流动模拟法预测三维孔隙介质的渗透率

介绍一种通过岩心薄片预测渗透率的新方法。该方法首先对薄片图像进行分析，确定薄片孔隙度和自相关函数，然后应用地质统计方法建立三维孔隙介质模型，最后采用LATTICE-BOLTZMANN方法直接进行三维流动模拟，从而通过计算流体流量估计渗透率。经验关系式法预测的渗透率、流动模拟法预测的渗透率和实验室测量渗透率的对比结果表明，基于经验关系式的传统方法预测的渗透率和三维孔隙介质流动模拟的渗透率值表现出了相同的误差趋势，但流动模拟方案的渗透率值比经验关系式的渗透率值更符合实验室测量结果，条件流动模拟的结果比非条件流动模拟的结果稍好。     

应用碳酸盐岩岩心孔隙空间的三维成象和特征描述结果预测单相流和两相流性质

岩石储存和流体流动的能力取决于孔隙体积、孔隙几何形状及孔隙连通性。许多沉积环境中的碳酸盐岩本身是非均质的，并且经历过明显的成岩作用。这些碳酸盐岩尤其难以描述，其原因是它的孔隙大小的变化可达几个数量级，不同尺度的孔隙的连通性对流动性质有极大影响。例如，骨架孔隙系统中单独的孔洞孔隙会使孔隙度变大，而不是渗透率变大；会因捕集在单个孤立孔洞中的油气导致残余油饱和度增大；接触型孔洞网络可对渗透率有极大影响，导致采收率更高。 在本文中，我们对采自露头和储集层的一组碳酸盐岩岩心以微计算层析X射线成象（μCT）方式进行三维（3D）成象。不同岩心的孔隙空间的形态显示了多种布局和连通性。分辨率低（样品尺寸大）的图象可降低不连通孔洞孔隙度的大小、形状和空间分布。这组岩心中的某些岩心的分辨率高（分辨率小于2um）的图象可以探测3D粒间孔隙。通过微层析X射线成象的一种局部对比，实现消除具有亚微米孔隙的区域。对成象的岩心进行MICP实验测量，其测量值与基于成象的MICP模拟值一致性好。这些结果表明了能探测几种尺度数量级的孔洞／大孔隙／微孔隙空间分布的成象方法的应用效果。 对求解的数字图象数据进行单相流和溶解物迁移的高分辨率数值模拟。研究出一种混合数值方案，它包含了微孔隙对总岩心渗透率的影响。这些结果表明：在许多情况下，有几个流动通道对岩心渗透率有重要影响。用3D可视化、局部流速测量和溶解物迁移结果图示说明了流场中微孔隙的作用。 由图象得到的孔隙网络模型说明了在碳酸盐岩样品中所观察到的孔隙布局和几何形状变化大。孔隙网络的图象和定量数据都说明了这种现象。说明所得到的两相自吸驱替残余饱和度与孔隙网络不同的布局性质和结构性质有很大关系。比较了碎屑岩和碳酸盐岩岩心的与实验室测量速度有关的残余油饱和度和数值模拟残余油饱和度，结果喜人。 这些结果说明：当用岩心描述参数（Lucia，1999）、孔隙度-渗透率、MICP（Skalinski等，2005）和相对渗透率（Hamon，2003）分类时不同岩心的岩石物理特性存在差异，3D成象和分析有助于不同岩石分类方法的综合。     

