粘土矿物X衍射分析—张秉顺.ppt

* 喀那斯湖 发言人:华北油田研究院实验中心 张秉顺 粘土矿物X衍射分析中 I/S与吸附气及S%＜15时I、I/S定量分析方案 粘土矿物代号： I/S—伊蒙混层 S%或%S—混层比（伊蒙混层中蒙皂石层的含量）。 I —伊利石 K —高岭石 C—绿泥石 主要目的：推出粘土矿物分析中S%＜15时I、I/S定量分析方案 原因：页岩气勘探开发热潮 I/S与吸附气 —— （ I/S 重要性）—— 方法现状（存在问题）——解决方案 一、I/S与吸附气 页岩气分为游离气和吸附气，其中吸附气约占50-10%，一说为80-20%。如Curtis（美）定义的“现代页岩气的概念，认为页岩气可以是储存在天然裂隙和粒间孔隙中的游离气，也可以是干酪根和页岩颗粒表面的吸附气或是干酪根和沥青中的溶解气，吸附作用是页岩气聚集的基本方式之一，吸附气含量可占页岩气总含量的20%~85%。” 游离气游离于微孔隙、微裂缝中，这一点没有争议也很好理解。而吸附气一般认为赋存于粘土矿物及有机质表面，因粘土矿物含量远高于有机质，因此可以说吸附气主要赋存于粘土矿物表面，这也是普遍的观点。我们从I/S晶体结构特点出发在此大胆提出一个全新的观点： 吸附气不仅赋存于粘土矿物表面，而且还被I/S吸收进I/S晶体层间。泥页岩中的I/S是吸附气的重要载体。 此观点可以由粘土矿物的X 衍射分析实验完证。 经乙二醇蒸汽饱和处理后，I/S晶面间距由1.05nm增加到1. 15nm，此时的S %为15（见图1），而当S %为20时，I/S晶面间距会增加到1.21 nm。I/S具有很强的将气体分子吸收进晶面层间的能力已毋庸置疑。 1.05nm 1.15nm 1.07nm 1.21nm S % =15 S % =20 此观点可以很好的解释页岩气藏的这样一种现象：成熟度越低，吸附气比例越高，成熟度越高，吸附气比例越低。见表1： 吸附气比例越低 I/S层间吸收气体分子能力越弱→ S%越小→ 成熟度越高→ 吸附气比例越高 I/S层间吸收气体分子能力越强→ S %越大→ 成熟度越低→ 二、粘土分析方法现状： 总得来说，已形成行业标准的《粘土矿物相对含量X 衍射分析方法》已经基本解决了粘土矿物相对含量的定量分析问题（绿），但仍然存在几个难题未能完善，当S%＜15时I、I/S的定量问题即是之一（红），而自生自储的页岩气恰恰生成于这一层段。在常规油气田的勘探开发中，因S%＜15的样品很少，此问题尚不显突出，亦因未有好的解决方案，行业标准中也一直在回避这个问题。而当非常规油气田比如页岩气的勘探开发进行时，会有大量的S%＜15的样品需做粘土矿物相对含量分析，原因很简单，S%＞15时是生油阶段， S%＜15时地层进入生气阶段 ： 页岩气 1 . 3 S%＜15 中成岩 B 低成熟| -成熟 原油为主 0 . 5～1 . 3 S%=50-15 中成岩 A 半成熟 0 . 35～0 . 5 S%=70-50 早成岩 B 未成熟 Ro0 . 35 S%＞70 早成岩 A 当S%＜15时I、I/S的衍射峰严重重叠，当S%＞20时行之有效的分峰技术，此时也难以解决 。 此前这种情况有两种处理方法： 一是不计算，合并单元格，将I/S、I合并做一项给出数据，并文字说明为：这一部分为混层比为10 %的 I/S与I的混合体。 二是凭经验计算，见表，数据差别非常大，无法接受。 *目前多数单位都在采用经验算法。 每天都有这样混乱的数据在产生！ 为迎接即将到来或已经到来的大量的泥页岩X衍射分析样品，建立一个统一的、合理的且人为误差最小的S%＜15时I、I/S定量分析方法已刻不容缓。 我们由I/S的衍射特征出发，利用Clayquan粘土矿物定量计算程序的相关谱图处理技术，提出一个虽尚不能称完美但比较合理实用，最接近理想结果且一般衍射工作者均不难掌握的《粘土矿物X衍射分析中S %＜15时I、I/S定量分析方案》，供业内X衍射工作者参考。 10 1 71 28 10 1 43 56 10 1 54 45 10 1 81 18 经验 计算 10 1 99 不计算 LQ1-102 C K I I/S S 混层比%S 方式 样品号 三、S%＜15时I、I/S定量分析方案步骤： 实例：矿物组合为I/S+I+K 其特点是：I含量很高，I/S混层比S%约为10%（见图) 1、应用程序中谱图比较功能，提升E片谱图至与N片重叠，比较1.0nm峰高度（见图3），若两峰高度相同则直接进入步骤3。