岩石孔隙结构分析技术

分
CT扫描成像
析
核磁共振成像
方 法
间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
孔隙 结构 特征
离心法 压汞法
参数 化
激光共聚焦
孔隙结构分析—数字岩心法
聚焦离子束 CT扫描成像 核磁共振成像
激光共聚焦
向岩石孔隙中灌注掺合萤光物质的环氧树脂，荧光被照相设备检测并 将光信号转换为电信号获取孔隙结构信息。在平面上对样品逐点或逐 线扫描，得到2D图像。在纵向上以一定的间距扫描出不同轴位置的2D 图像，通过三维重建技术，还原样品的三维空间状态。能提供亚微米 级的分辨率，可以识别微孔、微缝，观察孔隙内流体赋存状态。
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
常规压汞
AutoPore IV高压压汞仪
（ 美国Micrometrics） 最大进汞压力： 9505型：30000Psi（ 9550型： 60000Psi）
最小孔喉半径： 9505型： 3.6nm（ 9550型： 1.8nm）
常规压汞：从较低压力开始，逐渐增大进汞压力至最高注入压力
最高工作温度：150oC 最高围压：69MPa 最高孔隙压力：65MPa 最大突破压力压力：1MPa 最小孔喉半径：0.05μm
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
驱替压差，MPa 0.010 0.027 0.058 0.090 0.195 0.390 0.900
水饱和度，% 98.42 80.86 59.03 47.55 35.84 27.74 27.74
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
YXL-15岩心分析专用高速离心机 （湖南湘仪）
最大转速：12000rpm 最大离心力：油驱水1.2MPa 水驱油1.4MPa 最小孔喉半径： 0.04μm
URC-628超级岩心离心机 （美国 Coretest）
最大转速：16000rpm(常温、常压 20000rpm) 最高围压：35MPa 最高温度：110oC
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
陶瓷低压半渗透隔板 突破压力小于1.5MPa
PcMax高压半渗透隔板 突 破压力10MPa
基本原理
对非湿相施加排驱压力，非湿相将克服岩心孔隙的毛管压力而进入孔 隙，将其中的湿相流体经半渗透隔板排出。非湿相把润湿相从孔隙中 驱替出来的压力就等于相应孔隙的毛管压力，根据驱替出的润湿相体 积可以计算孔隙内的湿相饱和度。逐步增加驱替压差，可建立毛管力 与饱和度关系曲线，获得孔隙大小及分布。
82.23
毛管压力,MPa
0.4 0.3 0.2 0.1 0.0 -0.1 0 -0.2 -0.3 -0.4
20
40
60
80
100
含水饱和度,%
pc
1.097109L(Re

L 2
)n2
r 2 cos
Pc
优点：测试周期短，4块/天 缺点：测试压力低(受离心机最大转速限制)，体积计量精度低（0.05ml）
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
转速 rpm
500 1000 1500 2000 3000 4000 5000 6000 7000
油驱水
毛管力 水饱和度
MPa
%
0.001
96.67
0.004
60.01
0.0089
53.35
0.0158
44.46
0.0356
40.02
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
岩心直径：1英寸和1.5英寸
覆压条件毛管压力—岩电测试系统 （美国Corelab ）
实验温度：室温 最高围压：69MPa 最大突破压力压力：10MPa 最小孔喉半径：0.005μm
CAPRI地层条件毛管压力—岩电测试系统 （法国Vinci ）
孔喉分布图（高压压汞仪）
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法
恒速压汞
半渗透隔板法
离心法
压汞法
岩心室 Coreholder and
integral valve
压力传感器 Pressure
transducer
真空泵 Vacuum
Pump
驱 替 泵 Pump
数据采 Computer 集系统
CT扫描成像
可视 化
分
核磁共振成像
析
聚焦离子束
方 法
