基于掃描電鏡和能譜儀的砂巖和砂巖鑄體的聯(lián)合分析

基于掃描電鏡和能譜儀的砂巖和砂巖鑄體的聯(lián)合分析

砂巖儲(chǔ)水能力主要取決于孔結(jié)構(gòu)，即孔類型、分布、大小和井的連通性。一般可用于薄片鑒定進(jìn)行分析。但由于顯微鏡本身分辨率的限制,它只能看到大孔隙,而對于微孔隙是無法觀察到的,再者它所得到的是平面二維圖像,這些給分析工作帶來了很大的局限性。掃描電鏡具有景深大、立體感強(qiáng)、分辨率高的特點(diǎn),能觀察到立體空間結(jié)構(gòu)。但在二次電子圖像觀察孔隙與喉道大小的時(shí)候,不易判斷,會(huì)造成較大的誤差。采用鑄體塊樣進(jìn)行掃描電鏡分析,就能夠準(zhǔn)確地判斷,特別是掃描電鏡的立體圖像,能夠較真實(shí)地反映砂巖孔隙的本來面目?。1儲(chǔ)層及鑄體的二次電子圖像本方法所用儀器為荷蘭國的飛利浦(Philips)公司生產(chǎn)的XL30掃描電鏡和英國牛津集團(tuán)公司生產(chǎn)的Inca能譜儀(具有圖像分析功能)。觀察二次電子圖像通常是用砂巖巖心的新鮮自然斷口樣品,經(jīng)鑄體制作后的砂巖樣也可用于二次電子圖像的觀察。由二次電子圖像主要觀察其孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙類型及膠結(jié)物成分等。所有需要的圖像可能存在計(jì)算機(jī)內(nèi),圖像也可用激光打印機(jī)或示頻打印機(jī)打出。在進(jìn)行微區(qū)成分分析時(shí),其圖譜和相對含量的結(jié)果可立即打印也可全部存入計(jì)算機(jī)。對鑄體樣品主要是用背散射電子檢測器,可看到黑白相間的圖像。由于充填的環(huán)氧樹脂主要為碳、氫、氧化合物,較輕,呈黑色,也就是所有的孔隙、裂縫等均為黑色,而白(灰色)是砂巖巖心。從圖像上可清楚地見到孔隙的分布、大小、聯(lián)通性及配位數(shù)等。這些圖像可轉(zhuǎn)移至有圖像分析功能的能譜儀上,再用圖像分析的軟件進(jìn)行孔隙的快速定量計(jì)算。2樣品制備2.1金膜的制備研究將巖心切割成1cm2及厚5mm左右的方形塊樣,要求觀察面是新鮮自然斷口(如果含油砂巖,須先將油除去)。再在樣品上鍍一層金膜。鍍金后的樣品放入干燥器備用,即可供SEM/SED/EDS進(jìn)行觀察。2.2鑄鐘和磨片的制備將巖心切割成直徑20～25mm厚5mm的圓塊狀,去掉表面泥漿等污物,清洗后在空氣中風(fēng)干,干燥后將樣品分層放入鑄體用的玻管內(nèi),樣品間用云母片分隔開,把玻管放入鑄體儀的鑄鐘中待鑄。打開連通鑄鐘的機(jī)械泵,使其達(dá)到真空。此時(shí)將待鑄的樣品開始用環(huán)氧樹脂液復(fù)蓋起來,由于在真空狀態(tài),氣泡會(huì)不斷從樣品中冒出來,直到?jīng)]有氣泡冒出為止,澆注工作到此結(jié)束。樣品從鑄鐘中取出后,放入高壓釜中(把玻璃管整個(gè)浸泡在油中),然后加溫加壓約12h,冷卻后取出,即鑄體工作完成。鑄體塊取出后進(jìn)行磨片,拋光成光片(基本保持原來厚度)。這樣,樣品制備就完成了,放入干燥器備用,即可供SEM/BSED進(jìn)行觀察和能譜儀圖像分析的快速定量計(jì)算。3巖心剖面掃描觀察我們選擇了蘇北盆地溱潼凹陷臺(tái)興油田阜寧組三段油藏主力產(chǎn)層臺(tái)三油組的巖心39塊樣。其油層段埋深從2471.5～2545.0m,取心井段拼接的連接剖面長46.0m。對39塊巖心分別制作了新鮮自然斷口的砂巖樣和砂巖鑄體樣。通過掃描電子顯微鏡、能譜掃描電子顯微鏡、能譜及圖像分析聯(lián)合手段對每個(gè)樣品進(jìn)行了掃描觀察。內(nèi)容有總體形貌,孔隙類型及特征、大小和分布,喉道特征及充填情況,孔喉連通性;配位數(shù);孔隙充填物成分、產(chǎn)狀;定量測定巖石面孔率。