CHEN Ming, TANG Cheng, OU Chuangen, et al. Application effect analysis of RoqSCAN technology in shale gas mud logging in southern Sichuan[J]. Mud Logging Engineering，2020，31(2)：21-28.

0 引 言

川南页岩气勘探开发已经取得了重大突破[1-2]。页岩气是典型的非常规气藏，岩石组分复杂，具有低孔超低渗的特征，岩石组分含量差异、岩石结构、孔隙度等参数是页岩气评价的重要指标[3-5]。这些评价参数大部分需要通过直井段取心进行昂贵的实验室分析化验手段获取，或者钻井完成后通过特殊测井手段测量计算获得，这些测量手段时效性不能满足勘探开发需求，而在水平段针对岩屑开展分析化验或测量的手段较少，导致测试选层的依据不充分。上述问题制约了页岩气的高效勘探与开发[6]。为此，在川南页岩气录井过程中应用了RoqSCAN技术，该技术能够随钻开展岩心或岩屑的岩石成分分析并对岩心或岩屑进行高精度成像，为后期测试选层提供丰富的地层信息。在应用过程中，通过对比ECS测井、XRF元素录井和现有的岩屑成像录井技术，分析该技术在页岩气井中的应用效果，为今后的页岩气勘探开发思路提供借鉴。

1 页岩气现有录井技术存在的难题

川南地区龙马溪组-五峰组富有机质页岩，是页岩气的关键勘探目标[2-3,6]。根据已钻井揭示，主要优质页岩脆性矿物含量高，孔隙度高，有机孔隙与无机孔隙均较发育，但与普通页岩颜色相近，成分相似，肉眼难以分辨，难以通过常规手段进行区分。为了解决随钻过程中页岩成分与孔隙的识别难题，录井行业开展了大量的新技术研究与应用，如广泛应用XRF元素录井开展随钻岩石组分的识别评价，应用核磁共振录井技术开展页岩孔隙评价[3,7-8]，但在技术集成性与有效性方面，依然存在以下难题。

1.1 需要多套设备组合应用

XRF元素录井技术能识别页岩中的元素种类和含量，且样品分析周期短，因此其应用得到了快速普及，但该技术不能获取岩样矿物种类信息；同样，XRD矿物录井技术仅可以获得岩样矿物种类数据，无法获取岩样元素信息。为了达到既能获得元素信息，又能获得矿物种类信息的目的，需要同时应用XRF元素录井和XRD矿物录井两项技术，采用两台设备同时使用的方式来获得岩石成分信息，操作较为复杂。

1.2 常规技术无法满足页岩孔隙研究的需求

核磁共振录井技术是目前为数不多的随钻物性分析技术手段之一，该技术在常规砂岩储集层的物性分析中应用效果良好[9-10]。由于开展核磁录井分析前需使用混合盐水或锰试剂对岩样进行浸泡，但页岩易碎，遇水易使其物理性质发生改变，导致页岩样品在取样、浸泡过程中产生微裂缝，这些外因形成的微裂缝会导致核磁分析结果失真。因此，页岩的特殊性质使得核磁共振录井技术的作用难以充分发挥。

2 RoqSCAN技术简介

RoqSCAN 是Fugro Robertson(辉固·罗宾逊)公司和Carl Zeiss(卡尔·蔡司)公司共同研发设计的便携式扫描电子显微镜系统(SEM)。该设备由卡尔·蔡司公司扫描电镜(Carl Zeiss EVO 50 SEM)、布鲁克公司X射线检测器(Bruker AXS Xray detectors)与布鲁克脉冲处理器构成(图1)，其中X射线检测器可以根据需要扩充到4个。设备配备SmartPITM软件系统，该软件系统将元素、矿物与电镜扫描图片数据整合在一起，提供了图像分析与样品成分计算功能，便于数据与成果的展示。

图1 RoqSCAN设备实物照片

RoqSCAN设备由于配备有扫描电镜与X射线检测器，所以可以获得样品的化学成分，同时也可以获得样品的显微结果图像。样品需要在真空环境下分析，仪器通过电压产生电子束，经过加速磁场，偏转磁场后照射到待检测样品表面，激发出不同元素原子中的二次电子，这些二次电子将被电子探测器收集并分析，在产生二次电子的同时发出的X射线能量不同，从而使得探测器能够识别不同元素。除了二次电子，另外一种背散射电子也会随电子束的作用而被激发，背散射电子会被背散射探测器收集，从而产生相应的电信号，在对其进行相应的转换后，在检测器上显示待检测样品表面的相关信息图像[11-12]。

常规扫描电镜对工作环境要求较高，特别是震动对分析结果影响较大。在钻井现场，钻机工作状态下的震动较为明显，常规电镜无法在这种恶劣的工作环境下正常应用，RoqSCAN设备在抗震、抗噪方面进行了专门的设计，形成了专注于钻井现场的、基于扫描电子显微镜(SEM)的抗震工作平台，确保了分析的精度，成为目前既可用于实验室，又可用于油气井现场的自动化矿物学分析系统。同时，RoqSCAN设备将强大的自动化分析功能与定制油气解释软件工具结合在一起，能够识别100多种矿物和50多种元素，并能显示微米级孔隙的大小、分布、形状等岩石微观特征，成为当前石油工业现场一种先进、自动、定量诊断的矿物/岩石特征工具代表。