CC BY
96
УДК 542.08 + 550.84
ВОЗМОЖНОСТИ РЕНТГЕНОФЛУОРЕСЦЕНТНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО МЕТОДА ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ ЭЛЕМЕНТНОГО СОСТАВА КЕРНОВОГО МАТЕРИАЛА
© А. Д. Бадикова1*, Ф. Х. Кудашева1, Г. А. Тептерева2, А. Р. Яхин2, Л. Р. Мухаматдинова1, Р. А. Ялалова1, Н. А. Якунова1, И. Е. Алехина1
1Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32.
2Уфимский государственный нефтяной технический университет Россия, Республика Башкортостан, 450062 г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.
Тел. +7 (347) 229 92 12.
*ЕтаИ: badikova_albina@mail.ги
Для выполнения геологоразведочных работ, оценки месторождения, информации об осадочных комплексах, вскрытых во время бурения скважин, а также разработки залежей нефти и газа необходим анализ керна. В работе изучен состав кернового материала (песчаник, алевролит, доломит) с использованием рентгеноспектрального флуоресцентного анализа. Анализ осуществлялся на энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре EDX-800HS фирмы Shmadzu с рентгеновской трубкой с родиевым анодом в атмосфере вакуума. По результатам исследований элементного состава кернов показано, что в образцах определено 16 элементов -Si, А1, К, Са, С1, S, Ш, Fe, Mg, Zr, Ти, Rb, Sr, Zn, Ва, Си, что позволит, при наличии дополнительных сведений о количестве и степени зрелости органического вещества, а также типе керрогена, выявить оптимальные нефте- и газоносные сланцы. Определение элементного состава горных пород методомрентгенофлуоресцентного спектрального анализа представляет интерес для целенаправленного подбора рецептур технологических жидкостей, включая и буровые промывочные растворы, для улучшения фильтрационно-емкостных свойств коллекторов, повышения устойчивости стенок стволов в процессе бурения и ремонта скважин.
Ключевые слова: энергодисперсионный рентгеноспектральный флуоресцентный анализ, керн, элементный состав.
Введение
Анализ керна необходим для выполнения геологоразведочных работ, оценки месторождения, информации об осадочных комплексах, вскрытых во время бурения скважин, а также разработки залежей нефти и газа. Химический состав керна возможно позволит судить о прямых признаках присутствия и распределения углеводородов, оценки продуктивности скважин, изучения изменчивости характеристик пласта-коллектора, т.е. для анализа тех свойств, которые невозможно оценить путем каротажных измерений в скважине. Аналитический контроль керна необходим для изучения характеристик вмещающих пород (оценить пористость, проницаемость, флюидонасыщенность, плотность минерального скелета, химический состав и структуру пород) и является важным ресурсом для комплексного изучения пласта [1]. Как правило, химический состав керна осуществляется классическими методами анализа (титриметрия, гравиметрия, фотоколориметрия), которые отличаются длительной пробоподготовкой и временем проведения определения. Однако, в настоящее время наряду с классическими методами анализа внедряются и современные методы для определения состава горных пород [2]. Одним из таких методов является рентгенофлуоресцентный спектральный анализ (РФА). В геологии он используется для определения концентраций элементов в образцах горных пород, причем количество одновременно измеряемых элементов в образце около 10-15 элементов. Пределы обнаружения элементов для данного вида анализа составляют ~10-4-10-5% [3]. Диапазон определяемых элементов и границы их обнаружения в РФА зависят от используемой аппаратуры, в область определяемых входят, как правило, элементы от бора до урана включительно. Граница обнаружения зависит от атомного номера элемента, например, для фосфора граница обнаружения составляет 0.01%, для элементов начала ванадиевого периода оценивается в 0.0002% [4]. С помощью рентгенофлуо-ресцентного спектрометра можно определять как очень
низкие концентрации, так и очень большие вплоть до 100% без разбавления пробы.
В этой связи целью работы явилось изучение элементного состава керна рентгенофлуоресцентным спектральным методом анализа.
Экспериментальная часть
В качестве объектов исследований использовались керны с различными характеристиками (табл. 1).
Измерение проводилось на энергодисперсионном рентгенофлуоресцентном спектрометре EDX-800 фирмы Shimadzu с рентгеновской трубкой с родиевым анодом (напряжение 15-50 кВ, ток 20-1000 мкА), в атмосфере вакуума, коллиматор 5 мм, время измерения 15 мин. Анализ осуществлялся методом фундаментальных параметров, обеспечиваемый программным сопровождением прибора, с использованием каналов измерений [ТШ], [С^с], ^-К] [6].
