出岩层中各类矿物的浓度，并做出相应岩性解释的一项重要技术。这一技术将X射线分析原理和岩石地球化理论作为主要基础，以此来针对岩井中的岩心和岩屑进行有效分析，可以检测出超过82种元素。

2.2 应用特点

在现场录井中，元素录井技术由于不受钻井模式和岩屑形态等因素的干扰，而且具有精度高、时间短和取样少等诸多特点，能够充分反映出岩屑的岩性变化特性，可有效地处理岩屑和特殊岩性的鉴别、层位判定和地质卡层等问题。通过元素录井技术对岩屑成分进行快速定量分析，并与岩屑的地质和矿物学等基本原理相融合，对岩屑进行定名，使岩屑的性质可以由定性分析变为定量[3]。当前油田主要采用的方法包括：

（1）识别岩屑与特殊岩性，有效区分灰岩与白云岩以及它们的过渡性，同时对高度风化混积岩进行识别。

（2）对塔中地区的地层进行划分、界面卡取，并对缝和洞发育带进行有效预测；

（3）部分区域古潜山风化壳岩体的卡取；

（4）对诸多区域块岩底部进行测试。另外根据微量元素的含量和相应的微量元素的改变特点，还可以较好的反应岩石的岩性、物理性质和含油气性，其适用范围较为广泛。微量元素录井对沉积进行相应研究，油气富集相带的分布，油气显示的发现与评价以及指导现场录井等工作，都有着重要的指导作用，值得深入研究。

3 元素录井技术在石油地质的应用分析

X射线荧光元素录井技术在石油开采建设中的实际运用，其原理是对所收集的样品中的各种物质，例如：镁元素、钠元素等，进行元素分析和质量分析，并会生成诸多衍生指标。测试和分析工作开展过程中需要具有充足的科学依据，因此，对样本应用X射线荧光技术地进行分析，可以直接体现出钻采区域不同深度的地质结构、碳酸岩指数、火成岩指数、砂砾石等岩石特性，也能够明确现实的沉积环境变化情况和风化指数等。应用X射荧光元素进行分析，可以将上述的资料直接呈现出来，并开展相应研究，获得有关岩体物性状况的孔隙度评价及岩体脆性指标等资料。这些资料不但为油田钻井和开采工作提供了技术支撑，而且为该地区的地下地质状况分析和预测[4]。

4 X 射线荧光录井技术的岩性解释

在对岩石进行有序化分析时，通常会采取各种不同的方法。主要包括曲线法、图表法、索引法和资料库比较法等。在使用曲线方法对岩性进行解释时，相关人员需要通过单组分曲线和各组的组合曲线，对曲线的形态以及在某一时间段内的真实变化趋势进行细致的观察，最后得出岩性解释结果。在日常工作当中，经常使用的观察法包括底坡、曲线交会等，指数法的目的是将砂泥岩的元素组合以及碳酸盐岩、火成岩的特点进行分析，从而对岩性进行判定，使岩性判定的准确度得到极大的提升。应用图板方法划分岩性时，应根据岩性的不同组合、不同元素含量等因素，对岩性进行科学划分，并对其成分进行命名。在判断过程中采取了较为常用的X射线数据库对比法，也就是与已有的碎屑量及含岩量资料进行对比研究，具有更高关联度的岩性属于独特岩性[5]。

4.1 砂泥岩的判断

在砂岩中，石英属于重要组成部分，其硅元素的含量一般能反应砂岩含量。其中，高岭石Al4[Si4O10]·（OH）8和蒙脱石Ex （H2O）4{（Al2-x，Mgx）2[（Si，Al）4O10]（OH）2｝是构成泥页岩的重要矿物，其中Al是除了Si之外最重要的元素，所以Al的含量往往能反映泥页岩的含量。通过对部分现场元素测井资料的分析，在砂泥剖面当中，硅元素的含量能够代表砂质含量，泥质的成分以铝、铁为主多。根据元素测井资料对砂泥剖面测井伽马曲线和对砂泥剖面进行有效分析，能够提高解释的准确性。

4.2 硅质岩层特征

在某井取心顶端4078.08～4078.27m的位置，对其进行的定性属于关注热点。通过应用相关设备进行有效检测，发现该岩性为异常高Si，Si元素含量高达38.6%，换算成SiO2含量高达82.7%。由于火成岩的酸性岩中硅质和铁的含量都相对较低，而且逐渐进入碳酸盐层，所以能够排除火成岩。对所形成的地质条件进行了分析，结果表明该岩体属于生物性或化学性的硅质岩。

