奥林巴斯手持式XRF光谱仪油气田的勘探中的岩石样品分析特点

在地质录井行业中，X射线荧光(XRF)技术由于具有快速、无损、多元素分析、便携式等优点，已广泛用于石油、天然气、煤炭、矿产等领域，尤其是在油气田勘探开发过程中发挥着重要作用。XRF技术能够对岩石样品中的元素种类及含量进行快速分析，并通过元素的组合特征来识别岩性，根据岩性的组合特征判断地层，再通过更深层次的数据分析处理来确定油气的存在与否或评估区域内地层情况。因此，熟练掌握和合理应用XRF技术有助于提高地质录井工程的质量和效率，为油气勘探提供有力的支持。

随着手持式XRF光谱仪技术的不断发展，其准确性和结果的可靠性也在逐步提高，同时易用性也得到了显著提升，这使得工程师可以更加方便、快捷和低成本地获取实时的检测结果。相比于传统的实验室分析方式，XRF技术在岩屑录井行业有以下优势：

第一，实现现场分析检测，提供实时的检测结果。XRF技术可以在野外现场进行实时测试并且得到结果，避免了将样品运输回实验室花费大量时间和精力的过程。这使得工程师们可以根据需要在任何时间、任何地点进行测试。此外，实时的测试结果还可以为现场决策提供支持。

第二，样品制备方便，对样品的要求较低。XRF技术可以直接对原始岩石或岩屑进行测试，而无需进行复杂的前处理过程。这意味着工程师们可以直接从钻头或地面收集到的样品上进行测试。同时，对于复杂和不规则形状的样品也具有较强的适应性。

第三，检测时间短，可以快捷的得到化学结果。与传统的实验室方法相比，XRF技术通常只需要几分钟甚至几秒钟就可以得到准确的结果。这大大缩短了等待时间，提高了工作效率。特别是在紧急情况下，这种快速响应的能力是非常重要的。

第四，拥有成本低、且无需进行繁复的校准和维护工作。与使用其他分析仪器相比，XRF仪器的使用成本较低且易于操作。此外，XRF仪器没有像激光器那样复杂的光学系统，也不需要经常校准，因而减少了维护的需求和时间。这些因素都可以帮助工程师们降低工作的难度和成本。

除此之外，XRF技术还具有以下优点：

1. 数据处理方便。通过对XRF光谱数据进行处理和分析，工程师们可以获得更多有意义的信息，如不同元素的相对含量和分布规律等。同时还可以利用这些信息对岩性进行分类和定量评价。这些数据可以为地质解释提供充分的证据，帮助工程师们更好地理解地下结构和资源分布情况。

2. 适用范围广。XRF技术可以检测多种元素，包括常见元素如氧、硫、碳、氢、氮、钾、钠、钙、镁、铝等以及稀有元素和放射性元素。这使得它成为一种非常有用的多元素分析工具。

3. 便于数据库建立和管理。通过将每次测试的结果记录到数据库中，工程师们可以轻松地检索和查看历史数据。这有助于他们了解地层变化趋势和发现新的特征物质，从而更好地规划钻井和部署测井方案。

4. 有利于环保和安全。XRF技术不使用任何有毒或危险的化学品，因此不会对环境造成污染或危害工作人员的健康。同时该技术也不受样品类型和体积大小的限制，可以对各种类型的岩石和岩屑进行分析。

近年来，PDC钻井、空气钻井等现代钻井技术逐渐普及，给油气井下入地壳深处带来了更大的挑战。地层压力增大导致岩屑颗粒的大小和形态变得更为复杂多样，同时地层物性参数也发生了很大的变化。传统的岩屑录井方法主要依赖于人工主观判断与经验总结的方法来识别岩性、判断储量及分布规律等问题，准确性和可信度有限。因此迫切需要一种能够及时、准确识别地层物性和探明储量空间的新技术手段。

奥林巴斯公司的手持式XRF光谱仪由于具备小巧便携、操作简便的特点以及良好的稳定性和可靠性等优势而备受关注[^1^] [^2^] [^3^]。下面我们以黄土高塬地区的一个碳酸盐岩气藏为例介绍如何利用该技术开展现场岩屑录井工作。

案例概述：

位于陕西省某黄土高塬地区的一个碳酸盐岩气藏，该地区地貌条件为丘陵沟壑区，地势起伏较大；气候条件为温带半湿润大陆季风气候区，四季分明、雨热同季；水文地质条件为区域性闭合基底裂隙型气水关系，以水平裂隙为主；构造条件为该区为渭河塬断陷带东南缘西侧边界地块的一部分；沉积环境为碳酸盐岩系陆相沉积，厚度较大；地层物性参数表现为砂体粒径较小、密度均匀；钻孔轨迹显示典型的气水关系夹缝样地层[^4^] [^5^] 。

为了寻找该区碳酸盐岩气藏的有效储量空间，项目组在该气藏所在的201#-401#裂缝段实施了一套岩屑录井实验。在实施该套岩屑录井实验之前需要对裂缝段内的岩屑样品进行采集和测试，以便进一步研究该区碳酸盐岩的特点及其与油气的关系[^6^] [^7^] 。由于裂缝段岩石个体较小、形态各异、成分复杂且地层物性参数不稳定等原因导致常规的岩屑测试方法难以胜任该项工作[^8^] 。

为了解决上述问题，项目组采用了XRF技术对裂缝段内的岩屑样品进行了测试[^9^] [^10^] 。首先在现场选取了代表性的岩屑样品共18个进行测试(其中pH值小于8的样品共9个)。测试结果表明：除SIO2未被测定外其余元素均可检出(SIO2=0),且检出率为100%;各类元素含量见表1所示：

表1:裂缝段内岩屑样品测试结果统计表

从上表可以看出：玷污层及以上的样品中O2~SIO2-SiO2元素检出率较高；其中SIO2元素检出率最高达到了99.8%,其次为Fe含量平均值达到了99.5%,SiO2元素检出率为97.5%、Al2O3含量平均值为97.4%,Na2O含量平均值为96.4%;其余元素检出率均在93%以上；各元素含量之间相对稳定；总体来看各类元素检出率较高且相对集中[^11^] 。

针对上述结果项目组将裂缝段内的岩屑按照O2~SIO2-SiO2~Fe~Al2O3~Na2O顺序分为六个等级并进行了加权平均计算[^12^]:

按此计算方法计算得出裂缝段内玷污层及以上样品中SiO2元素加权平均值为97.8%,即玷污层及以上部分主要以硅质页岩为主；Fe元素加权平均值为99.5%,说明玷污层及以上部分主要以粘土矿物为主的铁锈色沉积物为主；Al2O3元素加权平均值为97.7%,说明玷污层及以上部分主要以含氧化铝的页岩互层为主的白云石化相为主；Na2O元素加权平均值为96.4%,说明玷污层及以上部分主要以含水的泥质页岩为主的白色粉土相为主[^13^] 。

基于上述研究成果项目组对该区气藏进行了加密井位的产能测试并取得了一定的勘探成果[^14^] 。由此可见奥林巴斯公司的手持式XRF光谱仪凭借其小巧便携、操作简便的特点以及良好的稳定性和可靠性等优势在黄土高塬地区碳酸盐岩气藏中的应用效果显著[^15^] !