CN106840992B - 致密湖相泥晶白云岩的晶间孔面孔率的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种致密湖相泥晶白云岩的晶间孔面孔率的确定方法。该方法包括以下：获取白云岩样品，将样品磨制成40‑80μm厚的薄片，在薄片的待侧面镀上导电膜；将薄片固定在样品台上，置于电子探针样品室；利用电子探针测量出含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量；根据含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量，确定含铁白云石的分子表达式；根据此分子表达式，确定含铁白云石的晶间孔面孔率σ1；根据含铁白云石在白云岩中的质量百分比含量，确定白云岩的晶间孔面孔率σ2。本发明提供的技术方案能够快速有效地确定泥晶白云岩的晶间孔面孔率。
Description
技术领域
本发明涉及一种致密湖相泥晶白云岩的晶间孔面孔率的确定方法，属于石油地质勘探技术中的储层评价领域。
背景技术
储层评价技术是石油地质勘探领域中非常重要的技术之一，储集岩的孔洞发育情况直接决定了油气藏的规模和产油能力，其中孔隙度或者面孔率的计算是油气储层评价中的最重要内容之一(罗蛰潭和王允诚，油气储集层的孔隙结构，北京，科学出版社，1986)，学者们通过严谨的微积分数学模型精确推导出如下结论：从统计学意义上来讲，线孔隙度、面孔隙度与体积孔隙度是相等的(李传亮，油藏工程原理，北京，石油工业出版社，2011)，因此计算出的面孔率值可等同于体积孔隙度值。
近年来，勘探家们在柴达木盆地英西地区致密湖相泥晶白云岩中发现了规模巨大的油气藏(袁剑英等，咸化湖盆碳酸盐岩储层特征及孔隙形成机理—以柴西地区渐新统下干柴沟组为例，地质论评，v62,n1，p.111-126，2016；黄成刚等，柴西地区渐新统湖相白云岩储层地球化学特征及形成机理，地学前缘,v23，n3，p.230-242，2016)，通过研究发现，储集层的储集空间类型主要为含铁白云石晶间孔，孔径大多小于1μm，这种数量巨大但孔径极小的微孔隙几乎超过了偏光显微镜的分辨能力，岩石被磨制成铸体薄片后放置到偏光显微镜下，仅能看到孔隙发育处微微泛蓝，呈弥散状分布；但在场发射环境扫描电镜的超微观条件下，含铁白云石晶间孔清晰可见。
地质学家们在测定常规碎屑岩如砂岩铸体薄片的面孔率时，通常采用高压将有色环氧树脂灌注到岩石孔隙中，然后将磨制成30μm的岩石铸体薄片放置到偏光显微镜下获取图像，再计算图像中的孔隙面积占整个视域面积的百分比，即面孔率值(国家发展和改革委员会，SYT5913-2004岩石制片方法，p.1-9，2004；黄成刚等，咸化湖盆中酸性流体对碎屑岩储层的改造作用，地球科学与环境学报，v36，n3，p.52-60，2014)，然而，在致密湖相泥晶白云岩的铸体薄片中，孔隙发育区无法有效提取并计算面积，纳米级(或稍大)的晶间微孔的面孔率估算一直为行业内的一个难题。虽然这些晶间微孔在超微观条件下清晰可见，但在放大数万倍的场发射电镜下观察到的微区面孔率又不能准确代表整个岩石样品的面孔率。
目前，尚未见到文献公开报道解决这一难题的方法和途径。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种致密湖相泥晶白云岩的晶间孔面孔率的确定方法，该方法能够快速有效地确定白云岩的晶间孔面孔率。
为达到上述目的，本发明提供了一种致密湖相泥晶白云岩的晶间孔面孔率的确定方法，其包括以下步骤：
获取白云岩样品，将样品磨制成40-80μm厚的薄片，在薄片的待侧面镀上导电膜；
将薄片固定在样品台上，置于电子探针样品室；
利用电子探针确定出白云岩中的含铁白云石，并测量出含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量；
根据含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量，确定含铁白云石的分子表达式；
根据含铁白云石的分子表达式，确定含铁白云石在形成过程中产生的收缩晶间孔面孔率σ1；
根据含铁白云石在白云岩中的质量百分比含量，确定白云岩的面孔率σ2。
本发明提供的技术方案通过对白云岩中的含铁白云石进行测量，获取含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量，在此基础上建立含铁白云石的分子表达式，再根据含铁白云石晶间孔面孔率计算公式，获得含铁白云石形成过程中产生收缩晶间孔面孔率，最后通过测量白云岩样品中含铁白云石的质量百分比含量，得到白云岩的晶间孔面孔率。
