CT扫描技术对岩石孔隙结构的研究_马文国

2.31
21
3
2.56
3.995
14.91
1.04
2.08
16.32
1.75
2.28
21
2.82
2.54
2.09
14.9
0.84
2.02
16.32
1.75
2.24
21
2.62
2.53
识别图像见图 1 和图 2。 为了从三维空间了解岩石 的发育规律和变化，进行了岩石样品的三维空间结 构重构，包括岩石整体重构和岩心骨架重构。 三维 模型直观地反映了岩石的发育状况，为孔隙空间发 育规律研究提供了有利工具。
基金项目： 本文受国家科技重大专项项目 “复杂油气田地质与 提 高 采 收 率 技 术 ” 支 持 。 项 目 编 号 ：2011ZX05009 。
作 者 简 介 ： 马 文 国 ， 讲 师 ， 博 士 研 究 生 ，2008 年 毕 业 于 东 北 石 油 大学油气田开发专业， 获硕士学位， 目前主要从事提高采收率 技术和油气田开发及岩心微观孔隙结构研究工作。 参与了国家 科 技 重 大 专 项 (2009ZX05009-004) 项 目 “ 复 杂 油 气 田 地 质 与 提 高 采 收 率 技 术 ” ， 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 (50634020) “ 低 渗 透 油层提高驱油效率的机理研究”。 E-mail ：mawenguo110@163.com
[3] COLES . Pore level imaging of fluid transport using synchrotron
X-ray microtomography[J].JPSE ，1998(19) ：53-63.
[4] 李 玉 彬 ， 李 向 良 ， 高 岩 . 用 微 焦 点 X-CT 成 象 研 究 岩 石 微 观 特
(a) 流 体 压 力 为 8.035MPa
(b) 流 体 压 力 为 2.09MPa
图 2 不同流体压力下岩心图片
3.2 CT 扫 描 对 岩 石 孔 隙 三 维 重 构 应 用 通 过 CT 扫 描 设 备 获 取 样 品 结 构 信 息 后 ， 进 行
了二维孔隙信息的识别和测量，获取了孔隙结构尺 寸信息(见图 3 和图 4)。 同时，为了对比岩心内部不 同位置的孔隙结构， 直接进行二维空间结构识别，
结构分析结果见表 1。 对 于 渗 透 率 大 于 2.5 ×10 -3μm2 的 样 品 岩 心 ， 在
恒定围压条件下，岩心孔隙结构随着地层孔隙内流 体 压 力 在 原 始 压 力 条 件 下 逐 渐 下 降 的 CT 结 构 扫 描 分析结果见表 1。
通 过 对 表 1 数 据 和 CT 扫 描 图 片 ( 见 图 1、 图 2) 的对比分析，可以看出，随着孔隙中的流体压力在 原始压力基础上逐渐上升， 岩心结构参数变化不 大；但是，随着孔隙流体压力从原始压力开始下降， 孔隙半径下降较大， 孔隙度和平均配位数均有降 低，但变化不大。
16.45
1.64
2.68
14.31
3.282
2.84
16.045
15.22
3.284
2.13
16.45
1.64
2.69
14.31
3.284
2.85
孔隙流体
岩 心 14-2(0.45×10-3μm2)
岩 心 31-6(5.02×10-3μm2)
岩 心 49-7-1(15.30×10-3μm2)
压 力 /MPa 孔 隙 度 ，% 孔 隙 直 径 /μm 平 均 配 位 数 孔 隙 度 ，% 孔 隙 直 径 /μm 平 均 配 位 数 孔 隙 度 ，% 孔 隙 直 径 /μm 平 均 配 位 数
第7期
马 文 国 等. CT 扫 描 技 术 对 岩 石 孔 隙 结 构 的 研 究
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图片见图 1，孔隙结构参数变化结果见表 1。
(a) 流 体 压 力 为 8.035MPa
(b) 流 体 压 力 为 16.045MPa
图 1 不同流体压力下岩心图片
为研究随着孔隙内流体压力的下降而导致的 岩心结构参数的变化，对上述进行降低孔隙流体压 力 的 岩 心 进 行 CT 结 构 扫 描 ， 扫 描 图 片 见 图 2， 孔 隙
[2] GRAG A，KOVSCEK A R.CT scan and neural network technology
for construction of detailed distribution of residual oil saturation
during waterflooding[C].SPE 35737 ，1996 ：695-710.
