錄井現場碳酸鹽巖分析技術探討

梅向東

（大慶鉆探工程公司地質錄井一公司，黑龍江大慶163000）

1 概述

隨著大慶油田進入開發中后期，原油產量下降，持續高產穩產壓力增大，油田實施以氣補油戰略，加大了對非常規油氣資源的勘探力度，勘探區域由松遼盆地向塔里木油田東部及川渝地區轉變。松遼盆地地層巖性以砂泥巖、火山巖為主，塔東及川渝地區目的層巖性以碳酸鹽巖為主，主力儲層巖性差別較大，相應的分析化驗技術手段發生變化。地質錄井在現場負責巖性識別、地層剖面歸位等工作，碳酸鹽巖主要以白云巖和灰巖為主，代表性礦物為白云石、方解石，由于白云石和方解石特征相近，加之錄井現場巖屑顆粒細碎、缺乏有效技術手段，肉眼難以準確識別。現階段錄井現場主要使用碳酸鹽分析儀識別巖屑，該儀器是一種間接的分析手段，在錄井現場碳酸鹽巖分析中存在一定局限性，由于現場人員操作不規范，導致巖性識別存在一定誤判[1-2]，必須加強對碳酸鹽巖分析技術研究。現階段隨著元素分析方法在錄井應用越來越普遍，應用元素分析方法分析碳酸鹽巖具有一定的技術優勢，增加了錄井識別碳酸鹽巖的手段。因此，加強錄井現場碳酸鹽巖分析技術研究，提升新技術應用效果，對于提升錄井資料質量具有較大意義。

2 碳酸鹽巖分析儀技術原理

2.1 碳酸鹽巖的組成及與鹽酸反應

碳酸鹽巖主要有方解石和白云石兩種碳酸鹽礦物組成，以方解石為主的稱石灰巖，以白云石為主的稱為白云巖，方解石化學成分主要是CaCO3，理想的白云石化學成分是CaMg(CO3)2。由于灰巖與白云巖的的化學成分不同，與鹽酸反應的速度也不相同。實驗室分析表明，CaCO3與HCl反應的速度遠遠高于與CaMg(CO3)2的反應速度。根據大量測試得出以下幾種情況：

（1）灰巖（主要成分CaCO3）反應速度大于白云巖[主要成分CaMg(CO3)2]。

（2）白云質灰巖或灰質白云巖中先是灰質部分進行快速反應，隨反應時間的延長，剩下只有白云質的成分反應。

2.2 碳酸鹽巖分析儀工作原理

碳酸鹽巖分析儀組成部分有反應釜、壓力傳感器、信號轉換裝置、數據傳輸線路等，具體工作原理是將一定量的碳酸鹽巖樣品置于反應釜中，加入一定體積固定濃度的鹽酸，在密封的反應釜中，鹽酸與碳酸鹽巖反應產生二氧化碳氣體，反應釜中壓力上升，通過壓力傳感器測定反應釜中壓力，根據壓力變化情況來分析碳酸鹽巖中方解石或白云石的百分含量。

目前常用的碳酸鹽含量測定儀主要有天津陸海碳酸鹽巖分析儀和神開碳酸鹽巖分析儀，都是通過測量巖樣和鹽酸反應產生的CO2氣體的壓力，建立一條碳酸鹽含量隨壓力變化的函數曲線，間接得出碳酸鹽巖的含量，從而反映樣品中的礦物組成，實現對碳酸鹽巖的識別定名[3]。碳酸鹽巖與鹽酸反應的壓力曲線如圖1所示，曲線X坐標對應反應時間，縱坐標對應碳酸鹽巖中灰質和白云質含量總和。

圖1 碳酸鹽巖與鹽酸反應曲線

3 碳酸鹽巖分析儀工作條件影響因素

3.1 碳酸鹽巖分析儀影響因素

據以上碳酸鹽巖分析工作原理可知，碳酸鹽巖分析儀分析結果受到多種因素的影響，其中，環境溫度影響反應釜中壓力測量及鹽酸與碳酸鹽反應的劇烈程度，鹽酸濃度也影響與碳酸鹽巖的反應速度，碳酸鹽巖顆粒研磨的越細，與鹽酸接觸面積越大，反應速度越快。此外，反應時間的長短直接影響碳酸鹽巖中白云石成分的測定，反應時間越長，白云質成分與鹽酸反應越徹底，測定的結果準確度越高。