4結(jié)果討論4.1儲(chǔ)層巖石的形成掃描電子顯微鏡、能譜及圖像分析結(jié)果表明,臺(tái)三油組油層巖石組構(gòu)可分為好、中、中等偏差和差,共4類。(1)面約化硅質(zhì)膠結(jié)充填料如臺(tái)Ⅲ-32儲(chǔ)層上部,巖石顆粒較粗、表面少許粘土化。各顆粒輪廓清晰,顆粒均勻,分選好,礦物磨圓度次圓-次棱角狀;孔隙式膠結(jié);粒間有少量粘土礦物充填(圖1a);(2)顆粒形狀如臺(tái)Ⅲ-32儲(chǔ)層下部,巖石顆粒中等,表面粘土化較多,部分顆粒輪廓較清晰;顆粒較均勻,分選中等,礦物磨圓度次圓-次棱角狀;顆粒以接觸式膠結(jié)為主,少數(shù)孔隙式膠結(jié);粒間被粘土礦物充填較多(圖1b);(3)膠結(jié)石顆粒的選擇如臺(tái)Ⅲ-42儲(chǔ)層的部分樣品,臺(tái)Ⅲ-5儲(chǔ)層的底部樣品。巖石顆粒細(xì)、表面粘土化嚴(yán)重,部分顆粒輪廓不太清楚,分選中等,顆粒以孔隙式膠結(jié)為主,少數(shù)接觸式膠結(jié);粒間孔隙多被粘土礦物充填,大部分喉道也被充填,連通性較差(圖1c);(4)細(xì)砂顆粒表面如臺(tái)Ⅲ-1儲(chǔ)層、臺(tái)Ⅲ-5儲(chǔ)層的少量樣,巖石顆粒極細(xì)、致密,表面粘土化嚴(yán)重,顆粒輪廓模糊,顆粒以孔隙式、接觸式膠結(jié),粒間幾乎完全被粘土礦物充填,連通性極差(圖1d)。4.2巖漿巖和產(chǎn)4.2.1巖屑巖石分類據(jù)有關(guān)X衍射分析資料,儲(chǔ)層巖石碎屑成分以石英為主,其次為斜長石和鉀長石,再次為巖屑。膠結(jié)物成分為硅質(zhì),個(gè)別井段有方解石和白云石,雜基為粘土礦物。4.2.2碎屑產(chǎn)石英呈他形晶,部分溶蝕處有次生加大,長石呈板狀,表面粘土化嚴(yán)重,部分顆粒熔蝕后形成鑄膜孔,顆粒間為點(diǎn)、面接觸。4.2.3儲(chǔ)層及儲(chǔ)層位置高嶺石礦物以假六方片狀晶體、書頁狀集合體充填于粒間孔隙中,在臺(tái)Ⅲ-32儲(chǔ)層的上部、臺(tái)Ⅲ-5儲(chǔ)層、臺(tái)Ⅲ-1儲(chǔ)層和臺(tái)Ⅲ-42儲(chǔ)層中都可見到;伊利石礦物以碎片狀、鱗片狀集合體覆蓋顆粒表面或以碎片狀集合體和片狀、卷片狀、菜花壯集合體充填于粒間孔隙中,在臺(tái)Ⅲ-42儲(chǔ)層上部,臺(tái)Ⅲ-1、臺(tái)Ⅲ-32和臺(tái)Ⅲ-5儲(chǔ)層下部分別可見;綠泥石礦物為針葉片狀集合體或片狀-針葉片狀集合體充填堆積于粒間孔隙中,在臺(tái)Ⅲ-1、臺(tái)-Ⅲ42部分井段和臺(tái)Ⅲ-32儲(chǔ)層下部均可見到;伊/蒙混層礦物為絮凝狀、團(tuán)塊狀集合體覆蓋在顆粒表面或蜂窩狀集合體充填粒間孔隙,在臺(tái)Ⅲ-32和Ⅲ-42儲(chǔ)層中可見到。4.2.4產(chǎn)膠微晶石英,以六方柱體晶體堆積于粒間孔隙中,在臺(tái)Ⅲ-32儲(chǔ)層的中、下部和臺(tái)Ⅲ-42儲(chǔ)層部分井段、臺(tái)Ⅲ-5局部中都可見到。4.3蛇曲形微裂縫由二次電子和背散射電子圖像可見,臺(tái)三油組儲(chǔ)層以原生粒間孔隙為主,次生孔隙為次;微裂縫見于局部井段,呈蛇曲狀,寬窄不一;喉道以片狀、可變斷面收縮形成的喉道及孔隙縮小形成的喉道為主。4.3.1儲(chǔ)層孔隙類型臺(tái)Ⅲ-1儲(chǔ)層,孔隙不發(fā)育,孔隙類型以粒間孔隙為主,其次為晶間微孔隙。粒間孔隙多為原生孔隙被粘土礦物充填,剩余部分多呈不規(guī)則狀,分布不均(圖1d);臺(tái)Ⅲ-32儲(chǔ)層,孔隙較發(fā)育,孔隙類型以粒間孔隙為主、其次為粒內(nèi)溶孔和晶間微孔隙。粒間孔隙多為原生粒間孔隙或原生孔隙被粘土礦物充填后剩余部分呈不規(guī)則狀,分布不均(圖1a、b);Ⅲ-42儲(chǔ)層,孔隙不發(fā)育,孔隙類型以粒間孔隙為主,其次粒內(nèi)溶孔和晶間微孔隙。