５４· 中外能源 ＳＩＮ０一ＧＬ０ＢＡＬ 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 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ＳｋｙＳｃａｎｌ１７２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 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 Ｌ 隙结构变化规律进行了分析，空间分辨率能够达到０．８１ａ，ｍ。实验结果表明：压力下降对岩心 Ｌ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 Ｌ隙结构进行无损研究。 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２Ｏ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【ｌｌ 。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 ３０１ｘｍｔｓ１。国内学者在研究中的空间分辨率已经达到 几个微米【４１。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１ ｍ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 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１．０ｌｘｍ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４５ｑＣ条件下恒温１２ｈ；③在恒定围压２０ＭＰａ下， 逐渐增加（降低）岩 ｔ２，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 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，随孑Ｌ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
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：２０１ＩＺＸ０５００９。 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—００４１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：ｍａｗｅｎｇｕｏｌ １Ｏ＠１６３．ｅｏｍ 第７期 马文国等．ＣＴ扫描技术对岩石孔隙结构的研究 ·５５· 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 结构分析结果见表１。 对于渗透率大于２．５Ｘ１０ ｍ 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ｆ见图１、图２１ 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。 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（０．４５ｘ１０ ｉＪ，ｍ２） 岩心８—１（４．４６￣１０ ｍ２） 岩心１４—３（１０：４６￣１０ ｌａ，ｍ ） 压力／ＭＰａ 孔隙度．％ 孔隙直径／Ｉｘｍ 平均配位数 孔隙度．％ 孔隙直径／Ｉ．￣ｍ 平均配位数 孔隙度．％ 孔隙直￣／ｐ，ｍ 平均配位数 压 ８０３５ ｌ５．２ ３．２８ ２．１３ １６．４ １．６２ ２．６ｌ １４．２９ ３．２８ ２＿８
力 １００８５ ｌ５．２ｌ ３．２８ ２．１ ｌ６．４ｌ １．６３ ２．６３ １４．３ ３．２８ ２．８１ 上
ｌ１．９３５ ｌ５．２ ３．２８ ２．０９ １６．４３ １．６４ ２．６７ １４．３ ３．２８ ２＿８３ 升 １４．０７５ ｌ５．２２ ３．２８２ ２．１２ １６．４５ １．６４ ２．６８ １４．３ｌ ３．２８２ ２．８４ １６．０４５ １５．２２ ３．２８４ ２．１３ １６．４５ １．６４ ２．６９ １４．３ｌ ３．２８４ ２．８５ 孔隙流体 岩心１４—２（０．４５￣１０。 ｍ ） 岩心３１—６（５．０２￣１０。 ｍ ） 岩心４９—７—１（１５．３０￣１０。 ｍ２） 压力／ＭＰａ Ｌ隙度．％ 孔隙直径／Ｉａ，ｍ 平均配位数 孔隙度．％ 孔隙直－￣／ｐ，ｍ 平均配位数 孔隙度．％ 孔隙直径／Ｉａ，ｍ 平均配位数
压 ８．０３５ １５．２ｌ １．５ ２．２１ １６．４ １．７５ ２．５１ ２１．Ｏｌ ３．３４ ２．７ 力 ７ １４．９９ １．２８ ２．２ｌ 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．Ｏ１ ３．１６ ２．６ｌ 降 ５０９５ １４．９４ １．２２ ２．１ １６．３３ １．７５ ２．３１ ２１ ３ ２．５６
３．９９５ １４．９１ １．０４ ２．Ｏ８ １６．３２ １．７５ ２．２８ ２ｌ ２．８２ ２．５４ ２．ｏ９ １４．９ ０．８４ ２．０２ １６＿３２ １．７５ ２．２４ ２１ ２．６２ ２．５３
（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，
识别图像见图ｌ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。
岩心孔道连通状况识别界面 ５６· 中外能源 ＳＩＮＯ—ＧＬＯＢＡＬ ＥＮＥＲＧＹ ２０１１年 第ｌ６卷
图４扫描材料孔隙结构分析界面 ｌ结论 ①随着孑Ｌ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 原始压力开始下降，岩心参数变化较大；压力下
降对岩心孔隙参数影响较压力上升影响明显。 ②ＣＴ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
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ｆＪ１．石油学报，２００３，２４（２）：６５—６８． 【２】ＧＲＡＧ Ａ，ＫＯＶＳＣＥＫ Ａ Ｒ．ＣＴ ｓｃａｎ ａｎｄ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｔａｉｌｅｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｉｄｕａｌ ｏｉｌ ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ ｄｕｎｎｇ ｗａｔｅｒｆｌｏｏｄｉｎｇ［Ｃ］．ＳＰＥ ３５７３７，１９９６：６９５－７１０． 【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 【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…．石油 勘探与开发，２００９，３６（２）：２３２—２３５． ｆ编辑刘燕）
Ｔｈｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ Ｐｏｒｅ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｉｎ Ｒｏｃｋｓ ｂｙ ＣＴ Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｍａ Ｗｅｎｇｕｏ，Ｌｉｕ Ａｏｘｉｏｎｇ （Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｎｈａｎｃｉｎｇ Ｏｉｌ ａｎｄ Ｇａｓ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｄａｑｉｎｇ Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ １６３３１８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ａｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｍａｉｎ ｏｉｌ ｆｉｅｌｄｓ ａｙｅ ｔｕｒｎｉｎｇ ｐｏｏｒｅｒ ｙｅａｒ ｂｙ ｙｅａｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｌｆ ｎｅｗｌｙ ｄｉｓｃｏｖｅｒｅｄ ｏｉｌｆｉｅｌｄｓ ａｙｅ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｌｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ，ｐｒｏｖｅｎ ｒｅｃｏｖｅｒａｂｌｅ ｒｅｓｅｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｌｏｗ ｐｅｒｍｅ— ｔｂｉｌｉｔｙ ｏｉｌｆｉｅｌｄｓ ｈａｖｅ ｂｅｃｏｍｅ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ｏｆ ｆｉＨｉｎｇ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｇａｐ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｌｏｗ ｐｅｒ－ ｎｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｉｌｆｉｅｌｄｓ ｉｓ ｈａｒｄ ｔｏｏ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ａｃｔｕａｌ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｓ ｌｅｓｓ ｉｎ ｔｈｅ ｌｏｗ ）ｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｌａｃｋｉｎｇ ｏｆ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｎ ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｓｉｚｅ．ＳｋｙＳｃａｎｌ １７２ ｍｉｃｒｏｆｏｃｕｓ Ｘ——ｒａｙ ｃｏｎ－ ｒａｔｅｄ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ（ＣＴ）ｓｃａｎｎｅｒ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｎａｔｕｒａｌ ｃｏｒｅ ｓｃａｎｎｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｌｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｆｉｎｅ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｂｙ ｔｈｅ ｌｏｗ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｉｍａｇｉｎｇ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｃｏｒｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｗｉｔｈ ｄｉａｍｅｔｅｒ ｏｆ ２．０ｍｍ Ｌｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｏｎ ｍｉｃｒｏ——ｓｉｚｅ ａｎｄ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｒｅ ｓｃａｎｎｅｄ ａｎｄ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｗｉｔｈｏｕｔ ｄａｍａｇｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｒｅ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｄｏｏｒ ｆｌｕｉｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ，ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅｓ ｒｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｈｅ ｃｏｒｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ａｙｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｐａｔｉａｌ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ ｃａｎ ｂｅ ｕｐ ｔｏ ０８ｔｘｍ．Ｔｈｅ