数字岩心实验室：根据三维成像分析油藏岩心碎片

已经利用高分辨率X射线的微计算层析成像设备(微CT)分析了大量岩心塞样品。该设备包括一个能够采集三维成像的系统，该系统在直径为6厘米的岩心塞样品上的成像是由2000^3体元(voxel)^1组成，分辨率可小至2微米。分析的岩心包括各种砂岩样品和一种碳酸盐岩心。这些岩心的孔隙大小、粒径、孔隙度、渗透率和矿物学成分分布范围广。直接处理数字化的层析图像所得到计算结果可为某个孔隙范围的渗透率和排泄毛细管压力，这些数据可以由单个岩心塞计算出来。对比同一岩心材料下的渗透率与排泄毛细管压力计算值和常规实验室测量值，结果吻合一致。这就证明，层析成像具有用不适宜于实验室试验的岩心材料(例如，井壁取心或受损岩心和钻屑)来预测岩石物理特性的能力，以及数字化图像与数值计算相结合来预测岩石性质、导出具体岩石岩性相关性的可行性。核磁共振弛豫响应是从数字成像计算得到的，用测井平均弛豫时间去估计与核磁共振响应有关的长度尺度。我们还直接根据孔隙体积-表面积比和临界孔道直径测定长度尺度，临界孔道直径与水银孔率法测量值有联系。讨论了这两个长度尺度之间的差异，也根据层析成像计算了地层因素。给出了基于沉积岩三维数字化图像的流体渗透率与地层因素及各种孔径参数的经验关系式。在使用最可靠的毛细管压力测量值得到的渗透率参数时，全部关系式运行良好。我们讨论了将该方法拓展到各种岩石物理性质。尤其是要把模拟数据校准到实验室同一岩心的测量值。这一进展将导致更系统地研究行业内通常使用的各种假设、解释和分析方法，得到岩石物理性质和测井测量值间的更好相互关系。     

碳酸盐岩岩心孔隙空间的三维成像和特征描述，预测单相流和两相流性质

岩石储存和流动流体的能力取决于孔隙体积、孔隙几何形状及孔隙连通性。许多沉积环境中的碳酸盐岩本身是非均质的，并且经历过明显的成岩作用。这些碳酸盐岩尤其难以描述，其原因是它的孔隙大小的变化可达几个数量级，不同尺度的孔隙的连通性对流动性质有极大影响。例如，骨架孔隙系统中单独的孔洞孔隙会使孔隙度变大，而不是渗透率，会因圈闭在单个孤立孔洞中的油气导致残余油饱和度大。接触型孔洞网络可对渗透率有极大影响，导致采收率更高。 在本文中，我们对采自露头和储集层的一组碳酸盐岩岩心以微计算层析X射线成像（μCT）方式进行三维（3D）成像。不同岩心的孔隙空间的形态显示了多种布局和连通性。分辨率低（样品尺寸大）的图像可降低不连通孔洞孔隙度的大小、形状和空间分布。这组岩心中的某些岩心的分辨率高（分辨率小于2微米）的图像可以探测3D粒间孔隙。通过微层析X射线成像的一种局部对比，实现消除具有亚微米孔隙的区域。对成像的岩心进行MICP实验测量，其测量值与基于成像的MICP模拟值一致性好。这些结果指示了能探测几种尺度数量级的孔洞／大孔隙／微孔隙空间分布的成像方法质量。 对求解的数字图像数据进行单相流和溶解物运移的高分辨率数值模拟。研究出一种混合数值方案，它包含了微孔隙对总岩心渗透率的影响。这些结果表明：在许多情况下，有几个流动通道对岩心渗透率有重要影响。用3D可视化、局部流速测量和溶解物运移结果图示说明了流场中微孔隙的作用。 由图像得到的孔隙网络模型说明了在碳酸盐岩样品中所观察到的孔隙布局和几何形状变化大。孔隙网络的图像和定量数据都说明了变化大。说明所得到的两相自吸驱替残余饱和度与孔隙网络不同的布局性质和结构性质有很大关系。比较了碎屑岩和碳酸盐岩岩心的与实验室测量速度有关的残余油饱和度和数值模拟残余油饱和度，结果喜人。 这些结果说明：当用岩心描述参数（Lucia，1999）、孔隙度-渗透率、MICP（Skalinski等，2005）和相对渗透率（Hamon，2003）分类时不同岩心的岩石物理特性差异，3D成像和分析有助于不同岩石分类方法的综合。     