图 3 岩心孔道连通状况识别界面
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中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
2011年 第 16 卷
降对岩心孔隙参数影响较压力上升影响明显。 ② CT 扫 描 技 术 在 不 损 坏 样 品 内 部 结 构 的 条
件下，进行二维截面和三维空间发育重构，定量无 损分析岩心等样品。
图 4 扫描材料孔隙结构分析界面
压
8.035
15.21
1.5
2.21
16.4
1.75
2.51
21.01
3.34
2.7
力
7
14.99
1.28
2.21
16.37
1.75
2.46
21
3.2
2.64
下
6.075
14.95
1.38
2.13
16.34
1.75
2.43
21.01
3.16
2.61
降
5.095
பைடு நூலகம்14.94
1.22
2.1
16.33
1.75
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中外能源 SINO-GLOBAL ENERGY
2011年 第 16 卷
CT 扫描技术对岩石孔隙结构的研究
马文国，刘傲雄
( 东 北 石 油 大 学 提 高 油 气 采 收 率 教 育 部 重 点 实 验 室 ， 黑 龙 江 大 庆 163318)
摘 要 随着主力油田开发效果逐年变差，新发现油田开发难度不断加大，已探明的低渗透油田可采储量已经成为填补油田
比 利 时 SkyScan 公 司 生 产 的 1172 micro-CT 微 焦 点 计 算 机 扫 描 仪 ， 分 辨 率 为 1.0μm 以 下 ， 最 大 射 线 电 压 为 100kV。 扫 描 样 品 的 高 度 限 制 为 70.0mm， 单个样品或一系列较小样品均可。恒温箱、驱油泵、
中间容器以及其他辅助设备。 2.2 实验步骤
①天然岩心洗油，测岩心渗透率；②样品岩心 在 45℃条 件 下 恒 温 12h； ③ 在 恒 定 围 压 20MPa 下 ， 逐 渐 增 加(降 低)岩 心 流 体(氮 气)压 力 ；④CT 扫 描 ，测 量不同压力稳定条件下的岩心孔隙结构参数。 3 实验结果及分析 3.1 岩心参数随孔隙流体压力变化规律研究
实验结果表明，压力下降对岩心孔隙结构等参 数的影响较压力上升更为明显。
表 1 岩心孔喉参数和孔隙流体压力关系
孔隙流体
岩 心 14-1(0.45×10-3μm2)
岩 心 8-1(4.46×10-3μm2)
岩 心 14-3(10.46×10-3μm2)
压 力 /MPa 孔 隙 度 ，% 孔 隙 直 径 /μm 平 均 配 位 数 孔 隙 度 ，% 孔 隙 直 径 /μm 平 均 配 位 数 孔 隙 度 ，% 孔 隙 直 径 /μm 平 均 配 位 数
[Abstract] As the development effect of main oil fields are turning poorer year by year and the development of newly discovered oilfields are becoming increasingly difficult ，proven recoverable reserves of the low permeability oilfields have become an important part of filling the output gap.However ，the development of low permeability oilfields is hard too ，especially the research of actual pore structure development is less in the low permeability reservoirs lacking of description results on microscopic size.SkyScan1172 microfocus X -ray com puted tomography (CT) scanner is applied to natural core scanning ，and three -dimensional reconstruction and quantitative fine analysis.By the low permeability imaging experiments ，core samples with diameter of 2.0mm are measured on micro-size and pore structure are scanned and reconstructed without damage for the internal structure of the core.Combined with the indoor fluid experiments ，the changes rules of the pore structure of the core samples under different pressure are analyzed ，and the spatial resolution can be up to 0.8μm.The results show that drop of the pressure has more influence on the core parameters of the pore structure than