致密砂岩储层测井数字岩石物理研究需求_进展与挑战_李华阳

致 密 砂 岩 储 层 主 要 特 征 是 孔 喉 细 小 、孔 隙 度 渗 透率条件极差、孔隙结构极复杂。 针对常规砂岩储 层条件研发的岩石物理分析技术和手段已难以满足 致密砂岩储层实验 精 度 和 时 效 性 的 要 求，特 别 是 常 规驱替实验不适用于此类 储 层 。 ［３］ 以 ＣＴ 扫 描 和 数 值模拟为核心的测井数字岩石物理性质研究已逐渐 成为解决相关 难 题 的 重 要 手 段，并 在 渗 透 率、电 性 模拟等 方 面 取 得 重 要 进 展，但 同 时 也 遇 到 了 很 多 挑战。
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测 井 技 术
２０１４ 年
０ 引 言
据翟光明、邱 中 建 院 士 等 的 ［１－２］ 研 究，中 国 陆 上 未来油气勘探的主 要 领 域 包 括 前 陆 盆 地、断 陷 盆 地 富油气凹陷、坳陷盆 地 大 面 积 地 层 岩 性 带 和 大 型 古 隆起。从测井专业 角 度 看，目 前 及 未 来 油 气 勘 探 主 体与以往常见油气藏的区别主要是储层的复杂化， 即 岩 性 、孔 隙 空 间 类 型 和 流 体 分 布 特 征 多 样 化 ，给 测 井采集、解 释 评 价 与 岩 石 物 理 研 究 带 来 很 大 挑 战。 上述４类勘探对象 中，复 杂 储 层 主 要 包 括 复 杂 碎 屑 岩（特低孔隙度渗 透 率、致 密 砂 岩、页 岩 等）、缝 洞 型 碳酸 盐 岩、火 山 岩 储 层。其 中，以 鄂 尔 多 斯 盆 地、四 川盆地为代表的致密砂岩油气区勘探开发近２年取 得重要突破，已成为 目 前 最 为 现 实 的 非 常 规 油 气 资 源 。 ［３］ 该类储层也是本文论述的对象。
Ｔｈｅ Ｄｅｍａｎｄ，Ｐｒｏｇｒｅｓｓｅｓ ａｎｄ Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ ｏｆ Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ Ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｉｔｈ Ｌｏｇ Ｄａｔａ ｉｎ Ｔｉｇｈｔ Ｓａｎｄ Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ
ＬＩ Ｈｕａｙａｎｇ，ＬＩ Ｃｈａｏｌｉｕ，ＺＨＯＵ Ｃａｎｃａｎ，ＨＵ Ｆａｌｏｎｇ，ＬＩ Ｘｉａ，ＺＯＵ Ｙｏｕｌｏｎｇ （Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ＆ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＰｅｔｒｏＣｈｉｎａ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８３，Ｃｈｉｎａ）
综合国内外关于数字岩石物理研究的发展历 程 ，测 井 数 字 岩 石 物 理 是 依 据 物 理 学 原 理 和 方 法 ，基 于反映岩石内部孔隙特征的图像采用数字模拟手段 分析储层岩石的物 理 性 质 和 输 运 特 性 新 兴 学 科，主 要内容包括２部分。
（１）数字孔隙格架的构建。 目前用ＣＴ 或扫描电镜对岩心内部结 构进行三维灰度成 像，再 通 过 图 像 二 值 化 处 理 分 离 孔隙和骨架，以 获 取 岩 石 真 实 三 维 孔 隙 格 架。 随 着 ＣＴ 扫 描 技 术 和 成 像 技 术 的 进 步，该 方 法 的 应 用 已 经越来越普遍。国外还有学者提出采用环氧树脂灌 注孔隙并通过聚焦扫描进行孔隙成像的实验方法， 但只能处理岩心薄片 。 ［６］
２ 近２年研究进展概述
（１）扫 描 测 试 仪 器 配 套 能 够 获 取 各 种 分 辨 率 图 像。以美国 Ｘｒａｄｉａ公 司 为 代 表 针 对 岩 心 的 ＣＴ 扫 描设备 逐 渐 配 套 完 善，目 前 已 商 业 化 应 用 的 包 括 ＵｌｔｒａＸＲＭ－Ｌ２００ 型 、ＭｉｃｒｏＸＣＴ－４００ 型 、ＭｉｃｒｏＸＣＴ－ ２００型和 ＶｅｒｓａＸＲＭ－５００型。美 国 ＧＥ 公 司 也 有 类 似 ＣＴ 设备，它们的最高成像分辨率 分 别 为 ５０ｎｍ、 ０．５μｍ 和１μｍ，所 使 用 的 Ｘ 射 线 能 量 一 般 为 １２０ ～１６０ｋｅＶ，纳米 ＣＴ 的 Ｘ 射线能量更低，为８ｋｅＶ。 此外，美国 ＦＥＩ公司 最 新 推 出 了 分 辨 率 高 达 ０．８～ ３．５ｎｍ 级 聚 焦 离 子 束 扫 描 电 镜 ＦＩＢＳＥＭ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅｓ），通 过 对 岩心表面原子级别的逐层切割输出几个纳米级的高 清图像。
中国 石 油 大 学 孙 建 孟 教 授、陶 果 教 授 和 姚 军 教 授等 在 ２０００ 年 以 后 开 始 利 用 格 子 气 自 动 机、ＬＢＭ 及有限元等方法模 拟 电 学、声 学 及 渗 透 率 等 性 质 以 及两相流模拟 。 ［５］ 毕业于英国帝国理工大学的 董 虎 博 士 于 ２０１０ 年 在 厦 门 注 册 成 立 了 数 岩 科 技 公 司 ，专 门从事相关技术研发和服务。
第 ３８ 卷 第 ２ 期 ２０１４ 年 ４ 月
文 章 编 号 ：１００４－１３３８（２０１４）０２－０１２５－０６
测 井 技 术 ＷＥＬＬ ＬＯＧＧＩＮＧ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３８ Ｎｏ．２ Ａｐｒ ２０１４
致密砂岩储层测井数字岩石物理研究 需求、进展与挑战
李华阳，李潮流，周灿灿，胡法龙，李霞，邹友龙
图 １ 基 于 三 维 孔 隙 格 架 的 岩 石 物 理 性 质 数 值 模 拟 对 象
第３８卷 第２期 李华阳，等：致密砂岩储层测井数字岩石物理研究需求、进展与挑战