Обсуждение результатов
По результатам 10 измерений представлены графики воспроизводимости рентгенофлуоресцентного спектрального анализа кернов (рис. 1-5).
Рис. 1. График воспроизводимости результатов определения элементного состава керна №1 рентгенофлуоресцентным спектральным методом анализа.
Таблица 1
Основные характеристики кернового материала
№ керна Условное название Твердость по штампу, Н/мм2 Скорость износа стали мм/ч (при Ри=87.5 Н/мм) Описание
2
Песчаник КРЗ
Песчаник№2
3 Алевролит №5
4 Доломит №4
5 Доломит .№104
1300
1050
1400 1700
2000
Рис. 2. График воспроизводимости результатов определения элементного состава керна .№2 рентгенофлуоресцентным спектральным методом анализа.
Рис. 3. График воспроизводимости результатов определения элементного состава керна .№3 рентгенофлуоресцентным спектральным методом анализа.
Согласно графикам, результаты определения элементного состава образца №1, №4, и №5 имеют хорошую воспроизводимость для элемента кальция, а результаты образцов №2 и №3 - для кремния.. Несколько хуже воспроизводимость в образцах №21 для элемента стронция, в №2 - для бария, в образце №3 - для цинка, в №4 - для меди, а в образце №5 - для циркония.
Результаты анализов кернового материала представлены в табл. 2.
По результатам табл. 2 показано, что наибольшее содержание СаО в образцах кернов №1, 4, 5 до 96%
1.4300
0.4600
0.0013
0.1020
Песчаник №26 серый, средне-мелкозернистый, плотный, однородный. Интервал отбора 2166-2169 м, размер зерен 0.1-0.7 мм (Амангельды, скв.№114) Песчаник №3 светло-серый, мелкозернистый с карбонатизированным цементом. Глубина отбора 2860 м, размер зерен 0.1-0.45 мм
(Ижевск. БУ-10, скв.№20650) Алевролит зеленоватый, мелкозернистый, однородный. Размер зерен 0.04-0.10 мм. Доломит №4 серый, плотный, однородный, мелкозернистый. Размер зерен 0.05-0.10 мм (РБ, север) Доломит зеленовато-серый, кристаллический, плотный однородный. Мелкозернистый, с мозаичной структурой, сильносуль-фатизирован. Размер зерен 0.15-0.23 мм, ангидрита 0.1-0.7мм (РБ, Сулинская площадь)
масс. и №2 до 20% масс., обрацы №2, 3 отличаются наибольшим содержанием Al2Oз до 18% масс.
Рис. 4. График воспроизводимости результатов определения элементного состава керна №4 рентгенофлуоресцентным спектральным методом анализа
Рис. 5. График воспроизводимости результатов определения элементного состава керна №4 рентгенофлуоресцентным спектральным методом анализа.
Следовательно, в образцах кернов определено до 16 элементов - Si, М ^ Ca, а, S, Ш, Fe, Mg, Zr, ТС, Rb, Sr, Zn, Ba, что, позволит, при наличии дополнительных сведений о количестве и степени зрелости органического вещества, типе керрогена, выявить оптимальные нефте- и газоносные сланцы.
1
Таблица 2
Результаты ремгенофлуоресценгного спектрального анализа кернов_
Аналит I Содержание, % масс.
SiO2 1.400±0.140 54.170±0.005 67.787±1.230 0.520±0.079 5.520±0.200
AkO3 0.760±0.580 14.200±0.100 18.036±0.029 - 1.710±0.130
K2O 0.290±0.030 2.380±0.020 4.189±0.093 0.205±0.012 0.390±0.043
CaO 95.500±0.390 20.000±0.470 3.164±0.439 82.450±9.500 88.640±0.630
Cl - - 2.330±0540 - -
SO3 0.820±0.209 0.490±0.100 1.390±0.230 1.320±0.330 1.410±0.380
Na2O - 2.050±0.110 1.510±0.244 - -
Fe2O3 0.280±0.010 3.110±0.010 0.799±0.007 0.120±0.014 0.580±0.009
MgO 0.970±0.070 1.080±0.025 0.850±0.060 0.640±0.070 1.900±0.033
Z1O2 - 0.110±0.004 0.013±0.001 - 0.007±0.025
TiO2 - - 0.227±0.030 - -
Rb2O - 0.013±0.005 0.014±0.060 - -
SrO 0.055±0.016 0.138±0.001 0.010±0.080 0.047±0.006 0.110±0.002
ZnO - - 0.017±0.002 - -
BaO - 0.271±0.096 - - -
CuO - - - 0.040±0.010 -
Таким образом, определение элементного состава горных пород методом рентгенофлуоресцентного спектрального анализа представляет интерес для целенаправленного подбора рецептур технологических жидкостей, включая и буровые промывочные растворы, для улучшения фильтрационно-емкостных свойств коллекторов, повышения устойчивости стенок стволов в процессе бурения и ремонта скважин.
