数字岩心技术测井应用与展望

[摘 要]基于数字岩心的岩石物理数值模拟是一种对岩心不会有任何损害的测试方法，数字岩心建立后，就可对岩石的声学特性、电性、渗流特性和核磁共振特性等数值进行模拟，能为油田岩心测试提供更为优质的服务。本文从数字岩心技术研究概述出发，论述了基于数字岩心技术的岩石物理数值模拟研究，分析了数字岩心技术在测井中的应用，并对其未来发展趋势进行了探讨。

[关键词]数字岩心；测井；应用与展望

中图分类号：P618.13；P631.81 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）45-0393-01

随着我国社会经济的快速发展，油气资源已经出现了供不应求的局面，为了更好地促进经济建设，我国对油气田的勘探开发已逐步由常规储层转向非常规储层，开展了对岩石物理更为广泛的研究。然而在实际的物理实验时，却遇到了诸多困难，随着计算机信息技术的发展，数字岩心技术出现了，它可根据岩石微观结构信息构建反映岩石真实孔隙空间的三维数字岩心，对进行岩石物理实验模拟意义重大。我国在数字岩心技术研究领域起步较晚，但它已成为当前一些科研机构特别是石油科技领域的研究热点。

一、数字岩心技术研究概述

数字岩心技术是近年来兴起的一种分析岩心的有效方法，其基本原理是根据二维扫描电镜图像或三维CT 扫描图像，运用计算机图像处理技术，通过一定的算法完成数字岩心重构，该技术主要应用在常规碳酸盐岩和砂岩等领域。数字岩心的建模方法可以分为两种：其一是物理实验法，利用CT成像仪、扫描电镜、高倍光学显微镜等高精度仪器来获取岩心的平面图像，之后对平面图像进行三维重建，来获得数字岩心；其二是数值重建法，利用岩心平面图像等少量资料，通过对图像进行分析来提取建模信息，再采用数学方法建立数字岩心。

二、基于数字岩心技术的岩石物理数值模拟研究

（一）声学特性模拟

物理领域一直存在着这样一个研究热点，即探索岩石孔隙结构与岩石声学特性之间的关系，弄清岩石骨架、孔隙结构和流体如何影响岩石声学参数。与传统的岩石声学实验难以定量研究岩石各种因素对岩石声学特性参数的影响规律相比，三维数字岩心技术能较为准确地反应岩石的孔隙结构，并定量计算出孔隙特征参数。另外，利用数字岩石物理实验，还可以研究流体替换对岩石弹性参数的影响，找出对流体变化敏感的参数，以对流体性质进行更有效地识别。

（二）电学特性模拟

孔隙空间流体的性质和分布以及微观孔隙结构特征都决定了岩石的电学特性，三维数字岩心中，每个像素代表了不同的岩石组分。假设岩心骨架中不含导电物质，数字岩心则由绝缘的孔隙流体和岩石骨架组成。并且对于单相流体饱和岩石而言，三维数字岩心可视为由单相岩石骨架和孔隙流体组成的双相复合材料；而双相流体饱和岩石则可视为由岩石骨架和油、水组成的复合材料。

（三）渗流特性模拟

基于数字岩心渗流特性模拟主要是计算岩石的绝对和相对渗透率，一般有两种方法：一是采用格子波尔兹曼方法进行计算，该方法是一种流体力学数值模拟方法；二是提取反映真实孔隙空间的网络模型，采用逾渗理论计算，由于该方法进行渗流模拟速度较格子波尔兹曼方法要快，已成为目前采用的主要方法。

（四）核磁共振特性模拟

基于数字岩心模拟岩石的核磁共振特性，目前主要采用随机行走算法，该方法由Arns等人首次提出，通过对大量数字岩心样品进行数值模拟后，他们得出了核磁共振的T1和T2弛豫时间。其具体模拟步骤为将粒子随机放在孔隙空间中，若粒子进入岩石骨架后存活下来，那么它的位置就不会发生改变，与此同时进行时间的更新。通过对大量粒子重复这个过程，就可以得到随机行走粒子的生命分布曲线，进而通过计算就可以得到核磁共振的T2谱分布。

三、数字岩心技术在测井中的应用

（一）实现对页岩评价的有效分析

由于页岩岩石的强非均质性以及油气在页岩的储存空间与渗透主要是微小裂缝和孔隙，因此页岩岩石物理研究面临着很大的困难，三维数字岩心由于其高分辨率的独特优势在页岩储层评价中发挥了重要的作用。利用数字岩心技术不仅可以实现包括有机质孔隙、独立空隙和连通孔隙度的分析，也可以实现对有机质含量和干酪根含量的分析，并计算出气水相对渗透率和绝对渗透率，测试毛细管压力。

（二）求取复杂条件下的测井解释模型参数

在对一些处于复杂地质条件下的油井进行测井解释评价时，求取其模型参数是非常困难的，而数字岩心技术则可以将岩心与岩石物理有机的结合起来，通过数字岩石物理实验，可对测井资料进行精细化、快速化的处理与解释评价。

（三）分析研究低电阻率储层成因机理

岩石的岩性、润湿性、微孔隙、导电矿物和孔隙结构等这些微观因素会对岩石的电性产生非常大的影响，数字岩心技术则实现了对这些因素的充分考虑。地层水电阻率是测井评价中的重要参数，利用电阻率测井资料可以计算出含油或含水饱和度，采用数字岩心技术可以模拟低电阻率储层的电学特性，并对其成因机理进行定量分析，从而可以更好地进行测井评价，提高电阻率油气层的符合率和解释水平。

四、数字岩心技术测井展望

随着计算机技术的发展，数字岩心技术在测井领域的作用越来越大，其未来的发展趋势主要有：①针对页岩、碳酸盐岩、致密砂岩这类非常规油藏，由于其孔隙空间都在纳米尺度，为了更好地研究它们的孔隙结构特征，应建立适合于这类储层纳米级分辨率的三维数字岩心。②由于储层孔隙结构的多尺度特性，为了全面研究孔隙结构，需要建立包括宏观次生孔隙和微观基质空隙等多分辨率的三维数字岩心。③结合核磁共振和电成像等成像测井技术，利用数字岩心技术实现全三维数字测井模拟；④开展更加深刻和广泛的数字岩石物理实验，实现测录井等多学科的结合；⑤丰富的测井资料可以保证测井解释与数据处理的准确性和可靠性，要利用多种手段收集测井资料，如核磁共振资料、压汞资料、录井岩屑资料、粒度资料、电成像测井资料等，以构建一个更为精确的数字岩心。

结束语

数字岩心技术在测井中的应用能够为油田的勘探和开发提供更为优质的服务，其重要性不言而喻，基于数字岩心，利用数字岩石物理实验不仅可建立多种物理属性间的内在联系，实现对一些如页岩、碳酸盐岩等取心困难的岩石物理属性的分析，对了解储层参数对岩石物理属性的影响也有很大帮助。总之应用数字岩心技术我国的油田勘探开发有着非常重要的意义。

参考文献：

[1] 孙建孟，姜黎明，刘学锋等.数字岩心技术测井应用与展望[J].测井技术，2012，13（01）：1-7.

[2] 张丽，孙建孟，孙志强.数字岩心建模方法应用[J].西安石油大学学报（自然科学版），2012，11（03）：35-40+4.

[3] 万金彬，孙宝佃，陈守军等.数字岩心技术研究及应用[J].测井技术，2012，24（02）：154-159.