rise of the pressure.CT scanning technology can be applied to quantitative analysis on the pore structure pa rameters of the low permeability cores.Three-dimensional reconstruction techniques can be applied for non-de structive study on the internal pore structure of cores. [Keywords] CT scanning ；low permeability core ；non-destructive test ；internal pore structure ；three -dimensional reconstruction；quantitative analysis
Ma Wenguo，Liu Aoxiong
(Key Laboratory of Enhancing Oil and Gas Recovery of Education Ministry ， Northeast Petroleum University ，Daqing Heilongjiang 163318)
压
8.035
15.2
3.28
2.13
16.4
1.62
2.61
14.29
3.28
2.8
力
10.085
15.21
3.28
上
2.1
16.41
1.63
2.63
14.3
3.28
2.81
升
11.935
15.2
3.28
2.09
16.43
1.64
2.67
14.3
3.28
2.83
14.075
15.22
3.282
2.12
产量缺口的重要组成部分。 但低渗透油田开发的难度同样不小， 尤其在低渗透油田油层实际孔隙结构发育方面的 研 究 较 少 ， 缺 乏 微 观 尺 度 的 描 述 成 果 。 利 用 SkyScan1172 微 焦 点 X 射 线 计 算 机 层 析 (CT) 扫 描 仪 ， 对 天 然 岩 心 进 行 扫 描 ， 并 进 行 三 维 重 构 和 定 量 精 细 分 析 ， 通 过 对 低 渗 透 进 行 的 成 像 实 验 ， 对 直 径 2.0mm 的 岩 心 样 品 进 行 了 微 尺 寸 测 量，在不损害样品内部结构的同时，扫描重构了岩心的孔隙结构，并结合室内流体实验，对不同压力下岩心样品孔 隙 结 构 变 化 规 律 进 行 了 分 析 ， 空 间 分 辨 率 能 够 达 到 0.8μm。 实 验 结 果 表 明 ： 压 力 下 降 对 岩 心 孔 隙 结 构 等 参 数 的 影 响 较 压 力 上 升 更 为 明 显 。 利 用 CT 扫 描 技 术 ， 能 够 对 低 渗 透 岩 心 孔 隙 结 构 参 数 进 行 定 量 分 析 ， 并 且 三 维 重 构 技 术 能 够 对岩心内部孔隙结构进行无损研究。
[J]. 油 气 采 收 率 技 术 ，2000 ，7(4) ：50-51.
[5] 熊伟，雷 群，刘 先贵 ，等.低渗透油 藏拟 启动 压力梯度[J].石油
勘 探 与 开 发 ，2009 ，36(2) ：232-235.
(编辑 刘 燕)
The Study of the Pore Structure Parameters in Rocks by CT Scanning Technology
为研究随孔隙内流体压力上升，岩心孔隙结构 的变化规律， 对完成了压力敏感实验的岩心进行 CT 扫 描 。 在 恒 定 围 压 条 件 下 ，随 孔 隙 内 流 体 平 均 压 力在原始压力条件下逐渐上升，对不同渗透率级别 的岩心进行孔隙流体压力敏感性实验，原始压力条 件 下 CT 扫 描 图 片 和 最 高 压 力 条 件 下 CT 结 构 扫 描
4 结论 ① 随着孔隙内流体压力从原始压力开始增
加，岩心结构参数变化不大；但随着孔隙流体压力 从原始压力开始下降，岩心参数变化较大；压力下
参考文献：
[1] 曹 绪 龙 ， 李 玉 彬 ， 孙 焕 泉 ， 等 . 利 用 体 积 CT 法 研 究聚合 物驱 中
流 体 饱 和 度 分 布 [J]. 石 油 学 报 ，2003 ，24(2) ：65-68.
关 键 词 CT 扫 描 低 渗 透 岩 心 无 损 检 测 孔 隙 内 部 结 构 三 维 重 构 定 量 分 析
1 前言 CT技 术 被 国 内 外 广 泛 应 用 于 生 物 医 学 、材 料 科
学、药物开发和制造业、合成工业、医学研究、地质 学、动植物学、建筑材料、造纸业等研究领域。 国外 在 研 究 多 孔 介 质 结 构 方 面 已 有 20 多 年 的 历 史 ， 取 得了一定的研究成果，但研究精度远远高于实际天 然 岩 心 的 孔 隙 尺 度[1，2]。随 着 技 术 进 步 ，CT 图 像 质 量 有了质的飞跃，国外研究者已实现空间分辨率达到 30μm[3]。 国 内 学 者 在 研 究 中 的 空 间 分 辨 率 已 经 达 到 几 个 微 米[4]。 近 年 来 ，随 着 石 油 勘 探 和 生 产 中 低 孔 、 低渗油田比例不断增加，对低渗透岩石的微观孔隙 结构研究的任务越发紧迫。 恒速压汞实验结果表 明， 储集层渗流能力不能仅依靠气测渗透率来表 征，主流喉道半径是表征储集层渗流能力的重要参 数[5]。 本 文 利 用 微 焦 点 X 射 线 计 算 机 层 析(CT)，对 岩 石 样 品 进 行 无 损 扫 描 ， 空 间 分 辨 率 达 到 1μm 以 下 ， 能直观地对岩石孔隙结构变化进行定量分析。 2 实验仪器及步骤 2.1 实验仪器