3.2 影響因素的實驗分析

為了分析不同因素對碳酸鹽分析結果的影響，分析可能的影響因素，通過控制單一條件因素發生變化，其它條件不變，分析單一條件對反應結果的影響程度，選擇最佳的反應條件。為此，應用標準的碳酸鹽巖樣品，分析環境溫度、樣品研磨程度、鹽酸濃度、反應時間等條件對分析結果的影響，選擇最佳的反應條件，制定碳酸鹽分析的標準。

4 碳酸鹽巖分析儀影響因素試驗分析

4.1 環境溫度影響分析

為了分析環境溫度對碳酸鹽巖分析結果的影響，使用標準的碳酸鹽巖樣品，使用天平稱取1g碳酸鹽巖樣品，置于反應釜中，滴管滴5mL濃鹽酸（鹽酸濃度20%），反應時間6min，保持這些反應條件，改變環境溫度，分別設定反應溫度10℃、15℃、20℃、25℃、30℃，分析標準碳酸鹽巖樣品，結果誤差如圖2所示，從圖中可以看出，溫度越低，測定的結果誤差越大，溫度達到25℃后，測定結果誤差小于1%，考慮錄井現場實際情況，設定反應最佳溫度為25℃，以下實驗溫度均在25℃下進行。

圖2 溫度對碳酸鹽巖分析儀影響

4.2 碳酸鹽巖研磨程度影響分析

碳酸鹽巖顆粒粒徑越小，單位質量碳酸鹽巖與鹽酸接觸面積越大，反應的速度也越快。為了分析碳酸鹽巖粒徑對反應結果的影響，使用標準的碳酸鹽巖樣品，使用天平稱取1g碳酸鹽巖樣品，置于反應釜中，滴管滴5mL濃鹽酸（鹽酸濃度20%），反應時間6min，反應溫度為25℃，保持這些反應條件，分別研磨碳酸鹽巖樣品，過200目、160目、60目粒徑樣品篩，測定不同粒徑碳酸鹽顆粒與鹽酸的反應情況，反應結果如圖3所示。

圖3 碳酸鹽巖研磨程度對分析結果的影響

從圖3中可以看出，相同的碳酸鹽巖樣品，碳酸鹽顆粒研磨越細，單位質量碳酸鹽巖顆粒與鹽酸接觸面積越大，反應越充分，測定的CaCO3及CaMg(CO3)2含量越高，也越接近真實含量，根據錄井現場條件，碳酸鹽巖顆粒研磨至200目為宜。

4.3 鹽酸濃度影響分析

鹽酸濃度越大，與碳酸鹽巖反應的速度也越快，為了分析碳酸鹽巖濃度對反應結果的影響，使用標準的碳酸鹽巖樣品，使用天平稱取1g碳酸鹽巖樣品，置于反應釜中，滴管滴5mL濃鹽酸，反應時間6min，反應溫度為25℃，保持這些反應條件，改變鹽酸的濃度8%、12%、16%、18%，測定結果如圖4所示。

圖4 白云巖與不同濃度鹽酸反應關系圖

從圖4中可以看出，相同時間內，鹽酸濃度越大，與碳酸鹽反應速度越快。

4.4 反應時間對分析結果的影響

鹽酸與碳酸鹽巖反應時間越長，反應的越充分，為了分析碳酸鹽巖濃度對反應結果的影響，使用標準的碳酸鹽巖樣品，使用天平稱取1g碳酸鹽巖樣品，置于反應釜中，滴管滴5mL濃鹽酸，反應溫度為25℃，保持這些反應條件，記錄12min內碳酸鹽巖樣品與鹽酸分反應情況，結果如圖5所示。

從圖5中可以看出，灰巖（CaCO3）與鹽酸反應較快，在很短時間內反應完全，灰巖對反應時間要求較小。白云巖[CaMg(CO3)2]與鹽酸反應較慢，隨著反應時間的進行，白云石慢慢反應完全，反應時間12min基本滿足反應要求。

圖5 反應時間對碳酸鹽巖分析結果影響

以上實驗結果表明，為了保證碳酸鹽巖分析儀分析的準確性，碳酸鹽巖分析的最佳條件是25℃，樣品研磨至200目，鹽酸濃度18%，白云巖樣品反應時間需達到12min。

5 結論

碳酸鹽分析儀通過檢測壓力變化，來分析碳酸鹽巖與鹽酸反應產生的氣體量，達到分析碳酸鹽巖中方解石、白云石含量的目標，是一種間接的分析方法，為了保證分析的準確性，碳酸鹽巖分析的最佳條件是25℃，樣品研磨至200目，鹽酸濃度18%，白云巖樣品反應時間需達到12min。