岩石孔隙结构分析技术课件

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。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—数字岩心法电子束离子束切片方向52O倾角成像平面Barrnet页岩3DSEM体视图(高：5μm，宽：5μm，深：2.5μm)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-X射线源物件在X射线束中旋转断层CT图像检测器X射线束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。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—间接测定法压汞法水油Pc水Pc油亲水毛细管亲油毛细管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。毛管压力润湿相的饱和度或非润湿相饱和度0100-16-核磁共振波谱法离心法半渗透隔板法孔隙结构分析—间接测定法压汞法毛管压力法半渗透隔板法离心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1.5MPaPcMax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-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1.5MPaPcMax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：0.05μm

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驱替压差，MPa水饱和度，%0.01098.42

0.02780.86

0.05859.03

0.09047.55

0.19535.84

0.39027.74

0.90027.74

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-21-离心法核磁共振波谱法压汞法半渗透隔板法离心盘旋转轴

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、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：0.04μm-23-离心法核磁共振波谱法压汞法半渗透隔板法转速rpm油驱水水驱油毛管力MPa水饱和度%毛管力MPa水饱和度%5000.00196.670.001840.0210000.00460.010.007150.0215000.008953.350.01662.2420000.015844.460.028471.1230000.035640.020.06476.6740000.063235.580.113780.0150000.098833.80.177781.1260000.142333.360.255982.2370000.193633.360.348382.23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内的汞饱和度。毛管压力汞饱和度1000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-Ⅱ型孔隙结构仪岩心室导管动力源体积计量管压力表岩心汞酒精最大进汞压力：50MPa

最小孔喉半径：0.015μm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AutoPoreIV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。真空泵岩心室压力传感器驱替泵数据采集系统孔隙结构分析—间接测定法最大进汞压力：900Psi最小孔喉半径：0.12μm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-(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Pd1.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，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。在0～1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。DＲ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0~1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。фP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-孔隙半径，μm孔隙数量喉道半径，μm喉道数量渗透率渗透率（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-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=4.445.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、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