基于多分辨率图像融合的多尺度多组分数字岩心构建

针对单一分辨率的数字岩心模型无法完整描述岩心不同尺度结构信息的问题,以砂岩样品为例,通过对岩心多分辨率CT成像,采用基于特征的图像配准方法实现了不同分辨率岩心图像的精确匹配。通过融合不同分辨率岩心扫描图像进行孔隙分割和矿物分割,构建多尺度、多组分的数字岩心模型。结果表明:多尺度多组分数字岩心模型可以表征跨尺度的岩心孔隙结构,孔隙分布与核磁测量结果有较好的一致性;与Qemscan相比,数字岩心矿物体积分数同X衍射测定结果更吻合,真实地还原了岩心不同组分的结构信息。     

不同岩相泥页岩数字岩心构建方法研究——以东营凹陷为例

针对泥页岩储层低孔特低渗、结构致密、非均质性强的特点,多采用三维数字岩心来直观显示各组分空间分布和表征微观结构。物理数字岩心虽更真实准确,但往往局限于特定岩石样品物性特征,因此需构建具有一定普适性、受多参数约束的、代表某一类岩性或岩相的简约数字岩心。同时,目前的图像分割方法难以对综合多样品特征、代表某类岩相样品进行组分划分。提出一种基于图像像素点累计分布函数,结合各组分百分含量及灰度序列进行阈值分割的方法,并基于X射线CT扫描成像,综合运用扫描电镜成像及能谱分析等手段,结合东营凹陷不同岩相泥页岩矿物组分及孔隙度特征,构建不同岩相(包括富长英质、长英质、富钙质、钙质和富泥质)泥页岩数字岩心。结果显示,东营凹陷泥页岩储层组分按灰度值由小到大依次为孔裂隙、有机质、黏土矿物、长英质矿物、钙质矿物、铁质矿物;基于不同岩相各组分体积百分含量及灰度分布序列,以CT灰度图像像素点累计分布函数表征不同岩相各组分体积百分含量分布函数,可依次划分各组分阈值,该方法可以实现其他分割方法难以完成的针对某一岩相进行阈值划分;采用先构建单组分数字岩心再嵌套组合的方法可构建具有一定普适性、受矿物组分和孔隙度等参数约束的泥页岩数字岩心。     

基于X-CT 技术的韩城示范区煤储层精细描述

X射线层析扫描(X-CT)技术具有无损分析岩石内部结构特征的优点。应用该项技术,重构了韩城示范区煤样内部孔隙、裂隙和矿物的空间分布格架与形态。结果表明,煤样的CT像素频数存在两个峰值区间,分别表征孔隙-裂隙和矿物的发育特征。当孔隙、裂隙发育较好时,该峰左偏;矿物含量较高时,矿物峰右偏或峰值区间变宽。CT孔隙度、矿物含量与CT数有较好的相关性,CT孔隙度与氦气孔隙度显著正相关。通过煤样三维重构的三维表面蒙皮和三维立体模型,可以清楚地识别煤中孔隙、裂隙及矿物的空间形态特征和连通性。     

本期文章导读

正563利用纳米透射X射线显微成像技术研究页岩有机孔三维结构特征作者:王羽,汪丽华*,王建强,姜政,金婵,王彦飞导读撰文:本刊编辑部页岩纳米级孔隙的三维结构特征是完善页岩储层流动模型亟需解决的核心问题。纳米透射X射线显微成像(纳米CT)技术作为研究物质三维结构特征的主要方法之一,在页岩纳米级孔隙三维研究中得到了广泛应用。但受CT自身分辨率与CT方法研究尺度的限制,如何改进三维成像技术、明确CT方法     

利用纳米CT研究石柱龙马溪组页岩有机孔三维结构特征

页岩纳米级孔隙的三维结构特征直接决定页岩气微观渗流机理,是完善页岩储层流动模型亟需解决的核心问题。本文以龙马溪组页岩有机孔样品(直径约7μm)为研究对象,分别利用同步辐射纳米CT和实验室纳米CT重建有机孔三维空间结构,针对两个装置获得的孔隙结构参数进行对比研究,结果表明:(1)龙马溪组页岩有机孔样品呈蜂窝状,孔隙度约60%,连通性较好;孔径分布呈双峰模式,集中于60~150nm和500~1400nm;孔径大于500nm的孔隙对样品的总孔隙度贡献较大。(2)同步辐射纳米CT与实验室纳米CT结果相较,孔隙度和孔隙总数两参数基本一致,喉道总数和喉道半径偏差较大;孔径分布和配位数分布规律虽然类似,但具体数值存在明显差异,值得进一步深入比较分析和研究。(3)纳米CT方法在页岩纳米孔隙三维结构表征方面存在阈值划分难度大与扫描视场过小的问题,可从切片重构算法、三维数据处理、表征单元体三方面进行改进。     

