顯微CT技術(shù)論文：石油地質(zhì)中CT運(yùn)用探索

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本文作者：吳潔1劉成東1張守鵬2須穎3作者單位：1東華理工大學(xué)省部共建核資源與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地2勝利石油管理局地質(zhì)科學(xué)研究院3三英精密工程研究中心

顯微ct技術(shù)在石油地質(zhì)中的應(yīng)用

顯微CT技術(shù)掃描重建的數(shù)字巖心幾乎反映了真實(shí)巖心的結(jié)構(gòu)形態(tài)特性，現(xiàn)在被廣泛用于非常規(guī)油氣田研究中，用來觀察儲(chǔ)層巖石微觀特性。

1儲(chǔ)層巖石微觀特征分析

顯微CT掃描重建得到的二維灰度圖像，利用圖像二值分割法可直觀描述巖石孔隙中的微觀結(jié)構(gòu)，如孔隙形狀、尺寸、分布情況以及連通性等。顯微CT重構(gòu)的數(shù)字巖心可以表現(xiàn)為近似兩相分形多孔介質(zhì)［9］。且數(shù)字巖心作為巖石物理實(shí)驗(yàn)的補(bǔ)充，是一種在中觀尺度研究巖石孔隙傳輸特性的有效手段［10，11］。顯微CT掃描重建的三維立體數(shù)字圖像，可計(jì)算基于CT圖像序列的巖石孔徑、孔隙率及其二者之間的變化規(guī)律［7］。對孔隙度參數(shù)做了定量評價(jià)后，可準(zhǔn)確評價(jià)出該儲(chǔ)層巖石的滲透率性能，這對預(yù)計(jì)儲(chǔ)油量和剩余油量估計(jì)有很大的作用。顯微CT掃描技術(shù)還可以隨試驗(yàn)過程進(jìn)行巖石微結(jié)構(gòu)立體切片，對其中的油相、水相、固化有機(jī)相、無機(jī)礦物相進(jìn)行全方位的動(dòng)態(tài)監(jiān)測。這種試驗(yàn)方法，很容易將油層改造的最佳化配方案挑選出來，獲取理想的增產(chǎn)實(shí)施效果。

2儲(chǔ)層流體特征分析

油、氣、地下水等資源儲(chǔ)集在多孔儲(chǔ)層巖石中，而現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)技術(shù)觀察微觀孔隙結(jié)構(gòu)是有缺陷的。顯微CT技術(shù)能提供較好的分辨率，不僅能清晰識(shí)別孔隙空間中原始和殘余流體的分布，也能清晰識(shí)別孔隙內(nèi)部流體形態(tài)及配置關(guān)系。油、水在儲(chǔ)層中的貯存狀態(tài)決定著產(chǎn)出液量中油水比率的不同，現(xiàn)有巖心分析技術(shù)多已剔除了分析試樣中的油和水，影響了分析結(jié)果的正確性。目前，油層增產(chǎn)改造試驗(yàn)基本都是在忽略有機(jī)液相存在的情況下進(jìn)行的無機(jī)化學(xué)試驗(yàn)，對儲(chǔ)層增產(chǎn)改造液的優(yōu)化選配實(shí)施效果不理想。三維數(shù)字巖心分析技術(shù)可以在試驗(yàn)過程中對油相、水相、固化有機(jī)相、無機(jī)礦物相進(jìn)行全方位的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，不但方便挑選油層改造的最佳化配方案，獲得理想的增產(chǎn)實(shí)施效果;也可實(shí)現(xiàn)在動(dòng)態(tài)狀態(tài)下觀測含烴流體與儲(chǔ)層礦物之間的反應(yīng)過程，通過采用分階段立體切片(適用于反應(yīng)時(shí)間較長的試驗(yàn))綜合圖像對比分析，確定烴類流體與儲(chǔ)層成因的關(guān)系進(jìn)而通過對痕量烴的研究建立油氣與儲(chǔ)層成巖礦物的聯(lián)系，為揭示油氣成藏規(guī)律奠定基礎(chǔ)。