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已 经 可 以 实 现 包 括 电 、声 、核 磁 共 振 及 渗 流 等 主 要 参 数 的 模 拟 ，基 本 涵 盖 了 常 规 实 验 测 试 项 目 ，可 对 致 密 砂岩的岩石物理特征进行较全面的分析研究。
无论 采 用 哪 种 方 法，在 获 取 三 维 数 字 孔 隙 格 架 的同时还必须有效 区 分 孔 隙 和 喉 道，这 是 对 孔 隙 网 络的一种近似简化以保证模拟计算成功的关键。
（２）岩石物理特性的模拟。 在获取三维孔隙格 架的基础上利用多 种 算 法 模 拟 岩 石 特 征 参 数 （见 图 １）。图１表明，目前 的 测 井 数 字 岩 石 物 理 性 质 研 究
１ 测井数字岩石物理研究历程与主要 内容
利用数值模拟的方法分析岩石渗流等宏观物理 性质的研究早 在 ２０ 世 纪 ５０ 年 代 就 由 Ｐｕｒｃｅｌｌ等［４］ 提出，早期有毛细 管 束 模 型、二 维 电 路 网 络 模 型 等。 ２０世纪７０年代由于计算机及图像 分 析 技 术 的 出 现 使得孔隙网络模型 的 研 究 得 到 进 一 步 发 展，但 直 到 ２０世纪 ９０ 年代以后随着 ＣＴ 技术的发展才 真 正 开 始了模拟砂岩三维孔隙的数字岩石物理研究。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｏｉｌ ＆ ｇａｓ ｒｅｓｏｕｒｃｅ，ａｓ ｔｉｇｈｔ ｓａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ，ｈａｓ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｐｏｒｅ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ－ｕｓｅｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｉｓ ｉｎａｄｅｑｕａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｏｆ ｔｈｉｓ ｋｉｎｄ ｏｆ ｓａｍｐｌｅｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｗｉｔｈ ｌｏｇ ｄａｔａ ｉｓ ｕｒｇｅｎｔｌｙ ｎｅｅｄｅｄ．Ｗｉｔｈ ｈｉｓｔｏｒｉｃａｌ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｇｉｖｅｓ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｎ ｉｔｓ ｒｅｃｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｉｇｈｔ ｓａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｆｏｕｒ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｏｆ ｔｈｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｔ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔａｇｅ：① Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ；② Ｔｈｅ ｉｍａｇｅ ｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｐｏｒｅ ｆｒａｍｅ ｂｕｉｌｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｅｘｉｓｔｓ ｓｔｒｏｎｇ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ；③ Ｗｅ ｄｏ ｎｏｔ ｈａｖｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌｓ； ④ Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｎｅｅｄｓ ｔｏ ｂｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ．Ａｎｄ ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｓｕｇｇｅｓｔｓ ｔｗｏ ｋｅｙ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｗｉｔｈ ｌｏｇ ｄａｔａ ｉｎ ｔｈｅ ｎｅａｒ ｆｕｔｕｒｅ：３Ｄ ｐｏｒｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｍｕｌｔｉ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｎｄｅｎｃｙ ｃｌｏｕｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｅｔｒｏｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｔｉｇｈｔ ｓａｎｄ，ｕｎｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｏｕｒｃｅ，ＣＴ ｓｃａｎ，ｎｕｍｅｒｉｃａｌ
ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
基金项目：国家油气重大专项复杂储层油气测井解释理论方法与 处 理 技 术 （２０１１ＺＸ０５０２０－００８）；中 国 石 油 天 然 气 集 团 公 司 测 井 前 沿 技 术 与 应 用 基 础 研 究 项 目 （２０１１Ａ－３９０１）
作 者 简 介 ： 李 华 阳 ，男 ，１９８７ 年 生 ，硕 士 研 究 生 ，从 事 测 井 岩 石 物 理 研 究 与 数 据 处 理 解 释 。