顯微CT技術論文：石油地質中CT運用探索
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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東華理工大學省部共建核資源與環境國家重點實驗室培育基地2勝利石油管理局地質科學研究院3三英精密工程研究中心
顯微CT技術掃描重建的數字巖心幾乎反映了真實巖心的結構形態特性，現在被廣泛用于非常規油氣田研究中，用來觀察儲層巖石微觀特性。
1儲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構，如孔隙形狀、尺寸、分布情況以及連通性等。顯微CT重構的數字巖心可以表現為近似兩相分形多孔介質［9］。且數字巖心作為巖石物理實驗的補充，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字圖像，可計算基于CT圖像序列的巖石孔徑、孔隙率及其二者之間的變化規律［7］。對孔隙度參數做了定量評價后，可準確評價出該儲層巖石的滲透率性能，這對預計儲油量和剩余油量估計有很大的作用。顯微CT掃描技術還可以隨試驗過程進行巖石微結構立體切片，對其中的油相、水相、固化有機相、無機礦物相進行全方位的動態監測。這種試驗方法，很容易將油層改造的最佳化配方案挑選出來，獲取理想的增產實施效果。
2儲層流體特征分析
油、氣、地下水等資源儲集在多孔儲層巖石中，而現有的實驗技術觀察微觀孔隙結構是有缺陷的。顯微CT技術能提供較好的分辨率，不僅能清晰識別孔隙空間中原始和殘余流體的分布，也能清晰識別孔隙內部流體形態及配置關系。油、水在儲層中的貯存狀態決定著產出液量中油水比率的不同，現有巖心分析技術多已剔除了分析試樣中的油和水，影響了分析結果的正確性。目前，油層增產改造試驗基本都是在忽略有機液相存在的情況下進行的無機化學試驗，對儲層增產改造液的優化選配實施效果不理想。三維數字巖心分析技術可以在試驗過程中對油相、水相、固化有機相、無機礦物相進行全方位的動態監測，不但方便挑選油層改造的最佳化配方案，獲得理想的增產實施效果;也可實現在動態狀態下觀測含烴流體與儲層礦物之間的反應過程，通過采用分階段立體切片(適用于反應時間較長的試驗)綜合圖像對比分析，確定烴類流體與儲層成因的關系進而通過對痕量烴的研究建立油氣與儲層成巖礦物的聯系，為揭示油氣成藏規律奠定基礎。
3實例及結果分析
本文以勝利臨南油區單井-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育區，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，退積序列是區內沉積物縱向疊置的基本方式;砂體內部受三角洲的間歇式活動控制，砂體分布具有多旋回的特征。對商548井相應層段樣品的測試結果顯示，分析樣品均為碎屑巖，巖石類型以極細粒巖屑長石砂巖和細粒巖屑長石砂巖為主。碎屑以石英、長石和變質巖屑為主要成分，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，除變質巖屑外，還可見噴出巖屑，灰巖、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方式的沉積特征。磨圓度次棱，顆粒支撐方式，顆粒間以點-線和線-凹接觸關系為主，綜合評價為高結構成熟度，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、孔隙中充填了碳酸鹽巖膠結物、雜基(泥質、巖屑等)充填物及因壓實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，導致儲集性能下降。影響滲透率的性能。
認識與展望
顯微CT技術與傳統實驗方法(如光學顯微鏡、電子顯微鏡等)相比，具顯著優勢:(1)無損樣品且提供三維立體成像。傳統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)。而數字巖芯分析技術無需破壞樣品且提供三維立體的數字化信息;(2)對有機液相進行準動態檢測，一般實驗要去除流體相來分析，以便測試過程中不會污染鏡頭、真空樣品室或光、電子通道。這樣使巖心測試更具有真實性;(3)將實際巖心樣品轉化為數字巖心，可以通過數字巖芯分析軟件直接計算得到孔隙率、連通性、滲透率等巖芯物理和流體參數，重建后的數據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三維孔隙結構圖像，比較準確地表征了真實孔隙的微觀結構。隨著顯微CT技術的不斷成熟發展，向納米CT的發展，掃描精度將大幅度提高，達到亞微米級，可更好的表征低滲儲層孔隙結構并進行微觀滲流機理研究。顯微CT重構數字巖心技術可以充分考慮巖石的組成、微觀結構、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理產生新的認識，并預測宏觀傳導性質，反映出巖石的結構形貌特性。此外，對于裂縫中的多相流和考慮速度效應等復雜滲流過程的研究也是數字巖心技術的重要應用領域。該技術的不斷成熟與發展，必能極大地提高我國在石油勘探技術領域的國際地位。
