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1、开发试验室,岩石孔隙结构分析技术,-1-,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,岩石孔隙结构分析技术,-2-,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,孔隙结构,白色部分：岩石颗粒黑色部分：孔隙（粗：孔隙，细：喉道）,孔隙和喉道的几何形状,孔隙和喉道的大小,孔隙和喉道的连通性,孔隙和喉道的分布,孔隙和喉道间的配置关系,-3-,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,岩石孔隙结构分析技术,-4-,孔隙结构分析方法,直接观测法,铸体薄片法,荧光显示剂
2、注入法,扫描电镜法,间接测定法,半渗透隔板法,离心法,压汞法,核磁共振波谱法,数字岩心法,激光共聚焦,CT扫描成像,核磁共振成像,孔隙结构分析方法,孔隙结构特征参数化,孔隙结构特征可视化,聚焦离子束,-5-,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。,孔隙结构分析直接观测法,铸体薄片法,厚度：0.03mm直径：25mm,-6-,利用细聚焦电子束在样品表面扫描时
3、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。,扫描电镜法,孔隙结构分析直接观测法,-7-,孔隙结构分析方法,直接观测法,铸体薄片法,荧光显示剂注入法,扫描电镜法,间接测定法,半渗透隔板法,离心法,压汞法,核磁共振波谱法,数字岩心法,激光共聚焦,聚焦离子束,CT扫描成像,孔隙结构分析方法,孔隙结构特征参数化,孔隙结构特征可视化,核磁共振成像,-8-,激光共聚焦,CT扫描成像,聚焦离子束,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
4、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。,核磁共振成像,孔隙结构分析数字岩心法,激光共聚焦,-9-,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480nm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。,聚焦离子束(氩离子研磨技术与SEM相结合),聚焦离子束,CT扫描成像,激光共聚焦,核磁共振成像,孔隙结构分析数字岩心法,Barrnet页岩3
5、D SEM体视图 (高：5 m ，宽：5 m ，深：2.5 m),黑色：干酪根红色：干酪根孔隙灰色：基质矿物,孔隙分布柱状图,-10-,三维建模,原始灰度图,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。,CT扫描成像,孔隙结构分析数字岩心法,CT扫描成像,激光共聚焦,核磁共振成像,聚焦离子束,ACTIS微焦点CT机,-11-,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。2
6、D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,核磁共振成像,激光共聚焦,聚焦离子束,CT扫描成像,核磁共振成像,孔隙结构分析数字岩心法,SPEC-050核磁共振成像分析仪,全直径岩心裂缝扫描图像,-12-,孔隙结构分析方法,直接观测法,铸体薄片法,荧光显示剂注入法,扫描电镜法,间接测定法,半渗透隔板法,离心法,压汞法,核磁共振波谱法,数字岩心法,激光共聚焦,CT扫描成像,核磁共振成像,孔隙结构分析方法,孔隙结构特征参数化,孔隙结构特征可视化,聚焦离子束,-13-,核磁共振波谱法,半渗透隔板
7、法,压汞法,离心法,孔隙结构分析间接测定法,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。,基本原理,MARAN型核磁共振岩心分析仪,测定的最小孔隙直径为2nm,-14-,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。,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,孔隙结构分析间接测定法,压汞法,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。,-15-,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板