浅谈各种渗透率测量值之间的相互关系

0 前言在各种测量渗透率的方法中,即使是单一方法得到的测量值,也可能因岩石沉积环境的状态、流体饱和度的分布、流体流动方法、探测范围内的介质比例等因素的变化而变化。国内外有关测量渗透率的论述很多,本文仅就渗透率测量值的来源及各种方法间的关系作简单介绍。 1 渗透率测量值的主要来源渗透率测量值的主要来源有:电缆测井分析(包括电缆地层测试器)、岩心样品的实验室分     

利用核磁共振测井测定碳酸盐岩的有效孔隙度和可动流体及渗透率

碳酸盐岩中孔隙大小分布广泛，从微晶至大孔洞，对产能、渗透率及轻饱和度（由电阻率测井估测）均有重要影响，复杂的碳酸盐岩中，缺岩心情况下通过常规电缆测井无法得到精确孔隙度值，一种井下测井仪（－ＣＭＲ）－组合磁共振仪在西德克萨斯Glorieat和Ｃlearfork碳酸盐岩储层中得到应用。组合磁共振仪测定的孔隙度与储层岩性无关，在不含泥质的混合碳酸盐岩中，组合磁共振仪测孔隙度为总孔隙度，粉砂层中，组合磁共振仪测的孔隙度为有效孔隙度，主要由于与碎屑物相通的细小孔隙可忽略。组合磁共振仪可测自由流体孔隙度和常规电缆测井很难断定的油水界面，对２７块岩心作了低碳场核磁共振分析及常规岩心分析。Ｔ２分布了可动流体，其中使用的与岩心中离心流体相吻合的自由流体截值为９２ms，人们发现岩石物靠大量相关的粒间及孔沿空隙度十分有利地将磁共振所测Ｔ２分布紧密相连。当Ｔ２＜７５０ms时，用k-φ^4T2^2估算渗透比从总孔隙度为基础估算渗透率优越，同时发现胶指数m随Ｔ２孔隙度百分率增长而增加。     

基于等效岩石组分理论的渗透率解释模型

以等效岩石组分理论为基础,依据电荷迁移与流体分子迁移相似性原理,在有效导电孔隙度的基础上,提出了有效流动孔隙度的概念并推导了其表达式,研究认为有效流动孔隙度与对数下的渗透率是一种线性关系。选取四川盆地须家河组29块具有代表性的低渗岩样,进行了岩心物性分析、电阻率及核磁共振实验测量,获取了29块岩样的孔隙度、渗透率、地层因素及束缚水饱和度实验数据。利用遗传算法,建立了渗透率与有效流动孔隙度之间的最优模型,将新建立的渗透率模型与Wyllie-Rose渗透率模型和Timur渗透率模型进行对比分析,认为新建立的渗透率模型效果优于其他2种模型,可以有效地应用于储层渗透率测井评价。     

基于X-CT扫描的石油地质岩心储层渗透率估算

渗透率估算可以为石油地质岩心储层渗流能力分析提供数据支撑，为提高石油地质岩心储层的渗流能力，提出了基于X-CT扫描的石油地质岩心储层渗透率估算方法。根据油在两相共渗区的渗透率与水在两相共渗区的渗透率之比，引入Buckley-Leverett方程，计算岩心储层水驱油的分流率，利用X-CT扫描技术，扫描石油地质岩心的分布情况，计算出岩心储层含水饱和度。基于渗透区在井眼与地层之间出现的流体流动现象，计算出岩心储层中泥浆的体积模量和地层的剪切模量，利用斯通利波时差实测值与弹性斯通利波时差之间的差值，计算流体移动指数。根据等效孔隙度与流体移动指数之间的相关性和等效孔隙度与渗透率的相关性，估算出石油地质岩心储层的渗透率。实验结果表明该方法的估算精度可达到90%以上，对估算石油地质岩心储层渗透率具有重要意义。     

