在地質(zhì)錄井行業(yè)中，X射線熒光(XRF)技術(shù)由于具有快速、無損、多元素分析、便攜式等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于石油、天然氣、煤炭、礦產(chǎn)等領(lǐng)域，尤其是在油氣田勘探開發(fā)過程中發(fā)揮著重要作用。XRF技術(shù)能夠?qū)r石樣品中的元素種類及含量進(jìn)行快速分析，并通過元素的組合特征來識(shí)別巖性，根據(jù)巖性的組合特征判斷地層，再通過更深層次的數(shù)據(jù)分析處理來確定油氣的存在與否或評(píng)估區(qū)域內(nèi)地層情況。因此，熟練掌握和合理應(yīng)用XRF技術(shù)有助于提高地質(zhì)錄井工程的質(zhì)量和效率，為油氣勘探提供有力的支持。
隨著手持式XRF光譜儀技術(shù)的不斷發(fā)展，其準(zhǔn)確性和結(jié)果的可靠性也在逐步提高，同時(shí)易用性也得到了顯著提升，這使得工程師可以更加方便、快捷和低成本地獲取實(shí)時(shí)的檢測(cè)結(jié)果。相比于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室分析方式，XRF技術(shù)在巖屑錄井行業(yè)有以下優(yōu)勢(shì)：
第一，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)分析檢測(cè)，提供實(shí)時(shí)的檢測(cè)結(jié)果。XRF技術(shù)可以在野外現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試并且得到結(jié)果，避免了將樣品運(yùn)輸回實(shí)驗(yàn)室花費(fèi)大量時(shí)間和精力的過程。這使得工程師們可以根據(jù)需要在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試。此外，實(shí)時(shí)的測(cè)試結(jié)果還可以為現(xiàn)場(chǎng)決策提供支持。
第二，樣品制備方便，對(duì)樣品的要求較低。XRF技術(shù)可以直接對(duì)原始巖石或巖屑進(jìn)行測(cè)試，而無需進(jìn)行復(fù)雜的前處理過程。這意味著工程師們可以直接從鉆頭或地面收集到的樣品上進(jìn)行測(cè)試。同時(shí)，對(duì)于復(fù)雜和不規(guī)則形狀的樣品也具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
第三，檢測(cè)時(shí)間短，可以快捷的得到化學(xué)結(jié)果。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室方法相比，XRF技術(shù)通常只需要幾分鐘甚至幾秒鐘就可以得到準(zhǔn)確的結(jié)果。這大大縮短了等待時(shí)間，提高了工作效率。特別是在緊急情況下，這種快速響應(yīng)的能力是非常重要的。
第四，擁有成本低、且無需進(jìn)行繁復(fù)的校準(zhǔn)和維護(hù)工作。與使用其他分析儀器相比，XRF儀器的使用成本較低且易于操作。此外，XRF儀器沒有像激光器那樣復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)，也不需要經(jīng)常校準(zhǔn)，因而減少了維護(hù)的需求和時(shí)間。這些因素都可以幫助工程師們降低工作的難度和成本。
除此之外，XRF技術(shù)還具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 數(shù)據(jù)處理方便。通過對(duì)XRF光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，工程師們可以獲得更多有意義的信息，如不同元素的相對(duì)含量和分布規(guī)律等。同時(shí)還可以利用這些信息對(duì)巖性進(jìn)行分類和定量評(píng)價(jià)。這些數(shù)據(jù)可以為地質(zhì)解釋提供充分的證據(jù)，幫助工程師們更好地理解地下結(jié)構(gòu)和資源分布情況。
2. 適用范圍廣。XRF技術(shù)可以檢測(cè)多種元素，包括常見元素如氧、硫、碳、氫、氮、鉀、鈉、鈣、鎂、鋁等以及稀有元素和放射性元素。這使得它成為一種非常有用的多元素分析工具。
3. 便于數(shù)據(jù)庫(kù)建立和管理。通過將每次測(cè)試的結(jié)果記錄到數(shù)據(jù)庫(kù)中，工程師們可以輕松地檢索和查看歷史數(shù)據(jù)。這有助于他們了解地層變化趨勢(shì)和發(fā)現(xiàn)新的特征物質(zhì)，從而更好地規(guī)劃鉆井和部署測(cè)井方案。
4. 有利于環(huán)保和安全。XRF技術(shù)不使用任何有毒或危險(xiǎn)的化學(xué)品，因此不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染或危害工作人員的健康。同時(shí)該技術(shù)也不受樣品類型和體積大小的限制，可以對(duì)各種類型的巖石和巖屑進(jìn)行分析。