粒間孔隙多數(shù)被粘土礦物充填(圖1c);Ⅲ-5儲(chǔ)層,孔隙較發(fā)育,孔隙類型以粒間孔隙為主、其次為粒內(nèi)溶孔、晶間微孔隙。粒內(nèi)溶孔多為長石溶蝕形成的鑄膜孔。4.3.2喉道及臺(tái)-4儲(chǔ)層臺(tái)Ⅲ-1儲(chǔ)層,喉道以片狀、可變斷面收縮成喉道和孔隙縮小部分形成的喉道為主,喉徑1.5～2.5μm,部分喉道被粘土礦物半充填,連通性中等(圖1d);臺(tái)Ⅲ-3儲(chǔ)層,喉道以片狀、可變斷面收縮成喉道和孔隙縮小部分形成的喉道為主,喉徑2.5～5.5μm,連通性好,部分喉道被少量粘土礦物充填,孔喉連通好,局部中等(圖1a);臺(tái)Ⅲ-4儲(chǔ)層,喉道以片狀、可變斷面收縮成喉道和孔隙縮小部分形成的喉道為主,喉徑2.5～3.5μm,喉道中有少量粘土礦物充填,孔喉連通差,局部中等(圖1c);臺(tái)Ⅲ-5儲(chǔ)層,喉道以片狀、可變斷面收縮成喉道和孔隙縮小部分形成的喉道為主,喉徑2.5～3.5μm,有少量粘土礦物充填,孔喉連通中等,上部差。4.3.3孔喉配位分布臺(tái)三油組儲(chǔ)層孔喉配置關(guān)系,以小孔-細(xì)喉型為主,次為中孔-中、細(xì)喉型。臺(tái)Ⅲ-1儲(chǔ)層孔喉配置,以小孔-細(xì)喉型為主,孔喉配位數(shù)2～3;底部為中孔-細(xì)喉型,孔喉配位數(shù)3;臺(tái)Ⅲ-3儲(chǔ)層孔喉配置,以小孔-細(xì)喉型為主,孔喉配位數(shù)3～4;底部為中孔-細(xì)喉型,孔喉配位數(shù)3～4;臺(tái)Ⅲ-4儲(chǔ)層孔喉配置,以小孔-細(xì)喉型為主,孔喉配位數(shù)2～3;中部為中孔-細(xì)喉型,孔喉配位數(shù)4;臺(tái)Ⅲ-5儲(chǔ)層孔喉配置,以小孔-細(xì)喉型為主,孔喉配位數(shù)2～3;底部為中孔-細(xì)喉型,孔喉配位數(shù)4。4.4儲(chǔ)層物性與面孔隙率的關(guān)系用背散射電子探測器觀察砂巖鑄體樣的孔隙分布,由于鑄體用的環(huán)氧樹脂與砂巖成分的不同,而背散射電子探測器又能反映成分的差異,所以就能夠準(zhǔn)確地判斷孔隙與喉道。把背散射圖像轉(zhuǎn)移到能譜儀上,用圖像分析軟件快速定量計(jì)算孔隙率。在計(jì)算前先將整個(gè)樣品全面掃描觀察一遍,然后隨機(jī)選擇3個(gè)圖像畫面分別進(jìn)行定量計(jì)算,獲得的3次數(shù)據(jù)的平均值,即為該樣的孔隙率數(shù)據(jù)(包括有效孔隙面積、孔隙周長、形狀因子等)。在用圖像分析軟件進(jìn)行計(jì)算時(shí),有許多工作條件的參數(shù)供選擇,經(jīng)過上百次的反復(fù)試驗(yàn)、選擇,最終確定了上佳的工作條件,得到現(xiàn)有的數(shù)據(jù)。本文所得的這些有效面孔隙率,與常規(guī)物性的孔隙率相比,面孔隙率略偏低,但是總的趨勢完全一致,相關(guān)性好。過去做砂巖鑄體樣的掃描電鏡觀察時(shí),必須先把樣品用酸溶解,不同的巖性要用不同的酸處理,并且要鍍金膜后才能觀察。現(xiàn)在用砂巖鑄體的光片,不鍍膜,直接上機(jī)觀察,方法簡便速度快,得到的圖像很清晰,計(jì)算孔徑等也比較準(zhǔn)確(圖1e、f)。通過掃描電子顯微鏡與圖像分析,對臺(tái)興油田阜寧組三段油藏主力產(chǎn)層臺(tái)三油組的巖心進(jìn)行研究,我們可得一孔隙度相關(guān)圖(圖2),其中電鏡掃描測定面孔率、巖心分析與測井解釋孔隙度具有較好的正相關(guān)關(guān)系,即電鏡掃描測定的面孔率越高,儲(chǔ)層物性越好(臺(tái)Ⅲ-32),電鏡掃描測定的面孔率越低,儲(chǔ)層物性越差(臺(tái)Ⅲ-1)。從相關(guān)性分析結(jié)果表明,掃描電子顯微鏡分析資料,可以基本反映儲(chǔ)