基于c成像的儲層微觀孔隙結(jié)構研究

基于c成像的儲層微觀孔隙結(jié)構研究

目前，基于ct的三維高精度捕獲技術在孔隙結(jié)構研究領域取得了很大進展。利用CT掃描獲取的三維巖石圖像可進行孔隙內(nèi)部三相流體的可視化研究。筆者嘗試從“孔隙級”的尺度上,運用基于CT掃描的三維高精度儲集層表征技術,分別對砂巖巖心、白云巖巖心和玄武巖露頭樣品進行微觀孔隙結(jié)構特征的研究。1巖石孔隙發(fā)育特征直徑25mm的砂巖巖心樣品,通過氣體孔隙度和滲透率測定儀分析獲取該樣品的孔隙度為15.7%,滲透率為30.08×10-3μm2.直徑25mm的細晶白云巖巖心樣品,經(jīng)過鑄體薄片鑒定幾乎全由白云石組成,白云石呈半自形-它形,緊密鑲嵌。該樣品非均質(zhì)性較強,部分區(qū)域發(fā)育大的溶孔,并見晶間孔;其他區(qū)域孔隙發(fā)育差。用氣體孔隙度和滲透率測定儀分析,該樣品的孔隙度為10.3%,滲透率為64.7×10-3μm2.黑色玄武巖樣品為野外露頭樣品,大小為11.5cm×6cm×5cm,呈塊狀構造,氣孔比較發(fā)育。由圖1a可看出,砂巖樣品孔隙發(fā)育,且均質(zhì)性比較強,但是由于圖片分辨率不足,對該樣品中孔隙的特征及其連通情況需要進行更高分辨率的CT成像分析;圖1b表明,白云巖中微孔隙普遍發(fā)育,局部地區(qū)孔隙較大,非均質(zhì)性較強。由于受到圖像分辨率的限制,不能獲取該樣品的孔隙特征及其連通情況,也需要對樣品進行更高分辨率的CT成像分析;圖1c表明,玄武巖氣孔發(fā)育,孔壁圓滑,且氣孔基本不連通,該圖像基本給出了樣品的孔隙特征信息,不需要進行更高分辨率的CT成像。對于玄武巖和砂巖子樣本的CT圖像,進行降噪處理后,利用e-Core軟件,分別建立了樣品的孔隙相和固體相。對于提取的玄武巖樣本來說,孔隙占到總體積的20.5%,盡管玄武巖發(fā)育氣孔,但是它們基本上呈封閉狀態(tài)。對于砂巖子樣本來說,孔隙占到總體積的12.1%,石英占77.9%,碳酸鹽膠結(jié)物占10.0%(圖4)。此外,對砂巖子樣本的CT圖像進行了兩點相關性方程的計算,得到的衰減長度為130μm,這要求圖像所代表的微觀巖相的最小表征體積為1.3mm×1.3mm×1.3mm.該圖像的物理體積大于1.6mm×1.6mm×1.6mm,包含了最小表征所需的體積,所以可以利用e-Core軟件進行孔隙結(jié)構統(tǒng)計,孔隙度和滲透率的計算。一般來說,通過CT掃描圖像進行孔隙度和滲透率等屬性計算時,往往需要對一個樣品獲取多個子樣本,并將這些子樣本的計算結(jié)果進行整合,形成巖心尺度的屬性分析。2儲集空間分析(1)利用高分辨率CT成像技術,分別建立了砂巖、碳酸鹽巖和玄武巖的“孔隙級”三維成像,其中包括對應的固體基質(zhì)相、膠結(jié)物相和孔隙相。(2)通過分析白云巖子樣本“孔隙級”的CT切片圖和孔隙相三維圖像,獲知該樣品的主要儲集空間為溶孔和晶間孔,連通這些孔隙之間的喉道類型為晶間隙型,且形態(tài)多樣。(3)對于3mm的砂巖樣品,在1.49μm分辨率的CT成像下獲取了孔隙的形態(tài)和空間分布,孔隙度為12.1%.利用巖心數(shù)字技術,識別出該樣本含有孔隙數(shù)量達到24386個,并有超過32000個喉道,孔喉配位數(shù)為2.7.3巖心儲層可視化圖像法與傳統(tǒng)實驗方法相比,本文方法具有以下優(yōu)勢:(1)對樣品要求比較低,可以是全直徑巖心或野外露頭樣品,也可以是破損的巖石碎塊,甚至是易碎的、松散的巖心樣品;(2)結(jié)果直觀,通過建立孔隙相的三維可視化圖像,可以直觀討論巖石內(nèi)部的孔隙空間分布情況及其之間的連通情況;(3)數(shù)據(jù)豐富,針對同一個樣品,可獲取孔隙喉道半徑統(tǒng)計、孔隙度、滲透率,甚至毛細管壓力曲線;(4)效率高,獲取上述分析結(jié)果只需利用CT掃描和相應的軟件處理,避免了常規(guī)實驗所需種類繁多和花費大量時間的不足。