利用纳米透射X射线显微成像技术研究页岩有机孔三维结构特征

页岩纳米级孔隙的三维结构特征直接决定页岩气微观渗流机理,是完善页岩储层流动模型亟需解决的核心问题。本文以龙马溪组页岩有机孔样品(直径约7μm)为研究对象,分别利用同步辐射纳米CT和实验室纳米CT重建有机孔三维空间结构,针对两个装置获得的孔隙结构参数进行对比研究,结果表明:(1)龙马溪组页岩有机孔样品呈蜂窝状,孔隙度约60%,连通性较好;孔径分布呈双峰模式,集中于60~150nm和500~1400 nm;孔径大于500 nm的孔隙对样品的总孔隙度贡献较大。(2)同步辐射纳米CT与实验室纳米CT结果相较,孔隙度和孔隙总数两参数基本一致,喉道总数和喉道半径偏差较大;孔径分布和配位数分布规律虽然类似,但具体数值存在明显差异,值得进一步深入比较分析和研究。(3)纳米CT方法在页岩纳米孔隙三维结构表征方面存在阈值划分难度大与扫描视场过小的问题,可从切片重构算法、三维数据处理、表征单元体三方面进行改进。     

无损检测技术在致密砂岩储层孔隙结构表征中的应用

<正>无损检测技术在我国工业中发挥了十分重要的作用[1]。近年来,针对工业检测与科学研究及量测应用的广泛要求,如无损结构检测和缺陷分析,质量保证和产品控制等,无损检测技术中的X射线断层成像技术越发成为强有力的检测工具,其储层孔隙结构表征中的应用也越来越广泛[2-3]。X射线断层成像技术的优势在于对岩石样品全方位、大范围快速无损扫描成像,通过CT扫描得到的数字岩心可以更加直观地研究储集岩的孔隙特征,其在孔隙结构评价方向的应用将更加广阔。     

基于CT扫描的三维数字岩心孔隙结构表征方法及应用——以莫北油田116井区三工河组为例

为真实、精确、直观地表征储集层岩石的孔隙结构特征,对不同岩性的岩心样品进行CT扫描成像并构建三维数字岩心,应用最大球算法提取数字岩心的孔隙网络模型,最终实现岩心孔隙结构特征的三维显示和定量表征。该方法在莫北油田116井区三工河组储层应用取得良好效果,研究表明:该区储层孔隙类型以粒间孔、溶蚀孔和少量晶间孔为主,平均孔隙半径33.11μm,平均喉道半径1.47μm,喉道细小是造成研究区储层渗透率低的主要原因;与核磁共振Coates模型渗透率计算结果相比,数字岩心技术对于渗透率的计算更加精确;数字岩心孔隙结构表征结果与常规压汞资料对比,一致性较好,该技术还可定量识别孔隙和喉道,并具有形象直观、样品无损等特点,对于岩石孔隙结构的表征具有更大的优势。     

渝东南及黔西北地区龙马溪组页岩气储层微观孔隙表征

以渝东南地区渝页1井和黔西北地区习页1井、桐页1井的下志留统龙马溪组页岩岩心样品为研究对象,使用场发射扫描电镜观察孔隙的微观形态,并通过X射线微米CT扫描提取孔隙的空间结构参数,力求从二维、三维层面分别对页岩的孔隙进行特征定性。由扫描电镜观察知,研究区页岩气储层发育粒间孔、粒内孔、有机质孔及微裂缝等多种类型,孔隙多为宏孔(50 nm)及中孔(2~50 nm)。粒间孔中,矿物晶粒间孔发育较广泛;粒内孔以矿物集合体内孔为主,如"草莓状"黄铁矿结核内的晶间孔隙;有机质孔多为圆形、椭圆形的宏孔及中孔。通过CT扫描和孔隙模型的三维重建可知,孔隙多呈孤立状、条带状分布,连通性较差。     

