显微CT技术论文：石油地质中CT运用探索

本文作者：吴洁1刘成东1张守鹏2须颖3作者单位：1东华理工大学省部共建核资源与环境国家重点实验室培育基地2胜利石油管理局地质科学研究院3三英精密工程研究中心

显微CT技术在石油地质中的应用

显微CT技术扫描重建的数字岩心几乎反映了真实岩心的结构形态特性，现在被广泛用于非常规油气田研究中，用来观察储层岩石微观特性。

1储层岩石微观特征分析

显微CT扫描重建得到的二维灰度图像，利用图像二值分割法可直观描述岩石孔隙中的微观结构，如孔隙形状、尺寸、分布情况以及连通性等。显微CT重构的数字岩心可以表现为近似两相分形多孔介质［9］。且数字岩心作为岩石物理实验的补充，是一种在中观尺度研究岩石孔隙传输特性的有效手段［10，11］。显微CT扫描重建的三维立体数字图像，可计算基于CT图像序列的岩石孔径、孔隙率及其二者之间的变化规律［7］。对孔隙度参数做了定量评价后，可准确评价出该储层岩石的渗透率性能，这对预计储油量和剩余油量估计有很大的作用。显微CT扫描技术还可以随试验过程进行岩石微结构立体切片，对其中的油相、水相、固化有机相、无机矿物相进行全方位的动态监测。这种试验方法，很容易将油层改造的最佳化配方案挑选出来，获取理想的增产实施效果。

2储层流体特征分析

油、气、地下水等资源储集在多孔储层岩石中，而现有的实验技术观察微观孔隙结构是有缺陷的。显微CT技术能提供较好的分辨率，不仅能清晰识别孔隙空间中原始和残余流体的分布，也能清晰识别孔隙内部流体形态及配置关系。油、水在储层中的贮存状态决定着产出液量中油水比率的不同，现有岩心分析技术多已剔除了分析试样中的油和水，影响了分析结果的正确性。目前，油层增产改造试验基本都是在忽略有机液相存在的情况下进行的无机化学试验，对储层增产改造液的优化选配实施效果不理想。三维数字岩心分析技术可以在试验过程中对油相、水相、固化有机相、无机矿物相进行全方位的动态监测，不但方便挑选油层改造的最佳化配方案，获得理想的增产实施效果;也可实现在动态状态下观测含烃流体与储层矿物之间的反应过程，通过采用分阶段立体切片(适用于反应时间较长的试验)综合图像对比分析，确定烃类流体与储层成因的关系进而通过对痕量烃的研究建立油气与储层成岩矿物的联系，为揭示油气成藏规律奠定基础。

3实例及结果分析

本文以胜利临南油区单井-商548为例，商548井位置处在临南洼陷带沙三中亚段基山砂体发育区，沉积相纵向组合特征为以前缘相和间湾相为骨架，夹少部分滑塌相和重力流水道沉积物;自下而上，三角洲平原、三角洲前缘和前三角洲相依次排列，退积序列是区内沉积物纵向叠置的基本方式;砂体内部受三角洲的间歇式活动控制，砂体分布具有多旋回的特征。对商548井相应层段样品的测试结果显示，分析样品均为碎屑岩，岩石类型以极细粒岩屑长石砂岩和细粒岩屑长石砂岩为主。碎屑以石英、长石和变质岩屑为主要成分，石英可见多期次生加大，长石蚀变程度中等，钾长石略多于斜长石，除变质岩屑外，还可见喷出岩屑，灰岩、白云岩岩屑，泥岩岩屑和方解石、白云石碎屑。碎屑分选性中偏好，镜下常见显微纹层，显示以牵引流为主要搬运方式的沉积特征。磨圆度次棱，颗粒支撑方式，颗粒间以点-线和线-凹接触关系为主，综合评价为高结构成熟度，低成份成熟度。填隙物包括碳酸盐、自生石英、粘土矿物和重晶石、石膏、黄铁矿等。将商548井所取岩心上部制成5mm圆柱进行CT扫描，以所得二维灰度图像分析该井岩石的微观特征(图2)。成像所用设备为三英精密工程中心研制的NanoVoxel-2000显微CT，成像分辨率＜1μm。显微CT扫描重建的二值化灰度图像，灰度值黑的部分为孔，呈高亮白点部分为金属矿物，不同的CT值表示不同的矿物成分(图2)。依图分析可得，岩石粒度相对较细、孔隙中充填了碳酸盐岩胶结物、杂基(泥质、岩屑等)充填物及因压实作用使得原来的喉道形成的最大紧密堆积等影响了孔隙的连通性。还有石英的次生加大，石英及长石次生加大是胶结作用的一种形式，如果加大级别高，它能使孔隙变小，喉道变窄，导致储集性能下降。影响渗透率的性能。

认识与展望

显微CT技术与传统实验方法(如光学显微镜、电子显微镜等)相比，具显著优势:(1)无损样品且提供三维立体成像。传统的岩芯分析手段往往样品是破坏性的，需磨制成0．03mm厚粘在载玻片上，而且一般得到二维图像(如光镜或电镜照片)。而数字岩芯分析技术无需破坏样品且提供三维立体的数字化信息;(2)对有机液相进行准动态检测，一般实验要去除流体相来分析，以便测试过程中不会污染镜头、真空样品室或光、电子通道。这样使岩心测试更具有真实性;(3)将实际岩心样品转化为数字岩心，可以通过数字岩芯分析软件直接计算得到孔隙率、连通性、渗透率等岩芯物理和流体参数，重建后的数据可永久使用且方便前后对照;(4)基于孔隙度图像二值分割法重构三维孔隙结构图像，比较准确地表征了真实孔隙的微观结构。随着显微CT技术的不断成熟发展，向纳米CT的发展，扫描精度将大幅度提高，达到亚微米级，可更好的表征低渗储层孔隙结构并进行微观渗流机理研究。显微CT重构数字岩心技术可以充分考虑岩石的组成、微观结构、润湿性对多相渗流的影响，通过微米级研究可能对微观孔隙中的渗流机理产生新的认识，并预测宏观传导性质，反映出岩石的结构形貌特性。此外，对于裂缝中的多相流和考虑速度效应等复杂渗流过程的研究也是数字岩心技术的重要应用领域。该技术的不断成熟与发展，必能极大地提高我国在石油勘探技术领域的国际地位。