(1)碳酸鹽巖孔隙結(jié)構分析方法分析樣品包括了砂巖、碳酸鹽巖巖心及火山巖露頭樣品,對于碳酸鹽巖樣品,在進行CT掃描和微觀孔隙結(jié)構分析之前,先利用顯微鏡進行巖石薄片研究,并通過實驗分析了其孔隙度和滲透率值。(2)x-ct成像為了確保三維孔隙結(jié)構分析結(jié)果與實際孔隙結(jié)構相一致,往往需要獲取盡可能高的圖像分辨率。在本次研究中,分析砂巖、白云巖巖心和玄武巖露頭樣品的CT掃描設備是GE公司的Nanotom型工業(yè)CT儀。儀器的最大操作電壓為160kV,X射線源最小焦點小于1μm,最小細節(jié)分辨率是0.2~0.3μm.X射線探測器能夠獲取22002像素的CT圖像,每個像素為16位的深度。樣品旋轉(zhuǎn)臺的角精度為0.001°,砂巖和白云巖CT圖像的體元分辨率為5μm,玄武巖露頭樣品CT圖像的體元分辨率為13.9μm(圖1)。(3)體元分辨率和溶蝕粒間孔為了將砂巖和白云巖樣品中重要的孔洞形態(tài)和連通信息識別出來,從砂巖樣品中獲取直徑為3mm的子樣本,CT掃描分析該樣本的體元分辨率為1.49μm;從白云巖樣品中獲取了直徑為6mm的子樣本,再進行高分辨的CT掃描,對應的體元分辨率為3μm,兩個子樣本的CT掃描圖像如圖2所示。圖2a表明,該砂巖樣品主要發(fā)育溶蝕粒間孔,以港灣狀為主,并見長條狀,約一半孔隙被膠結(jié)物充填。圖2b表明,白云巖發(fā)育晶間孔,部分區(qū)域發(fā)育大的溶孔,見白云石晶體充填孔隙,其他區(qū)域孔隙發(fā)育差。(4)喉道類型及形態(tài)采用VGStudioMAX2.0軟件繪制白云巖子樣本的固體相(圖3b)和孔隙相三維可視化圖像(圖3c)。結(jié)合圖3a和圖3b可知,溶蝕孔和晶間孔為主要儲集空間,連通孔隙之間的喉道類型主要是晶間隙型。此外,在軟件中通過拖動孔隙相的三維可視化圖像,進行了對孔隙相的各個方向的展示,獲知該樣品晶間隙型喉道形態(tài)多樣,包括規(guī)則型、彎曲型和曲折型(圖3c)。相對于壓汞實驗和掃描電鏡等傳統(tǒng)實驗分析方法來說,通過建立巖石內(nèi)部孔隙結(jié)構的三維可視化圖像,可以更加直觀地研究儲集巖的孔隙空間展布情況,特別是孔隙的連通信息,再利用孔隙和喉道的統(tǒng)計數(shù)據(jù),可以深入研究巖心內(nèi)部的微觀孔隙在三維空間的分布以及連通情況。(5)未固結(jié)亞微生物的孔隙在對砂巖子樣本的研究中,根據(jù)三值分割的巖心結(jié)果(圖4),計算所得圖像的孔隙度為12.1%.根據(jù)統(tǒng)計,該樣品的孔隙數(shù)量達到24386個,最大孔隙半徑為45.5μm,最小孔隙半徑是1.65μm,平均孔隙半徑為8.98μm;喉道的數(shù)量超過32000個,平均喉道半徑為5.59μm,最小喉道半徑為0.54μm,最大喉道半徑是25.7μm;孔喉配位數(shù)平均為2.7.此外,利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)建立了該樣品的孔隙和喉道半徑頻率的分布圖(圖5)。數(shù)值計算所得的孔隙度為12.1%,明顯小于巖心樣品的實際孔隙度15.7%,這表明巖心中的亞微米孔隙或喉道還是沒有被CT分辨出來。因此,在運用基于CT圖像的孔隙相關統(tǒng)計結(jié)果時,還是有必要參考壓汞曲線等實驗方法測試的數(shù)據(jù)。(6)實驗結(jié)果分析在e-Core軟件中,采用的是基于D3Q19(具有19個要素組成的三維空間網(wǎng)格)的網(wǎng)格-Boltzmann法來計算滲透率。對于砂巖子樣本,計算獲取了x、y、z共3個方向的滲透率值(圖5),分別是32.8×10-3μm2,34.3×10-3μm2和44.2