间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
孔隙 结构 特征
离心法 压汞法
参数 化
厚度：0.03mm 直径：25mm
孔隙结构分析—直接观测法
铸体薄片法
向岩石孔隙中注入环氧树脂，与固化剂发生化学固化反应后，孔隙被坚 硬的反应物填充，形成岩石铸体，将岩石铸体研磨薄片。借助显微镜和 图像分析系统获得孔隙结构2D图像。直观反映2D截面上的孔隙的大小、 形状、连通性及孔喉配位数。将孔隙截面看做圆形，基于孔隙面积等效 原则，获得2D孔隙结构参数。
利用电透镜将离子束聚焦成非常小尺寸的显微切割仪器，可以在亚微米
的级别上对样品进行切割、研磨(刻蚀),并进行2D纳米级扫描成像，重
构获得高分辨率3D图像,可定量获得直径4~80nm间孔隙的大小及分布。
样品在测试过程中被研磨掉,是一种破坏性的技术。
激光共聚焦
孔隙结构分析—数字岩心法
聚焦离子束 CT扫描成像 核磁共振成像
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
毛管压力：当不互溶的两相流体在岩石孔隙内相互接触时，流体之间
有一弯月形的分界面，由于界面张力和润湿性的作用，使得在分界面上
两侧流体的压力是不相等的，其压力差就定义为毛管压力。
油 Pc
油
Pc 2cos
r
水 亲水毛细管
Pc 水 亲油毛细管
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
常规压汞
岩心室
压力表
酒精
岩心
导管
汞
YG-Ⅱ型孔隙结构仪
最大进汞压力：50MPa 最小孔喉半径：0.015μm
动力源 体积计量管
常规压汞：从较低压力开始，逐渐增大进汞压力至最高注入压力
（进汞），再逐渐降低压力至最低压力（退汞），记录各个压力点及 对应的进汞体积
岩石孔隙结构分析技术
开发试验室
岩石孔隙结构分析技术
提纲
一、引言 二、孔隙结构分析方法 三、孔隙结构的定量表征 四、孔隙结构参数的应用
引言
孔隙——岩石中未被固体物质所占据的空间，是储层流体的 储集空间和流动通道。
较大空间—孔隙，狭窄部分—喉道
孔隙和喉道的几何形状
孔 孔隙和喉道的大小 隙 结 孔隙和喉道的分布 构
毛管压力法
三种方法的差别主要体现在： •加压方式 •实验流体 •实验周期
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
陶瓷低压半渗透隔板 突破压力小于1.5MPa
PcMax高压半渗透隔板 突 破压力10MPa
半渗透隔板
•多孔介质 •隔板孔喉小于岩心孔喉 •隔板用湿相流体饱和 •隔板只允许湿相流体通过 • 流体介质：亲水隔板：油/水、气/水；亲油隔板：水/油、气/油
孔隙和喉道的连通性
孔隙和喉道间的配置关系
白色部分：岩石颗粒 黑色部分：孔隙（粗：孔隙，细：喉道）
岩石孔隙结构分析技术
提纲
一、引言 二、孔隙结构的分析方法 三、孔隙结构的定量表征 四、孔隙结构参数的应用
孔隙结构分析方法
铸体薄片法
直接观测法
荧光显示剂注入法
孔
扫描电镜法
孔隙
隙
激光共聚焦
结构
结
特征Байду номын сангаас
构
数字岩心法
激光共聚焦
孔隙结构分析—数字岩心法
聚焦离子束 CT扫描成像 核磁共振成像
SPEC-050核磁共振成像分析仪
全直径岩心裂缝扫描图像
核磁共振成像
采用三维线性梯度场,通过测量内建梯度场中的扩散引起的衰减，可以 对岩心进行不同角度的2D切片成像。2D切片图像重构得到岩心3D图像。 无损伤的3D成像技术，可以进行全直径岩心的孔隙结构分析，在裂缝 识别、孔隙分布、孔隙内流体赋存状态的定量研究方面具有优势
孔隙结构分析—直接观测法
扫描电镜法
利用细聚焦电子束在样品表面扫描时激发出来的各种物理信号来调制获得 孔隙结构图像。可观察孔隙充填和发育情况，区分孔隙类型，研究粘土矿 物对孔隙的影响。
孔隙结构分析方法
铸体薄片法
直接观测法
荧光显示剂注入法
孔
扫描电镜法
孔隙
隙
激光共聚焦
结构
结
特征
构
数字岩心法
聚焦离子束
可视 化
（进汞），再逐渐降低压力至最低压力（退汞），记录各个压力点及对 应的进汞体积
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
常规压汞
Ka=0.965mD
常规压汞毛管压力曲线
孔喉分布图
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
常规压汞
Ka=0.0441mD
常规压汞毛管压力曲线（高压压汞仪）
