X射线荧光元素录井在库车克深区块岩屑岩性识别中的应用

胡书林 王国瓦 陈向辉 胡 伟 王艳彬 买 振 李建成 曾 杰

(①中国石油西部钻探工程公司地质研究院；②中国石油塔里木油田公司勘探开发研究院)

0 引 言

塔里木油田库车克深区块是“西气东输”主力资源区，目的层巴什基奇克组致密裂缝性砂岩储集层埋深普遍在5 500～8 000 m之间。由于钻井成本及工程复杂性因素，取心工作量很少，加之使用PDC钻头，破碎的岩屑粒径小于0.3 mm,颗粒细碎，依靠肉眼观察的传统手段识别岩性较为困难。为实现录井现场快速识别岩性建立地层剖面，通过应用X射线荧光元素分析技术(以下简称XRF)分析岩屑元素含量及组合变化，可以有效解决粉末状岩屑的岩性定名难题[1-4]。利用方差分析方法统计筛选出9种敏感元素，通过克深区块多口井元素分析数据处理，初步建立该区岩屑XRF元素识别标准和评价方法(图谱法、单元素及元素比值交会法、三维图板法)，将其用于地质录井粉末状岩屑的岩性识别，应用效果较好。

1 敏感性元素方差分析

1.1 样品数据来源

采用江苏天瑞EDX5500H型能量散射X射线荧光光谱仪，分析范围涵盖原子序数Z 11(Na)-Z 92(U)。根据沉积岩常量元素成分，选取19个国家标准岩石样本进行元素标定，得到35种元素的相对百分含量，完成岩性识别和地层划分需要[5-10]。在库车克深区块XRF元素分析样品大约485个(表1)。

表1 克深区块XRF元素分析取样情况

1.2 方差分析

依据地球化学理论认识和沉积岩中元素含量的一般规律[11-12]，在XRF分析的35种元素中，重点选择17种元素(Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ba、Ti、Mn、Fe、V、Ni、Sr、Zr)，分别按岩心与岩屑运用 SPSS统计分析软件开展敏感元素方差分析，概率值P的结果见表2、表3。

表2 KS 501井与KS 506井岩心XRF敏感元素方差分析结果

1.3 敏感元素确定

根据岩心与岩屑XRF敏感性元素方差分析结果，主要依据概率值P进行显著性分析：0.01

依据概率值P，最终敏感元素定为Si、Fe、Al、Ca、Mn、Mg、Zr、Na、K，其中Al元素虽然敏感性不好，但在沉积岩矿物中普遍存在，故保留。P与S元素因含量太低而去除(表4)。

表3 克深区块岩屑XRF敏感元素方差分析

表4 克深区块岩心与岩屑XRF元素方差敏感分析结果

2 方法的建立

通过对克深区块白垩系巴什基奇克组(K1bs)6口井岩屑、2口井岩心XRF分析实验和上述9种元素数据归纳分析，总结岩性定名方法主要有图谱法、单元素及元素比值交会法、三维图板法。

2.1 图谱法

一般情况下，Si元素代表砂质含量，Fe元素反映泥质含量，Ca元素反映灰质含量。通过克深区块岩屑样品XRF元素分析能谱图，观察XRF元素能谱图中Si、Fe、Ca、Cl、S元素相对含量，可快速、大致判断识别岩性(图1、 图2)。

2.2 单元素及元素比值交会法

选择最能代表泥质含量的Fe元素与代表砂质含量的Si元素作二维交会(图3、图4)，或者使用Si/Fe、K/Na、Al/Na等作二维交会(图5、图6)，可以看出不论是Na元素还是K/Na、Zr/Al、Mg/Ca、Al/Na、Mg/Al比值均无实际作用，其中起决定作用的是 Si、Fe元素及Si/Fe，主要利用这三个参数建立克深区块(K1bs)岩屑元素及元素比值法岩性识别标准(表5)，两种图板显示砂岩、泥岩、砂泥岩过渡区三者分区效果明显。

图1 KS 501井岩心泥岩与细砂岩Si元素谱图

图2 KS 501井岩心泥岩与细砂岩Fe元素谱图

图3 克深区块Fe与Na、Si与Na元素二维交会图板

图4 克深区块Si与Fe元素二维交会图板

图6 克深区块Si/Fe与K/Na二维交会图板

表5 克深区块岩屑(K1bs)XRF元素分析岩性识别标准

2.3 元素及比值三维图板

选择Fe元素、Si元素分别与Si/Fe比值、K/Na比值作三维立体空间交会(图7)。Fe元素、Si元素分别与Si/Fe比值在三维空间呈斜坡带状展布，Fe元素、Si元素分别与K/Na比值在三维空间呈俯卧三角锥体状展布，明显可见起作用的是Si、Fe与Si/Fe比值，砂泥岩分区效果明显，K/Na比值作用有限。

图7 克深区块Si、Fe元素与Si/Fe、K/Na比值三维交会图板

3 实例及应用效果

在克深区块KS 508井应用单元素和元素比值二维交会法岩性判别标准，没有按单个样品分析进行岩性解释，统一在XRF分析数据库依据解释标准，分别按照每段砂层、泥岩层元素均值，建立Si、Fe、Na的砂泥岩线及Si/Fe、K/Na的砂泥岩线，分别提取岩性解释剖面(图8、图9)。从二者比较看，Si/Fe比值法解释剖面效果要好于单元素交会法。

Si/Fe与K/Na比值法解释的岩屑岩性解释剖面与利用电测伽马岩屑归位剖面相比较(图9)，砂岩解释符合率92.1%，泥岩解释符合率95%，过渡岩性解释符合率80%，录井元素XRF岩性解释剖面平均符合率89%，应用效果较好。

图8 KS 508井岩屑元素分析砂岩、泥岩线及解释剖面录井图

建立的克深区块岩屑XRF元素岩性三种判别标准，通过在克深区块多口井应用分析认为，图谱法虽简单但人为随意性较大，三维图板法应用复杂不利于现场推广，二维图板交会法(Si/Fe与K/Na比值)相比单元素含量判别考虑全面，岩性判别准确性高，可有效避免不同井之间元素含量差异导致的判别失误，且使用方便、快速。因此Si/Fe与K/Na二维图板交会法可以在克深区块岩性定名中推广使用。

图9 KS 508井岩屑元素分析比值及解释剖面录井图

4 结束语

利用XRF元素分析技术建立的岩屑岩性识别方法一定程度解决了库车超深井PDC钻头破碎的粉末状岩屑定名难题，提升了元素录井的应用价值，为现场岩屑定量化定名提供了新的技术途径。但在实际应用中需要注意的是，岩心与岩屑、不同区块Si、Fe、Na元素与 Si/Fe、K/Na比值砂泥岩石标准略有差异，需要分别建立适应区块的元素比值判别标准，才具有针对性和适用性。