在上述方法中，优选地，所述导电膜为碳膜或金膜。
在上述方法中，优选地，根据含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量，确定含铁白云石的分子表达式包括：
根据含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量，计算得到含铁白云石中CaO、MgO和FeO的摩尔份数之比；
将含铁白云石中CaO、MgO和FeO的摩尔份数之比转换成1:a:b的形式，由此确定出含铁白云石的分子表达式为
Ca[Mg(a)Fe(b)](CO3)(a+b+1)
在上式中，由于铁子啊白云石晶格组成中只取代部分镁，因此a+b+1＝2；因此，上式可以进一步转化为式1所示的表达式
Ca[Mg(a)Fe(b)](CO3)2 式1
在式1中，a+b＝1。
在上述方法中，优选地，根据含铁白云石的分子表达式，确定含铁白云石在形成过程中产生的收缩晶间孔面孔率包括：
根据含铁白云石的分子表达式，确定1摩尔含铁白云石的体积V含铁白云石；
根据式2所示的计算公式，确定含铁白云石在形成过程中产生的收缩晶间孔面孔率
σ1＝(2×V方解石－V含铁白云石)/V含铁白云石 式2
在式2中，σ1为含铁白云石在形成过程中产生的收缩晶间孔面孔率；V方解石为1摩尔方解石的体积，其值为固定常数36.80，单位为cm3；V含铁白云石为1摩尔含铁白云石的体积，单位为cm3。在本发明提供的技术方案中，方解石和含铁白云石的摩尔体积是按以下公式计算得到的
摩尔体积＝摩尔质量/密度
以方解石为例，其摩尔质量为100.0892g/mol，密度为2.72g/cm3，故1摩尔方解石的体积V方解石＝36.80cm3。
在上述方法中，优选地，所述V含铁白云石的计算公式如式3所示
V含铁白云石＝MCa[Mg(a)Fe(b)](CO3)2/2.86 式3
在式3中，M Ca[Mg(a)Fe(b)](CO3)2为含铁白云石Ca[Mg(a)Fe(b)](CO3)2的分子量。
在上述方法中，优选地，根据含铁白云石在白云岩中的质量百分比含量，确定白云岩的晶间孔面孔率σ2包括：
获取白云岩中含铁白云石的质量百分比含量；
将含铁白云石在形成过程中产生的收缩晶间孔面孔率σ1×白云岩中含铁白云石的质量百分比含量，即为白云岩的晶间孔面孔率σ2。
在本发明提供的技术方案中，所述含铁白云石为白云岩中的一种矿物颗粒，在测量含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量时，可以从目标区域内获取多个白云岩样品，并对获取的白云岩样品中的多个含铁白云石进行测量，以获取所测含铁白云石中CaO、MgO和FeO的平均质量百分比含量；同样的，也可以对获取的多个白云岩样品进行测量以获取白云岩中含铁白云石的平均质量百分比含量。例如可以从目标区域中获取9块白云岩样品，对这9块白云岩样品中38颗含铁白云石进行测量，以得到CaO、MgO和FeO的平均质量百分比含量，然后对这9块白云岩样品进行测量，获得含铁白云石的平均质量百分比含量。
在上述方法中，优选地，利用X射线衍射仪获取白云岩中含铁白云石的质量百分比含量。
在上述方法中，优选地，所述电子探针包括日本岛津公司生产的EPMA-1720型电子探针。
在上述方法中，优选地，所述薄片的厚度为50μm；更优选地，所述薄片的面积为19-25cm2；进一步优选为直径为2.5cm的圆形或边长为5cm的正方形。
在上述方法中，优选地，该方法还包括根据含铁白云石的分子表达式，确定其含铁白云石化机理方程，所述含铁白云石化机理方程如式4所示
(a+b+1)CaCO3+aMg2++bFe2+→Ca[Mg(a)Fe(b)](CO3)(a+b+1)+(a+b)Ca2+ 式4。
本发明的有益效果：
1)本发明提供的技术方案不需要借助图像成像技术，克服了偏光显微镜技术无法通过图像对孔隙发育区进行提取和计算，以及场发射环境扫描电镜观察到的微区面孔率不能代表整个岩石样品的面孔率的问题；
2)本发明提供的技术方案快速方便，最终获得的岩石面孔率与氦气法实测的体积孔隙度具有极高的吻合度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的致密湖相泥晶白云岩的晶间孔面孔率的确定方法的流程图；