焦石坝地区页岩孔隙连通性及有效性评价

页岩孔隙连通性直接影响油气分子在储层内的运移,从而控制页岩气产出的难易程度,是评价页岩气勘探开发潜力的重要参数之一。以焦石坝地区两口关键井（JYA井和JYB井）五峰组—龙马溪组主力层段页岩为例,开展柱塞样的氦气孔隙度与饱和盐水后的核磁共振孔隙度实验,确定页岩储层孔隙连通性特征,探讨孔隙连通性对页岩气开发的影响。研究结果显示:1）氦气膨胀法主要识别页岩储层中的连通孔隙,而核磁共振法可有效反映样品整体的孔隙空间,两者的比值可量化表征页岩孔隙连通性;2）JYA井氦气孔隙度和核磁孔隙度差异较小,具有强烈的正相关关系,页岩样品整体以连通孔隙为主,连通孔隙占比为69.13%~94.94%,平均为85.12%;3）JYB井页岩孔隙连通性相对较差,连通孔隙占比为36.15%~81.71%,均值为58.19%,仅依靠连通孔隙无法充分反映页岩样品的真实孔隙度,导致氦气孔隙度和核磁孔隙度无明显线性关系。纳米CT三维成像技术模拟的孔隙连通性特征及研究样品的脉冲渗透率差异证实了研究结果的有效性。     

准中4区块致密砂岩孔隙结构特征研究

致密砂岩孔隙结构是影响储层物性、储集性能和渗流特性的主要因素,准确表征岩石的孔隙结构特征是储层评价的重要内容之一。为此通过岩心观察、CT扫描成像及其图像处理等对准噶尔盆地中部4区块董11井致密砂岩储层孔隙结构特征进行了定性及定量综合研究。研究结果表明,采用USM锐化、阈值选取及中值滤波法对微CT扫描灰度图像进行图像处理,可以更好地区分岩石内部骨架和孔隙的边界,提高了图像的分割精度;当数字岩心立方体模型边长在450体素时,孔隙度趋近定值;研究区致密砂岩储层储集空间主要以粒间孔隙和微裂隙为主,伴有少量的解理裂隙,孤立孔隙较多,孔隙形状复杂,分布不均匀;研究区致密砂岩连续截面面孔率分布不均匀,离散性强,在连续截面上面孔率频繁出现极大值与极小值（跳跃性较大）,容易在流体流动的过程中产生压降过大,造成部分孔隙喉道堵塞;研究区致密砂岩储层孔隙大小分布不均匀,孔隙直径在15~35 μm之间,占总孔隙数的60%左右,其面积占18%;直径在50~200 μm的孔隙数量占总孔隙数的20%,其面积占比达60%,为油气赋存提供了有利的储集空间。      

基于SEM、NMR和X-CT的页岩储层孔隙结构综合研究

运用扫描电镜、核磁共振和计算机断层扫描3种孔隙结构研究方法对页岩进行了实验分析。研究结果表明：(1)扫描电镜对于页岩样品的局部观察能力较强,能够直观地反映页岩样品的微观孔隙类型和形态等信息,经氩离子抛光后还可观察到样品的有机质纳米级孔隙,但扫描电镜对样品的总体情况反映能力不够完善;(2)核磁共振受岩石骨架的影响小,可以更精确地测定页岩的孔隙度,进行孔隙大小分布、孔隙连通性和可动流体分析,得到样品的总体特征,但对样品细节的反映较欠缺;(3)CT扫描能够定量分析页岩组分,通过三维重构技术建立页岩样品孔隙和高密度物质分布状况的三维模型,从宏观角度反映孔隙的形态和空间配置特征,其主要不足在于三维重构时CT数阀值的选择对结果具有一定影响。综合运用3种方法,才能更准确地对页岩储层孔隙结构进行研究,以得到更加完善的储层孔隙结构资料。     

基于NMR和X-CT的页岩储层孔隙结构研究

为了定量表征页岩储层孔隙结构,应用NMR和CT扫描技术研究中扬子地区陡山沱组页岩储层孔隙结构特征。研究结果表明:①陡山沱组页岩横向弛豫时间(T2)谱为非对称不连续双峰结构,且T2谱的谱峰小,代表页岩孔隙直径小;②发育微孔隙、微裂缝的页岩密度最小,在CT灰度图像中表现为黑色,CT灰度图像经伪彩色增强,可以更直接地观察页岩内部孔隙发育特征;③页岩的三元组构中,矿物、有机组分和孔隙分别具有不同的CT数分布区间,通常孔隙的CT数都小于300 HU,因此可通过CT数来定量识别孔隙;④根据NMR的T2截止值计算了页岩有效孔隙度,并分析了页岩储层中可动流体百分数。     