8、法,孔隙结构分析间接测定法,压汞法,毛管压力法：非湿相驱替非湿相时，毛管压力是阻力。外加压力等于或大于某一喉道的毛管压力时，非湿相通过喉道进入孔隙把湿相流体排出，外加压力与喉道的毛管压力在数值上相等。改变外加压力，可以改变孔隙内的湿相流体饱和度。 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。,-16-,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,孔隙结构分析间接测定法,压汞法,三种方法的差别主要体现在：加压方式实验流体实验周期,-17-,半渗透隔板法,核磁共振波谱法,压汞法,离心法,孔隙结构分析间接测定法,陶瓷低压半渗透隔板 突破压力小于1.5MPa,PcMax高压
9、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,-18-,半渗透隔板法,核磁共振波谱法,压汞法,离心法,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。,孔隙结构分析间接测定法,基本原理,陶瓷低压半渗透隔板 突破压力小于1.5MPa,PcMax
10、高压半渗透隔板 突破压力10MPa,-19-,半渗透隔板法,核磁共振波谱法,压汞法,离心法,孔隙结构分析间接测定法,CAPRI地层条件毛管压力岩电测试系统（法国Vinci ）,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：0.05m,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：0.005m,岩心直径：1英寸和1.5英寸,-20-,半渗透隔板法,核磁共振波谱法,压汞法,离心法,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，
11、20-40天,孔隙结构分析间接测定法,-21-,离心法,核磁共振波谱法,压汞法,半渗透隔板法,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,基本原理,实验流体：油/水 气/水,-22-,离心法,核磁共振波谱法,压汞法,半渗透隔板法,孔隙结构分析间接测定法,YXL-15岩心分析专用高速离心机（湖南湘仪）,URC-628超级岩心离心机（美国 Coretest）,最大转速：16000rpm(常温
12、、常压20000rpm)最高围压：35MPa 最高温度：110oC,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： 0.04m,-23-,离心法,核磁共振波谱法,压汞法,半渗透隔板法,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,-24-,压汞法,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,汞润湿角为140o表面张力为480mN/m,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
13、内的汞饱和度。,孔隙结构分析间接测定法,基本原理,常规压汞恒速压汞,-25-,压汞法,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,YG-型孔隙结构仪,最大进汞压力：50MPa最小孔喉半径：0.015m,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,孔隙结构分析间接测定法,常规压汞,-26-,压汞法,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,孔隙结构分析间接测定法,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