3實(shí)例及結(jié)果分析

本文以勝利臨南油區(qū)單井-商548為例，商548井位置處在臨南洼陷帶沙三中亞段基山砂體發(fā)育區(qū)，沉積相縱向組合特征為以前緣相和間灣相為骨架，夾少部分滑塌相和重力流水道沉積物;自下而上，三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲相依次排列，退積序列是區(qū)內(nèi)沉積物縱向疊置的基本方式;砂體內(nèi)部受三角洲的間歇式活動(dòng)控制，砂體分布具有多旋回的特征。對商548井相應(yīng)層段樣品的測試結(jié)果顯示，分析樣品均為碎屑巖，巖石類型以極細(xì)粒巖屑長石砂巖和細(xì)粒巖屑長石砂巖為主。碎屑以石英、長石和變質(zhì)巖屑為主要成分，石英可見多期次生加大，長石蝕變程度中等，鉀長石略多于斜長石，除變質(zhì)巖屑外，還可見噴出巖屑，灰?guī)r、白云巖巖屑，泥巖巖屑和方解石、白云石碎屑。碎屑分選性中偏好，鏡下常見顯微紋層，顯示以牽引流為主要搬運(yùn)方式的沉積特征。磨圓度次棱，顆粒支撐方式，顆粒間以點(diǎn)-線和線-凹接觸關(guān)系為主，綜合評價(jià)為高結(jié)構(gòu)成熟度，低成份成熟度。填隙物包括碳酸鹽、自生石英、粘土礦物和重晶石、石膏、黃鐵礦等。將商548井所取巖心上部制成5mm圓柱進(jìn)行CT掃描，以所得二維灰度圖像分析該井巖石的微觀特征(圖2)。成像所用設(shè)備為三英精密工程中心研制的NanoVoxel-2000顯微CT，成像分辨率＜1μm。顯微CT掃描重建的二值化灰度圖像，灰度值黑的部分為孔，呈高亮白點(diǎn)部分為金屬礦物，不同的CT值表示不同的礦物成分(圖2)。依圖分析可得，巖石粒度相對較細(xì)、孔隙中充填了碳酸鹽巖膠結(jié)物、雜基(泥質(zhì)、巖屑等)充填物及因壓實(shí)作用使得原來的喉道形成的最大緊密堆積等影響了孔隙的連通性。還有石英的次生加大，石英及長石次生加大是膠結(jié)作用的一種形式，如果加大級別高，它能使孔隙變小，喉道變窄，導(dǎo)致儲(chǔ)集性能下降。影響滲透率的性能。

認(rèn)識(shí)與展望

顯微CT技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法(如光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡等)相比，具顯著優(yōu)勢:(1)無損樣品且提供三維立體成像。傳統(tǒng)的巖芯分析手段往往樣品是破壞性的，需磨制成0．03mm厚粘在載玻片上，而且一般得到二維圖像(如光鏡或電鏡照片)。而數(shù)字巖芯分析技術(shù)無需破壞樣品且提供三維立體的數(shù)字化信息;(2)對有機(jī)液相進(jìn)行準(zhǔn)動(dòng)態(tài)檢測，一般實(shí)驗(yàn)要去除流體相來分析，以便測試過程中不會(huì)污染鏡頭、真空樣品室或光、電子通道。這樣使巖心測試更具有真實(shí)性;(3)將實(shí)際巖心樣品轉(zhuǎn)化為數(shù)字巖心，可以通過數(shù)字巖芯分析軟件直接計(jì)算得到孔隙率、連通性、滲透率等巖芯物理和流體參數(shù)，重建后的數(shù)據(jù)可永久使用且方便前后對照;(4)基于孔隙度圖像二值分割法重構(gòu)三維孔隙結(jié)構(gòu)圖像，比較準(zhǔn)確地表征了真實(shí)孔隙的微觀結(jié)構(gòu)。隨著顯微CT技術(shù)的不斷成熟發(fā)展，向納米CT的發(fā)展，掃描精度將大幅度提高，達(dá)到亞微米級，可更好的表征低滲儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)并進(jìn)行微觀滲流機(jī)理研究。顯微CT重構(gòu)數(shù)字巖心技術(shù)可以充分考慮巖石的組成、微觀結(jié)構(gòu)、潤濕性對多相滲流的影響，通過微米級研究可能對微觀孔隙中的滲流機(jī)理產(chǎn)生新的認(rèn)識(shí)，并預(yù)測宏觀傳導(dǎo)性質(zhì)，反映出巖石的結(jié)構(gòu)形貌特性。此外，對于裂縫中的多相流和考慮速度效應(yīng)等復(fù)雜滲流過程的研究也是數(shù)字巖心技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。該技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，必能極大地提高我國在石油勘探技術(shù)領(lǐng)域的國際地位。