青海聚乎更水合物赋存区岩心微观孔隙、裂隙的微CT图像表征

孔隙和裂隙的微观结构是影响岩石声波速度、渗透率等物性参数的重要因素,这些物性参数是冻土区天然气水合物成藏规律研究和资源勘探的重要 依据。针对青海聚乎更钻探区钻井岩心,采用微米级计算机断层扫描技术(微CT)对岩心内部的微观孔隙和裂隙进行了形态表征和定量分析。结果表明：泥岩样品中的裂隙较为丰富且连通性较好,裂隙宽度多为100~200 μm;而砂岩样品中孔隙分布较为分散且少有显著的连通喉道,数量上以体积小于0.1 mm³的微孔隙为主;通过三维图像体素统计法估算了孔隙和裂隙相对整个岩心的体积含量,其中砂岩样品的孔(裂)隙度为2.36%~2.89%,泥岩样品的孔(裂)隙度为1.04%~3.64%。     

川西拗陷须五段非常规气形成条件分析

随着对非常规气蔵的研究方法和开采手段的升级,使页岩气得以开发。川西拗陷须五段常规的思维是把它作为烃源岩来认识的,运用非常规页岩气的研究理念和方法,针对川西拗陷两条野外剖面(莲花剖面、万家坪剖面)及6口取心井(XYHF-1井,XYHF-2井,X503井,FG5井,GH2井,MY1井)的岩心观察、取样分析测试,以分析川西拗陷须五段具有形成非常规气蔵的条件,并用3种不同的表征方法(激光共聚焦法、高压压汞法、氮气吸附法)对须五段内不同类型的岩石进行孔隙度、渗透率及其连通性时行表征,结果表明:细砂岩中不同类型孔隙的孔隙度为0.41%～6.65%,平均总孔隙度为2.14%;泥(页)岩的孔隙度为1.51%～5.99%,总孔隙度为2.70%。微米CT扫描发现须五段上亚段细砂岩的连通性好于下亚段,中亚段以粉砂岩为主,孔隙连通性差,有机质含量低;泥(页)岩的孔隙连通性也差,孔隙发育依附于有机质的发育,泥(页)岩样品的有机碳含量主要分布在0.5%～3%之间。综合评价认为马井-邡、崇州-郫县、新场-丰谷等地区成蔵条件较好,为I类地区,是川西坳陷须五段页岩气的目标区域。     

华南成矿省福建魁歧晶洞花岗岩样品孔隙 结构的工业X CT三维可视化研究

地球科学的发展与各种分析测试技术密不可分。尤其是,随着现代科技的长足进步,产生了更为先进的现代分析测试手段使其在地球科学中的作用日益为世人瞩目,工业X-CT(X-ray Computed Tomography)测量技术即是其中之一。它具有形象、直观显示地质岩矿样品内部的、无损的、原位的二维或三维(立体)信息等特点,可实现对地质岩矿样品CT二维断层图像进行全数字化的三维可视化处理与分析。本研究针对华南成矿省福建魁歧晶洞花岗岩KQ-6样品的孔隙结构,依据工业X-CT技术的原理及方法,获得了样品的CT二维序列图像,借助于数字图像处理分析工具,得到了样品的孔隙度和孔径分布统计结果,孔隙度测量值为8.14%,孔径尺寸0.4~2mm;基于此,开展了该地质样品的三维可视化孔隙结构研究,获得了样品的孔隙连通的拓扑图形,直观展现了样品内部孔隙连通性,这对精细刻画地质样品内部结构特征及成矿流体的研究具有重要意义。     

页岩基质微观孔隙结构分析新方法

页岩基质孔隙主要包含有机孔隙和无机孔隙,页岩油气在有机孔隙和无机孔隙中的渗流机理不同,对页岩中有机孔隙和无机孔隙的微观结构进行定量表征具有重要意义.首先通过扫描电子显微镜(scanning electron microscope,简称SEM)实验分别获取具有代表性的页岩无机孔隙和有机孔隙扫描电镜图像,其中,无机孔隙相对较大,其图像的分辨率较低,有机孔隙相对较小,其图像的分辨率较高;然后,通过图像处理和马尔可夫链蒙特卡洛(Markov chain Monte Carlo,简称MCMC)法重构出相应的无机孔隙数字岩心和有机孔隙数字岩心,并提出局部叠加法构建同时包含无机孔隙和有机孔隙的页岩基质孔隙数字岩心;最后对无机孔隙数字岩心、有机孔隙数字岩心和基质孔隙数字岩心的结构特征进行了对比分析.结果表明,局部叠加法构建的页岩基质孔隙数字岩心能够同时描述页岩中的无机孔隙和有机孔隙结构特征,无机孔隙本身连通性较差,有机孔隙本身连通性较好,有机孔隙的局部孔隙度和局部渗透率较高,对页岩中的流体渗流有着重要作用.该方法为页岩中不同的孔隙结构特征描述和油气在纳米尺度孔隙中的传输模拟提供了一个可靠的研究平台.      