4.3 灰质、白云质的判断

在井中灰质和白云质含量高的地方，录井中的钙和镁元素的测定结果均比较敏感，且与录井组中的碳酸盐岩含量和测井特点相符合，通过仪器可以对地层中的灰质和云质进行准确的识别。

4.4 铝土岩的识别

铝土岩是含铝硅酸盐矿物在经历了强烈的化学风化和半风化之后经过陆分解作用和沉积作用所形成的，通常含有钙、镁、硅等杂质。根据其成因可将其划分为两类：一类是原地残积，另一类是搬运沉积[6]。原地残积的铝土岩通常不具备较高的纯度，而且含有较多的杂质，其颜色主要是棕色和棕色，难以与普通的泥岩进行区别。因此，可以利用元素录井，以其铁铝含量的高低为依据，将其定名为铝土岩或铁铝质泥岩，从而可以进行精确的区分；沉积物中含铝丰富、纯铝含量高，多分布在喀斯特洼地、湖泊、海湾、口湖等盆地，其色泽以淡灰白为主，可精确鉴别。测井资料显示，该矿床具有高铁、高铝等特点，且在潜山之前发现铝土岩，表明该矿床与潜山关系十分密切，因此，需对该矿床的岩性变化进行研究。例如，南堡1-89井，在4803～4838m的井段，在4842m的井段，钻进了4842m的奥陶系灰岩潜山，根据其化学成分，可划分出这一层为铁铝质泥岩，有很高的坍塌－堆积作用；4903～4，910m为潜山中另一片铝土岩，其碎石呈淡淡的灰白色，且具有较高的纯度，从周边碳酸盐岩中提取的含有铝的硅酸盐矿物，在经过一段时间的运移后，经过溶解和沉积作用而形成.

3.5 花岗岩的识别

石英、钾长石、钠长石和角闪石是花岗岩的重要矿物成分。受过风化作用和构造作用而形成的裂缝和孔洞，同样具有较高的油气储量。花岗岩体结构紧密、硬度高、耐风化性好，且矿物成分不易损失，因而，根据矿物成分中易于损失的钾和硅的相对含量，能够实现对花岗石与沉积性地识别。井组4909m以上的砂砾岩石中钾元素的溶出和损失导致钾和硅元素的浓度差异很大，导致元素变化的幅度很大；在4909m之下是一块岩石，其中K元素基本没有丢失，在元素曲线上，K和Si基本一致，Na元素的含量明显升高是由于花岗岩中的钠长石造成的，钻孔取芯证实，这一段的岩石主要是灰白色的，很少见到淡褐红色。由元素测井结果可知，2882H2960II1井段K、Si元素的浓度差异很大，Na元素浓度在28898 ITI时有显著上升；根据2960 in以下的 K和 Si值基本一致，可以推断2960 m以下的地层为花岗岩，而28821/1～2960 in的地层则可能为含花岗石的砂砾岩石，但根据2882m-2960 in地层中所含的泥岩，可以将其归结为含花岗的泥岩地层，因为其中的泥岩既可能是花岗石的“俘虏体”，也可能是岩缝中的“淤泥”，但是，由于其厚度达4 In-8 nl的“俘虏体”和裂隙。2960米之下的一种由记录到的泥质岩石，具有很高的伽马射线反射系数，其电阻度可达到3 O. m～40 Q. m；通过对其进行的元素分析，发现在其较高 GR值的位置，K的浓度有较大幅度的提高，因此，在其较高 GR值的位置，应该是 K的高辐射率所造成的。在这个具有30 Q. m和40 Q.m的泥岩之上，单纯以 GR的数值来对这个泥岩进行解释是非常牵强的，从这些元素的资料来看，用来对岩石进行解释是非常有道理的[7]。

4 结束语

总体而言，对不同类型的特征要素的组合特点和在垂直和水平上的差异进行了分析，这对于理解岩相的古地理条件和对特定的地质现象进行了识别和研究，都有着重要的意义。元素录井技术资料的充实，为油气勘探工作开辟了新的视角，对油气勘探工作具有重要意义。