图2为柴达木盆地Y地区S41-6-1井致密湖相泥晶白云岩铸体薄片的显微镜图；
图3为柴达木盆地Y地区S41-6-1井致密湖相泥晶白云岩的场发射环境扫描电镜图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例
本实施例提供了一种致密湖相泥晶白云岩的晶间孔面孔率的确定方法(其主要流程如图1所示)，该方法包括以下步骤：
1)本实施例以柴达木盆地Y地区S41-6-1井作为研究对象，从中获取9块白云岩样品，将待测样品分别磨制成50μm厚的薄片，不加盖玻片，薄片面积可以为直径为2.5cm的圆形，也可以是边长为5cm的正方形，或者为面积介于上述之间的其他不规则形状；
2)利用镀膜仪在薄片的待测面上镀上一层用于导电的碳(C)膜，也可以用金(Au)膜代替，再用导电胶布和样品夹将薄片固定于电子探针的专用样品台上；
3)利用电子探针精确确定白云岩中的含铁白云石，并测量出含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量(该质量百分比含量是基于9块白云岩样品中的38个含铁白云石的测量取平均值)，含铁白云石中CaO、MgO和FeO的平均质量百分比含量MCaO、MMgO和MFeO分别为24.716％、17.024和1.264％；
4)根据含铁白云石中CaO、MgO和FeO的平均质量百分比含量，计算得到CaO、MgO和FeO三者的摩尔份数之比为(MCaO/56.0794)︰(MMgO/24.0112)︰(MFeO/71.846)＝0.441︰0.422︰0.018，将该比值进一步转换为1︰0.96︰0.04；
根据式1所示的含铁白云石的分子表达式，可以确定a＝0.96，b＝0.04；由此确定含铁白云石的分子表达式为Ca(Mg0.96Fe0.04)(CO3)2；
5)含铁白云石在形成过程中产生的收缩晶间孔面孔率的计算公式如式2所示
σ1＝(2×V方解石－V含铁白云石)/V含铁白云石 式2
在式2中，σ1为含铁白云石在形成过程中产生的收缩晶间孔面孔率；V方解石为1摩尔方解石的体积，单位为cm3，V方解石＝36.80cm3；V含铁白云石为1摩尔含铁白云石的体积，单位为cm3；
在式2中，V含铁白云石＝M Ca[Mg(a)Fe(b)](CO3)2/2.86＝(40.8+24.305×0.96+55.847×0.04+12.011×2+15.9994×6)/2.86＝64.92cm3；
根据含铁白云石的分子表达式可以得到其含铁白云石化机理方程式为：2CaCO3+0.96Mg2++0.04Fe2+→Ca(Mg0.96Fe0.04)(CO3)2+Ca2+，由该方程式可以得知：
当0.96摩尔Mg2+离子和0.04摩尔的Fe2+离子取代2摩尔CaCO3中的1摩尔Ca2+离子后，转化为1摩尔Ca(Mg0.96Fe0.04)(CO3)2，会造成岩石体积缩小从而形成收缩晶间孔；
1摩尔方解石的体积V方解石＝36.80cm3，1摩尔Ca(Mg0.96Fe0.04)(CO3)2的体积V含铁白云石＝64.92cm3，含铁白云石化作用会造成体积缩小8.67cm3，相对于1摩尔含铁白云石的体积(64.92cm3)来说，面孔率为13.36％；
6)获取白云岩中含铁白云石的质量百分比含量，利用X射线衍射仪(该X射线衍射仪为荷兰产的帕纳科Empyrean锐影)精确测量出每一块白云岩样品中含铁白云石的质量百分比含量，由此求得9块白云岩样品中含铁白云石的平均质量百分比含量为51％，从而计算出白云岩的面孔率σ2＝σ1×51％＝6.8％。
图2为柴达木盆地Y地区S41-6-1井致密湖相泥晶白云岩铸体薄片的显微镜图，从图中可以看出含铁白云石晶间孔呈弥散状广泛发育，然而该图无法准确提取致密湖相泥晶白云岩中晶间孔的孔隙面积；
图3为柴达木盆地Y地区S41-6-1井致密湖相泥晶白云岩的场发射环境扫描电镜图，从图中可以看出孔隙的发育特征，含铁白云石晶间孔清晰可见，然而该图无法代表整块白云岩样品。
为了检验这一结果的可靠性，将本发明实施例得到的结果与氦气法实测的体积孔隙度进行对比，发现两者具有极高的吻合度；可见，本发明提供的技术方案是可靠的。
Claims (10)
1.一种致密湖相泥晶白云岩的晶间孔面孔率的确定方法，其特征在于，该确定方法包括以下步骤：
获取白云岩样品，将样品磨制成40-80μm厚的薄片，在薄片的待侧面镀上导电膜；
将薄片固定在样品台上，置于电子探针样品室；