驱替压差，MPa
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
0
20
40
60
80
100
含水饱和度，%
Pc 2 cos P
r
r 2 cos
P
优点：可在模拟储层温度、压力条件下进行，可测量全直径岩心 缺点：测试周期长，20-40天
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
孔隙结构分析方法
铸体薄片法
直接观测法
荧光显示剂注入法
孔
扫描电镜法
孔隙
隙
激光共聚焦
结构
结
特征
构
数字岩心法
CT扫描成像
可视 化
分
核磁共振成像
析
聚焦离子束
方 法
间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
孔隙 结构 特征
离心法
参数
化
压汞法
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
MARAN型核磁共振岩心分析仪
离心法
压汞法
离心盘
旋转轴
实验流体：油/水 气/水
基本原理
离心机带动岩心旋转，由于驱替和被驱替流体的密度差，两相流体间产 生离心压力差，克服毛管压力，使其中一相流体排驱另一相流体。根据 驱替出的流体体积可以计算孔隙内的饱和度。逐步增加转速，可建立毛 管力与饱和度关系曲线，获得孔隙大小及分布。
孔隙结构分析—间接测定法
毛管压力与孔喉半径成 反比，毛管压力的变化可以
反映孔隙结构的变化。
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
毛管压力法：非湿相驱替非湿
相时，毛管压力是阻力。外加压 毛
力等于或大于某一喉道的毛管压
管 压
力时，非湿相通过喉道进入孔隙 力
把湿相流体排出，外加压力与喉
道的毛管压力在数值上相等。改
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
毛 管 压
Pc 2cos
r
汞润湿角为140o 表面张力为480mN/m
力
Pc 0.735
r
100 汞饱和度
0
基本原理
常规压汞 恒速压汞
对于岩石而言，汞为非湿相，如果对汞施加的压力大于或等于孔隙喉道
的毛管压力时，汞就克服毛管阻力进入孔隙，进汞压力等于毛管压力。 根据进汞体积可以计算孔隙内的汞饱和度。
激光共聚焦
孔隙结构分析—数字岩心法
聚焦离子束 CT扫描成像 核磁共振成像
电
子
离子束
束
成像平面
切片方向
52O倾角
黑色：干酪根 红色：干酪根孔隙 灰色：基质矿物
Barrnet页岩3D SEM体视图
(高：5 μm ，宽：5 μm ，深：2.5 μm)
孔隙分布柱状图
聚焦离子束
(氩离子研磨技术与SEM相结合)
120 100
80 60 40 20
0 0.01 0.1
1
10 100 1000 10000
T2，ms
测定的最小孔隙直径为2nm
信号幅度 频率，%
3.00 2.50 2.00 1.50 1.00 0.50 0.00
10
100 r,um
1000
r cT2 c0T2
基本原理
含H流体在孔隙中的横向弛豫时间T2与孔隙半径成正比。通过测定100% 饱水岩心的T2谱，即可获得不同半径孔隙的分布情况。
0.0632
35.58
0.0988
33.8
0.1423
33.36
0.1936
33.36
水驱油
毛管力 MPa
水饱和度 %
0.0018
40.02
0.0071
50.02
0.016
62.24
0.0284
71.12
0.064
76.67
0.1137
80.01
0.1777
81.12
0.2559
82.23
0.3483
原
始
灰
X射线束
度
检测器
图
物件在X射线束
X射线源
中旋转
三
ACTIS微焦点CT机
断 层 CT 图
维
像
建
模
CT扫描成像
依靠岩样内部的密度差别，根据X射线信号的衰减幅度区分岩石骨架和 孔隙，扫描直接获得岩石孔隙截面的2D图像，重构获得3D图像。分辨 率达到孔隙级（微米和亚微米范围），无损伤的3D成像技术，适用于 孔隙的二维截面及空间特征研究。
变外加压力，可以改变孔隙内的
湿相流体饱和度。
0
毛管压力曲线：毛管压力是湿
相饱和度函数。计算孔喉半径及 其控制的孔隙体积百分数。
P c f (s)
润湿相的饱和度
100
或非润湿相饱和度
Pc 2cos
r
孔隙结构分析—间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
离心法
压汞法
半渗透 隔板法
离心法
压汞法