14、半径： 9505型： 3.6nm（ 9550型： 1.8nm）,常规压汞,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,-27-,常规压汞毛管压力曲线,压汞法,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,孔隙结构分析间接测定法,常规压汞,孔喉分布图,Ka=0.965mD,-28-,常规压汞毛管压力曲线（高压压汞仪）,压汞法,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,孔隙结构分析间接测定法,常规压汞,孔喉分布图（高压压汞仪）,Ka=0.0441mD,-29-,压汞法,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,ASPE-730
15、 恒速压汞仪（美国Coretest公司）,恒速压汞：保持进汞速度不变0.000001mL/s，进汞压力自然涨落，记录压力涨落点及对应的进汞体积。,孔隙结构分析间接测定法,最大进汞压力：900Psi最小孔喉半径：0.12m,恒速压汞,-30-,压汞法,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,恒速压汞：准静态进汞过程，界面张力与接触角保持不变；进汞前缘所经历的每一个孔隙形状的变化，都会引起弯月面形状的改变，从而引起系统压力的改变。根据系统自然压力涨落可确定孔隙的微观结构，将喉道和孔道分辨开来。,左图：孔隙喉道,右图：进汞过程中系统压力的变化过程,孔隙结构分析间接测定法,恒速压汞,-31-,压汞法,核
16、磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,粉色：喉道 棕色：孔隙 蓝色：总体,孔隙结构分析间接测定法,恒速压汞,恒速压汞毛管压力曲线,Ka=1.99mD,孔隙、喉道分布图,-32-,压汞法,核磁共振波谱法,离心法,半渗透隔板法,优点：进汞压力高，测试周期短（2h）缺点：不能区分喉道和孔隙，不能模拟地层上覆压力，岩样不能重复使用,常规压汞,恒速压汞,优点：可以准确区分喉道和孔隙缺点：进汞压力低，测试周期长，2-3周/块，不能模拟地层上覆压力，岩样不能重复使用,孔隙结构分析间接测定法,-33-,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,岩石孔隙结构分析技术,-34
17、-,(一)常规压汞孔隙结构特征曲线,曲线的位置和形态反映喉道的大小和均匀程度（分选性）。,1.毛管压力曲线,曲线平缓段 位置越靠近横坐标轴，喉道半径越大； 平缓段越长， 喉道分布越均匀，分选性好 。,-35-,渗透率降低，孔喉尺寸减小，毛管压力增大，孔喉分选性变差,（一）常规压汞孔隙结构特征曲线,渗透率降低，曲线向右上方偏移，水平平台段越来越不明显，最大进汞饱和度减小。,1.毛管压力曲线,-36-,渗透率贡献值:某一级别喉道半径所能提供的渗透率贡献值百分数。,2.渗透率贡献值曲线,（一）常规压汞孔隙结构特征曲线,-37-,2.渗透率贡献值曲线,渗透率减小，小孔喉对渗透率的贡献作用增大,渗透率减
18、小，曲线左移，主峰左移。,（一）常规压汞孔隙结构特征曲线,-38-,汞饱和度频率：某一级别喉道半径的进汞体积占总进汞体积的百分数。表征某一级别喉道半径所控制的孔隙体积百分比。,3.汞饱和度频率分布曲线,（一）常规压汞孔隙结构特征曲线,-39-,3.汞饱和度频率分布曲线,渗透率减小，曲线左移，主峰左移,渗透率减小，小孔喉控制的孔隙体积增大,（一）常规压汞孔隙结构特征曲线,-40-,排驱压力： 汞开始进入岩石孔隙的启动压力，是毛管压力曲线的第一个拐弯点对应的压力，根据排驱压力可计算出最大喉道半径,1.表征喉道大小的参数排驱压力和最大喉道半径,（二）常规压汞孔隙结构特征参数,渗透率越低，排驱压力越高
19、，最大孔喉半径越小,-41-,中值压力：汞饱和度为50%时相应的毛管压力，根据中值压力可计算出喉道中值半径,Pc50越大，表明储油岩石的孔渗差，石油生产能力低；如果Pc50小，则表明储油岩孔渗性好，石油生产能力高,1.表征喉道大小的参数中值压力和喉道中值半径,（二）常规压汞孔隙结构特征参数,-42-,喉道半径均值：喉道半径对汞饱和度的加权平均，表示岩石平均孔喉半径大小,1.表征喉道大小的参数喉道半径均值,（二）常规压汞孔隙结构特征参数,渗透率越低，喉道半径均值越小,-43-,均质系数：岩石中每一个喉道半径与最大喉道半径的比值对岩石中非湿相饱和度加权。表征每一个喉道半径与最大喉道半径的偏离程度。
20、在01之间变化， 均质系数 越大，喉道分布越均匀。,2.表征喉道分选性的参数均质系数,（二）常规压汞孔隙结构特征参数,-44-,分选系数：其物理意义相当于数理统计的标准偏差 。反映喉道大小分布的集中程度。SP值小，表示喉道分选程度好。,2.表征喉道分选性的参数分选系数和变异系数,（二）常规压汞孔隙结构特征参数,渗透率越低，分选系数越小，喉道分布越集中,-45-,2.表征喉道分选性的参数分选系数和变异系数,（二）常规压汞孔隙结构特征参数,变异系数：也叫相对分选系数，表征每一个喉道半径与平均喉道半径的偏离程度 。D值小，表示喉道分布越均匀。,-46-,岩性系数：实测渗透率与由压汞测得的孔隙半径计算