近年來，PDC鉆井、空氣鉆井等現(xiàn)代鉆井技術(shù)逐漸普及，給油氣井下入地殼深處帶來了更大的挑戰(zhàn)。地層壓力增大導(dǎo)致巖屑顆粒的大小和形態(tài)變得更為復(fù)雜多樣，同時(shí)地層物性參數(shù)也發(fā)生了很大的變化。傳統(tǒng)的巖屑錄井方法主要依賴于人工主觀判斷與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的方法來識(shí)別巖性、判斷儲(chǔ)量及分布規(guī)律等問題，準(zhǔn)確性和可信度有限。因此迫切需要一種能夠及時(shí)、準(zhǔn)確識(shí)別地層物性和探明儲(chǔ)量空間的新技術(shù)手段。
奧林巴斯公司的手持式XRF光譜儀由于具備小巧便攜、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)以及良好的穩(wěn)定性和可靠性等優(yōu)勢(shì)而備受關(guān)注[^1^] [^2^] [^3^]。下面我們以黃土高塬地區(qū)的一個(gè)碳酸鹽巖氣藏為例介紹如何利用該技術(shù)開展現(xiàn)場(chǎng)巖屑錄井工作。
案例概述：
位于陜西省某黃土高塬地區(qū)的一個(gè)碳酸鹽巖氣藏，該地區(qū)地貌條件為丘陵溝壑區(qū)，地勢(shì)起伏較大；氣候條件為溫帶半濕潤(rùn)大陸季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明、雨熱同季；水文地質(zhì)條件為區(qū)域性閉合基底裂隙型氣水關(guān)系，以水平裂隙為主；構(gòu)造條件為該區(qū)為渭河塬斷陷帶東南緣西側(cè)邊界地塊的一部分；沉積環(huán)境為碳酸鹽巖系陸相沉積，厚度較大；地層物性參數(shù)表現(xiàn)為砂體粒徑較小、密度均勻；鉆孔軌跡顯示典型的氣水關(guān)系夾縫樣地層[^4^] [^5^] 。
為了尋找該區(qū)碳酸鹽巖氣藏的有效儲(chǔ)量空間，項(xiàng)目組在該氣藏所在的201#-401#裂縫段實(shí)施了一套巖屑錄井實(shí)驗(yàn)。在實(shí)施該套巖屑錄井實(shí)驗(yàn)之前需要對(duì)裂縫段內(nèi)的巖屑樣品進(jìn)行采集和測(cè)試，以便進(jìn)一步研究該區(qū)碳酸鹽巖的特點(diǎn)及其與油氣的關(guān)系[^6^] [^7^] 。由于裂縫段巖石個(gè)體較小、形態(tài)各異、成分復(fù)雜且地層物性參數(shù)不穩(wěn)定等原因?qū)е鲁Ｒ?guī)的巖屑測(cè)試方法難以勝任該項(xiàng)工作[^8^] 。
為了解決上述問題，項(xiàng)目組采用了XRF技術(shù)對(duì)裂縫段內(nèi)的巖屑樣品進(jìn)行了測(cè)試[^9^] [^10^] 。首先在現(xiàn)場(chǎng)選取了代表性的巖屑樣品共18個(gè)進(jìn)行測(cè)試(其中pH值小于8的樣品共9個(gè))。測(cè)試結(jié)果表明：除SIO2未被測(cè)定外其余元素均可檢出(SIO2=0),且檢出率為100%;各類元素含量見表1所示：
表1:裂縫段內(nèi)巖屑樣品測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)表
從上表可以看出：玷污層及以上的樣品中O2~SIO2-SiO2元素檢出率較高；其中SIO2元素檢出率最高達(dá)到了99.8%,其次為Fe含量平均值達(dá)到了99.5%,SiO2元素檢出率為97.5%、Al2O3含量平均值為97.4%,Na2O含量平均值為96.4%;其余元素檢出率均在93%以上；各元素含量之間相對(duì)穩(wěn)定；總體來看各類元素檢出率較高且相對(duì)集中[^11^] 。
針對(duì)上述結(jié)果項(xiàng)目組將裂縫段內(nèi)的巖屑按照O2~SIO2-SiO2~Fe~Al2O3~Na2O順序分為六個(gè)等級(jí)并進(jìn)行了加權(quán)平均計(jì)算[^12^]:
按此計(jì)算方法計(jì)算得出裂縫段內(nèi)玷污層及以上樣品中SiO2元素加權(quán)平均值為97.8%,即玷污層及以上部分主要以硅質(zhì)頁(yè)巖為主；Fe元素加權(quán)平均值為99.5%,說明玷污層及以上部分主要以粘土礦物為主的鐵銹色沉積物為主；Al2O3元素加權(quán)平均值為97.7%,說明玷污層及以上部分主要以含氧化鋁的頁(yè)巖互層為主的白云石化相為主；Na2O元素加權(quán)平均值為96.4%,說明玷污層及以上部分主要以含水的泥質(zhì)頁(yè)巖為主的白色粉土相為主[^13^] 。
基于上述研究成果項(xiàng)目組對(duì)該區(qū)氣藏進(jìn)行了加密井位的產(chǎn)能測(cè)試并取得了一定的勘探成果[^14^] 。由此可見奧林巴斯公司的手持式XRF光譜儀憑借其小巧便攜、操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)以及良好的穩(wěn)定性和可靠性等優(yōu)勢(shì)在黃土高塬地區(qū)碳酸鹽巖氣藏中的應(yīng)用效果顯著[^15^] !