X射线荧光元素录井技术在油气勘探开发中的应用.pdf
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1、 33 2023 年 11 月第 50 卷 第 11 期2023 年 11 月Vol.50 No.11Nov.2023天 津 科 技 TIANJIN SCIENCE&TECHNOLOGY收稿日期:2023-11-010 引 言 2007 年,经过朱根庆等1的深入研究,在国内开发出了元素录井方法和石油钻井元素录井仪器,并成功应用于钻井现场岩屑录井。2008 年,李一超等2报道了元素录井技术的原理、工艺流程、解释方法及应用前景。X射线荧光元素录井技术经过多年的发展,在录井仪器、解释方法、研究范围及应用领域等方面均取得了长足进步,在岩性识别与地层划分、沉积环境与沉积相判别、物性参数计算与储层评价、关
2、键“地质层位”卡层及地质工程应用等方面得到了广泛应用。本文分析X射线荧光元素录井技术在油气勘探开发领域应用的情况,针对技术应用存在的问题,提出技术发展建议。探讨技术应用研究进展有助于录井行业从业人员与科研工作者了解技术应用变化趋势,对深化技术应用研究范围及领域具有一定意义。1 技术原理及性能指标由于需要把混合的X射线按波长或能量分开,分别测量不同波长或能量的X射线的强度,元素录井仪有波长色散型和能量色散型 2 种基本类型(图 1)。常用的元素录井仪器主要性能指标如下。分析元素范围:钠(Na)铀(U);探测器分辨率为 133 eV;分析范围为 0.000 1%99.9%;测量 基础研究X射线荧光
3、元素录井技术在油气勘探开发中的应用谭伟雄,阚留杰,李文元,张 磊(中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452)摘 要:通过分析X射线荧光元素录井技术在岩性识别与地层划分、沉积环境与沉积相判别、物性参数计算与储层评价、关键“地质层位”卡层等方面的应用情况,评价该技术在油气勘探开发中的应用效果,并针对技术应用中存在的问题提出技术发展建议,以期深化录井行业从业人员与科研工作者对X射线荧光元素录井技术研究热点变化趋势的理解,进一步拓展该技术的应用研究范围。关键词:X射线荧光元素录井 技术应用 岩性识别中图分类号:TE142 文献标志码:A 文章编号:1006-8945(2023)11
4、-0033-04Application of X-ray Fluorescence Element Logging Technology in Oil and Gas Exploration and Development TAN Weixiong,KAN Liujie,LI Wenyuan,ZHANG Lei(Drilling and Production Co.,CNOOC Energy Technology&Services Limited,Tianjin 300452,China)Abstract:The application of X-ray fluorescence elemen
5、t logging technology in lithology identification and stratigraphic division,sedimentary environment and facies discrimination,physical property parameter calculation and reservoir evaluation,and key“geological horizon”determination is analyzed.The application effect of this technology in oil and gas
6、 exploration and development is evaluated,and the development suggestions for the existing problems in the application of this technology are put forward.It is helpful for practitioners and scientific researchers in the logging industry to understand the trend of technology development and change,an
7、d further expand the application research scope of this technology.Key words:X-ray fluorescence element logging;technology application;lithology identification 34 天 津 科 技第 50 卷 第 11 期时间 10120 s;重复性误差 0.1%;稳定性误差 0.01%。可进行固态样片及液体样品检测。采用元素光谱分析方法,检测岩屑样品中元素的绝对含量,分析岩样中Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V
8、、Ni、Sr、Zr 共 17 种元素的质量百分数含量。使用能量色散型X射线荧光元素分析仪对岩石样品进行元素分析时,可对化学元素周期表内 11 号Na元素到 92 号U元素之间的所有元素进行检测;能够测量各元素质量百分数含量。最低检测限(按元素周期序号),从Na到U依次为:NaMg 3%,AlCa 1%,ScCd 0.01%,InU 1%。2 技术应用及效果2.1 岩性识别与地层划分随着计算机技术快速发展,基于数据挖掘的分类算法深入应用,元素录井资料岩性解释逐步由定性解释向定量解释发展。元素录井数据能够准确反映地层沉积环境及地层岩性变化,在主要造岩元素方面判断造岩矿物定量组成信息,在沉积环境与沉
9、积相判别等方面进行应用探索。2.1.1 岩性识别与岩性解释在元素录井技术可行性实验阶段,岩性识别方法主要有图谱法、图版法、曲线法和定量解释方法,根据Si、Fe、Ti、Ca等特征元素,定性解释砂泥岩、碳酸盐岩,识别煤层、膏岩层等3。在技术稳定应用阶段,元素录井技术成为解决变质岩、火成岩等复杂岩性识别难题的一种新手段4。通过岩石元素特征分析、图版交会分析,基于MgO、SiO2、TiO2、CaO、Na2O含量特征参数等,区分不同类型岩性,建立岩性类型区分图版4。利用岩浆岩的碱度(Na2O+K2O的含量)与酸度(SiO2含量)分析元素录井信息与岩石化学成分关系,结合岩石学、地球化学的岩石解释方法,建立
10、岩性解释图版5。基于数据挖掘的分类算法,提高元素录井数据集划分及分类规则的准确性。基于相关矩阵和熵值计算结果进行特征元素组合及选择,建立火山岩的解释图版7。基于PCA降维、Relief算法、支持向量等数学方法进行岩石元素和矿物数据处理,以提高特征元素分类模型的准确性8。利用BP神经网络模型、Fisher判别准则,实现岩性的定量化解释和命名,从而提高岩性识别准确度9。元素录井技术已逐步发展成为特殊岩性识别、岩性精细解释的重要技术手段。2.1.2 地层划分与对比地层分层与沉积环境密切相关,在不同沉积环境中,由于元素的迁移、聚集,形成了不同类型的岩石。根据特征元素含量数值及其派生指数指示水体深浅、气
11、候条件、风化程度、特殊沉积相等地质信息,归纳总结特征元素数据在沉积环境和沉积相中的指示作用10(表 1)。表 1 元素数据在沉积相中的指示作用Tab.1 Indication of X-ray fluorescence element logging data in sedimentary facies地质信息元素含量数值及其派生指数指示作用古沉积环境特征V/Cr和U/Th比值古缺氧环境的有效标志古气候条件气候指数:C(FeMnCrNiVCo)/(CaMgSrBaKNa);Sr/Cu;Mg/Ca评价沉积环境的干燥与潮湿程度水体深浅、古水体介质Mn/Fe、Sr/Ba、Sr/Ca、Ca/Mg、Mg
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