孔隙型储层的孔隙系统三维量化表征——以四川、塔里木盆地白云岩为例

以四川盆地和塔里木盆地孔隙型白云岩样品为例,通过CT扫描、数字岩心、分形与多重分形等方法,讨论了典型白云岩储层不同孔隙系统(如晶间孔、粒间孔、铸模孔等)的结构特征,并用定量化参数对孔隙结构进行数值表征。结果表明:晶间孔和粒间孔样品的孔隙形状多为三角形,孔隙相对细长,喉道发育,连通性较好;铸模孔样品的孔隙形状较为规整,二维平面上表现为圆形,三维空间上近似球体,这类样品往往孔隙较为发育,但是孔喉系统连通性差;由多种类型孔隙组成的"混合孔"样品则非均质性较强,受岩石组构特征影响显著。进一步利用分形与多重分形方法对孔隙的非均质性进行研究发现:不同孔隙类型的结构差异在分形盒子维数上有明确响应,维数的均值相对大小表现为:铸模孔粒间孔晶间孔混合孔。孔隙度可能也对盒子维数产生影响。     

塔河油田奥陶系生物扰动碳酸盐岩储集层微观孔隙结构的数字化表征与连通性分析

塔河油田奥陶系鹰山组和一间房组发育大规模生物扰动碳酸盐岩储集层。在岩心观测和详细描述的基础上,通过岩石薄片的偏光显微镜、阴极发光显微镜观测和柱塞样品的X射线显微镜扫描与分析,实现了塔河油田奥陶系生物扰动碳酸盐岩储集层孔隙结构的数字化表征与连通性分析。结果表明:(1)由于生物扰动区潜穴充填物和围岩基质的岩石组构差异大,使这类储集层呈现极强的非均质性。(2)生物潜穴充填物主要由白云石晶体组成,白云石晶体以自形、半自形晶体为主;白云石晶间孔隙发育,孔隙体积集中于10～100μm3,喉道半径一般小于10μm,喉道长度一般小于40μm,白云石晶间孔为这类储集层的主要储集空间,围岩基质孔隙不发育。(3)生物潜穴充填物孔隙度介于7%～10%,孤立孔隙虽然数量多,但连通孔隙体积占比大,且连通孔隙拓扑结构复杂,孔隙连通性很好;通过表征单元体的尺度粗化升级分析发现,这类储集层的孔隙局部连通较好,而整体连通性相对较差。该研究真实、直观、准确刻画了生物扰动碳酸盐岩储集层微观孔隙结构特征,可为后续这类生物扰动碳酸盐岩储集层的微观渗流模拟研究提供所需的特征参数;未来将这类生物扰动碳酸盐岩储集层微观尺度上的孔隙结构数字化表征和渗流模拟结果与宏观分布规律相结合并应用到实际储集层评价中,可为这类储集层的油气资源量估算、开发方案优选、产能预测和提高采收率提供指导。     

基于多尺度X-CT成像的数字岩心技术在碳酸盐岩储层微观孔隙结构研究中的应用

为了更加直观、准确地刻画碳酸盐岩储集层的微观孔隙结构特征,分别选取裂缝发育的双孔介质碳酸盐岩储层样品与裂缝不发育的单介质碳酸盐岩储层样品,利用多尺度X-CT扫描成像技术建立不同级别的三维数字岩心,应用最大球算法与孔喉尺寸校正方法,提取并建立碳酸盐储层纳米级数字岩心孔隙网络模型,最后实现利用三维孔隙网络模型模拟储层物性参数、进汞曲线以及孔、喉分布曲线,并与常规高压压汞法结果进行平行对比。研究结果表明:利用数字岩心技术模拟得到的孔隙度、渗透率参数与实际测量结果相差较小;模拟得到的进汞曲线、孔喉分布曲线与室内压汞实验得到的曲线具有较高的一致性,数字岩心得到的模拟结果具有较高的可信度。数字岩心技术在碳酸盐储层微观孔隙结构的直观刻画与定量描述方面,具有明显优势。