利用电子探针确定出白云岩样品中的含铁白云石，并测量出含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量；
根据含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量，确定含铁白云石的分子表达式；
根据含铁白云石的分子表达式，确定含铁白云石的晶间孔面孔率σ1；
根据含铁白云石的分子表达式，确定1摩尔含铁白云石的体积V含铁白云石；
根据式2所示的计算公式，确定含铁白云石在形成过程中产生的晶间孔面孔率
σ1=(2×V方解石－V含铁白云石) / V含铁白云石 式2
在式2中，σ1为含铁白云石在形成过程中产生的晶间孔面孔率；V方解石为1摩尔方解石的体积，其为固定常数36.80cm3；
根据含铁白云石在白云岩中的质量百分比含量，确定白云岩的晶间孔面孔率σ2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量，确定含铁白云石的分子表达式包括：
根据含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量，计算得到含铁白云石中CaO、MgO和FeO的摩尔份数之比；
将含铁白云石中CaO、MgO和FeO的摩尔份数之比转换成1:a:b的形式，由此确定出含铁白云石的分子表达式为
Ca[Mg(a)Fe（b）](CO3)2 式1
在式1中，a+b=1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述V含铁白云石的计算公式如式3所示
V含铁白云石=/ 2.86 式3
在式3中，为含铁白云石Ca[Mg(a)Fe（b）](CO3)2的分子量。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，利用电子探针测量出含铁白云石中CaO、MgO和FeO的质量百分比含量时，测量至少十个含铁白云石，获取所测含铁白云石中CaO、MgO和FeO的平均质量百分比含量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定目标岩石的面孔率σ2包括：
获取白云岩中含铁白云石的质量百分比含量；
将含铁白云石在形成过程中产生的晶间孔面孔率σ1×白云岩中含铁白云石的质量百分比含量，即为白云岩的晶间孔面孔率σ2。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，利用X射线衍射仪获取白云岩中含铁白云石的质量百分比含量。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电子探针包括日本岛津公司生产的EPMA-1720型电子探针。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄片的厚度为50μm。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述薄片的面积为19-25cm2。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述薄片为边长为5cm的正方形。
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-
2016
- 2016-12-08 CN CN201611120605.XA patent/CN106840992B/zh active Active
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|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Biocompatibility of Porous Spherical Calcium Carbonate Microparticles on Hela Cells;Y. R. ZHANG ET AL.;《World Journal of Nano Science and Engineering》;20121231;第25-30页 |
| 四川盆地中二叠统中－粗晶白云岩成因;江青春 等;《石油与天然气地质》;20140831;第35卷(第4期);第503-510页 |
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