21、出的渗透率之比值，它反映了孔喉的迂曲程度。岩性系数为小数，在01之间。F越大，孔喉迂曲度越小，连通性越好。,3.表征孔隙连通性的参数岩性系数,（二）常规压汞孔隙结构特征参数,-47-,结构系数：压汞实测喉道半径均值与由孔隙度和渗透率计算出来的喉道半径的比值的平方。表征真实岩石孔隙结构特征与假想的等长度和等截面积的平行毛管束模型之间的差别。反映孔隙之间的连通程度。 P值越小，连通性越好。,3.表征孔隙连通性的参数结构系数,（二）常规压汞孔隙结构特征参数,-48-,特征结构系数：变异系数与结构系数乘积的倒数。既反映分选程度，又反映孔喉连通程度。特征结构系数愈大，储层孔隙结构愈好。,4.表征孔隙结构
22、的综合特征的参数特征结构系数,（二）常规压汞孔隙结构特征参数,-49-,Ka=6.61mD,粉色：喉道毛管压力曲线蓝色：孔隙毛管压力曲线 红色：总体毛管压力曲线初始进汞阶段，总体毛管压力曲线由孔隙控制，后期进汞阶段，总体毛管压力曲线由喉道控制。,1.毛管压力曲线,（三）恒速压汞孔隙结构特征曲线,-50-,渗透率,渗透率,（三）恒速压汞孔隙结构特征曲线,孔隙度相近，渗透率不同，孔隙分布基本相同，孔喉分布差别很大：渗透率低，小孔喉多孔隙控制孔隙度，孔喉控制渗透率,2.喉道和孔隙分布频率曲线,-51-,3.渗透率贡献值分布曲线,（三）恒速压汞孔隙结构特征曲线,渗透率越低，小孔喉对渗透率的贡献作用增大
23、,-52-,（三）恒速压汞孔隙结构特征曲线,渗透率越低，小孔喉控制的孔隙体积增大,4.汞饱和度频率分布曲线,-53-,孔喉比：孔隙半径和与之连通的喉道半径的比值。曲线峰值越高，位置越偏右，表明大孔喉比的孔隙所占比例越高， 岩石的渗流能力越差。,孔喉比均值：孔隙半径均值与喉道半径均值的比，渗透率越低，孔喉比均值越大。,K=7.22K=19.7K=5.09K=4.44,5.孔喉比分布频率曲线,（三）恒速压汞孔隙结构特征曲线,-54-,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,岩石孔隙结构分析技术,-55-,1、储层分类和评价,孔隙结构参数应用,-56-,2、
24、划分储层下限,孔隙结构参数应用,用有效喉道半径作为储层岩石的下限标准。有效喉道半径是指能储集并且能在现有工艺技术条件下可以采出石油的最小喉道半径。玉门老君庙油田M层，曾使用0.69I微米作为有效孔隙喉道半径的下限。 余家仁、樊哲仁对华北任丘油田雾迷山组白云岩储油层提出其有效喉道半径下限为0.2微米。 罗蛰谭对提出使用0.1微米作为四川碳酸盐岩储气层岩石的喉道半径下限。,-57-,3、判断岩石的储集能力,孔隙结构参数应用,岩石毛管压力曲线具有如下特征者，可能具备储集油气的良好物性条件：毛管压力曲线呈粗歪度，表示可在较低的油柱高度下，采出无水原油。孔隙分选性好，表示油水过度带的宽度较小。,储集能力
25、最好,储集能力极差,-58-,渗透率不同，孔隙大小和分布相似导致孔隙度相近，孔隙大小和分布控制孔隙度,孔隙结构参数应用,4、研究储层孔渗特征,Ka=0.492mD=20.2%,Ka=41mD=21.3%,Ka=120mD=20.7%,-59-,孔隙度相近，喉道半径的增大导致渗透率的增大，喉道的大小和分布控制渗透率的高低,孔隙结构参数应用,Ka=0.492mD=20.2%,Ka=4.72mD=18.6%,Ka=41mD=21.3%,Ka=120mD=20.7%,4、研究储层孔渗特征,-60-,孔隙结构参数应用,5、预测油藏驱油效率,水驱油效率与孔隙特征结构系数关系曲线,水驱油效率，%,水驱油效率
26、与孔喉比关系曲线,-61-,孔隙结构参数应用,5、预测油藏驱油效率,强亲水油藏：退汞效率高，水驱油效率高。,退汞效率：当压力由最大进汞压力降低到最小压力时，从岩样中退出水银的总体积与注入岩样的水银总体积的比值，称为退汞效率。,-62-,结 束 语,岩石孔隙结构的分析和研究一直是石油勘探开发人感兴趣的重要课题之一。随着勘探开发技术的不断发展，复杂、非常规油气藏勘探开发的进一步深入，特别是对于特、超低渗及泥页岩油气藏开发力度的加大，现有岩石孔隙结构分析手段及孔隙结构特征的参数表征所存在的局限性已逐步凸现，未来仍需要我们改进和发展岩石孔隙分析技术以满足复杂、非常规油气藏勘探开发的需求。,-63-,请多提宝贵意见,-64-,