ЛИТЕРАТУРА
1. Andersen M., Duncan B., McLin R. Core Truht in Formation Evaiuation // Oilfield Review. 2013. V.25. №2. P. 120-134.
2. Александров Е. Н., Александров П. Е., Кузнецов Н. М., Лунин В. В., Леменовский Д. А., Рафиков Р. С., Чертенков М. В., Ширяев П. А., Петров А. Л., Лиджи-Горяев В. Ю. Нефтехимия, 2013. 53. 312-320.
3. Прищепа О. М., Аверьянова О. Ю. К обсуждению понятийной базы нетрадиционных источников нефти и газа - сланцевых толщ // Нефтегазовая геология. Теория и практика. 2013. Т.8. №3. http://www.ngtp.ru/ rub/9/27_2013. pdf
4. Ревенко А. Г., Худоногова Е. В., Будаев Д. А., Черкашина Т. Ю. Рентгеноспектральное флуоресцентное определение Mo, Nb, Y, Sr, Rb, Zr, U, Th и Pb в алюмосиликатных горных породах // Аналитика и контроль. 2006. Т. 10. N.1. С. 71-79.
5. Borkhodoev V. Ya. Accuracy of the fundamental parameter method for X-ray fluorescence analysis of rocks // X-Ray Spec-trometry. 2002. V. 31. №3. P. 209-218.
6. Бадикова А. Д., Лихарева А. В., Сафарьянова Э. Р. Определение элементного состава опытных образцов охристой руды // Наука и современность - 2013. Новосибирск, 2013. С. 200-202.
Поступила в редакцию 13.11.2015 г.
THE POSSIBILITIES OF X-RAY FLUORESCENCE SPECTRAL METHOD IN THE DETERMINATION OF THE ELEMENTAL COMPOSITION OF CORE MATERIAL
© A. D. Badikova1*, F. Kh. Kudasheva1, G. A. Teptereva2, A. R. Yakhin2, L. R. Mukhametdinova1, R. A. Yalalova1, N. A. Yakunova1, I. E. Alekhina1
1Bashkir State University 32 Zaki Validi St., 450076 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
2Ufa State Petroleum Technical University 1 Kosmonavtov St., 450062 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.
Phone: +7 (347) 229 92 12. *Email: badikova_albina@mail. ru
In the article an analysis of composition of core material using x-ray fluorescence is described. The analysis was carried out on an energy dispersive x-ray fluorescence spectrometer EDX-800HS Shimadzu company with the rhodium anode x-ray tube (the voltage of 15-50 kV and current of 20 to 1000 ¡¡a). For the analysis the method of fundamental parameters was chosen provided by software support of the device using channel measurements [Ti-U], [C-Sc], [S-K] in atmosphere of vacuum, collimator of 5 mm and measurement time 15 min. According to the results of the studies of the elemental composition of the cores, there were 16 following elements identified in the samples: Si, Al, K, Ca, Cl, S, Na, Fe, Mg, Zr, Ti, Rb, Sr, Zn, Ba, Cu, that will allow identification of optimal oil and gas-bearing shales, if you have additional information about the number and maturity of organic matter, as well as the type of kerogen.
Keywords: energy dispersive x-ray fluorescence analysis, core elemental composition.
Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.
REFERENCES
1. Andersen M., Duncan B., McLin R. Oilfield Review. 2013. V.25. No. 2. Pp. 120-134.
2. Aleksandrov E. N., Aleksandrov P. E., Kuznetsov N. M., Lunin V. V., Lemenovskii D. A., Rafikov R. S., Chertenkov M. V., Shiryaev P. A., Petrov A. L., Lidzhi-Goryaev V. Yu. Neftekhimiya, 2013. 53. 312-320.
3. Prishchepa O. M., Aver'yanova O. Yu. Neftegazovaya geologiya. Teoriya i praktika. 2013. Vol. 8. No. 3. http://www.ngtp.ru/ rub/9/27_2013. pdf
4. Revenko A. G., Khudonogova E. V., Budaev D. A., Cherkashina T. Yu. Analitika i kontrol'. 2006. Vol. 10. N.1. Pp. 71-79.
5. Borkhodoev V. Ya. X-Ray Spectrometry. 2002. Vol. 31. No. 3. Pp. 209-218.
6. Badikova A. D., Likhareva A. V., Safar'yanova E. R. Nauka i sovremennost' - 2013. Novosibirsk, 2013. Pp. 200-202.
Received 13.11.2015.