降低碳酸盐岩地层孔隙度和渗透率计算不确定性的方法

碳酸盐岩储层受后期改造作用严重，使成岩作用、孔隙度、孔隙类型和声波速度之间相关性不强。用常规测井方法难以精确计算这种复杂储层的孔隙度和渗透率。介绍了提高碳酸盐岩孔隙度和渗透率计算精度的几种方法,即岩石物理反演法、数字图像分析技术、基于实验数据的渗透率模型法。这些新技术的应用实例表明:用岩石物理反演的孔隙度与岩心薄片的成像相吻合；用图像分析得到的大孔隙度在约束渗透率发散计算方面非常有用，使渗透率计算的不确定性降低2.5个数量级。将岩心实验测量、测井和地震相结合是提高孔隙度和渗透率等储层参数计算精度的发展方向。     

碳酸盐岩孔隙空间三维成像及描述：单相和两相流体

岩石中流体的储存和流动能力取决于孔隙体积、结构及其连通性。碳酸盐岩自身的各向异性是在一系列的沉积和成岩作用下形成的。因为碳酸盐岩的孔隙大小变化有几个数量级，孔隙的连通性不同，从而大大影响其流动性，描述碳酸盐岩储层就特别困难。例如，在一个基质孔隙系统中，独立的孔洞可以增加孔隙度但不增加渗透率，由于孔洞已被堵死导致其剩余油饱和度高。连通的孔洞系统对渗透率的影响很大，获得较高的采收率。 本文利用的是从露头和储层中所取的碳酸盐岩岩心，用微型计算机X照相（micro computed Tomography，简写为uCT）进行三维成像。不同岩心的空间孔隙形态具有不同的布局和连通性。低分辨率成像（采样尺寸大）可以用于判断（不连通的）孔洞孔隙的大小、形状及空间分布。高分辨率成像（分辨率小于21um）能够进行三维晶粒间的孔隙度探测。通过uCT差异对比技术可以在微观孔隙度上进行区域性的描述。对岩心成像的实验室MICP测量值和基于成像的MICP模拟值具有很好的一致性。这个结果表明成像方法可以用于解决跨越几个数量级的孔洞、大孔隙、微孔隙的空间分布问题。 在数字成像资料中已经采用单相流体的高分辨率数值模拟和溶质传递技术。结果表明，在多数情况下，少量的主要通道决定了岩心的渗透率。通过三维可视化技术、局部流体速度测量值及溶质传输结果中描述了流场中微孔隙度的规律。 经成像技术得出的孔网模型说明在碳酸盐岩样中观察到的孔隙结构和形态有很大的变化，其孔网的外观及定量参数都有很大的差异。两相残余流体饱和度在很大程度上取决于孔网的布局和结构，在实验室测定的碎屑岩和碳酸盐岩的残余油饱和度和数值模拟的结果有很好的一致性。结果表明，在按岩心描述参数、孔隙度、渗透率、MICP和相对渗透率分类时，不同的岩心的岩石物理性质是不同的。三维成像和分析有助于把不同的岩石分类方法结合起来。     

碳酸盐岩储集层微裂缝的识别与表征

采用基于孔隙几何形状与结构的岩石分类方法,利用碳酸盐岩储集层A和碳酸盐岩储集层B岩石样品的常规岩心、特殊岩心分析数据和薄片照片,对岩石样品进行分类,识别并表征碳酸盐岩储集层岩石样品中的微裂缝。碳酸盐岩储集层A的各类岩石中均发育微裂缝;而碳酸盐岩储集层B中,只有孔隙度为1%～11%、孔洞较少、硬度为中硬—硬的部分类型岩石样品中发育微裂缝。建立确定各类岩石截止孔隙度的方法,以区分发育导流型微裂缝与不发育导流型微裂缝的岩石样品,分析导流型微裂缝在提高渗透率方面的作用。基于渗透率和初始含水饱和度的关系,结合基于孔隙几何形状与结构的岩石分类方程,筛选出发育导流型微裂缝的特殊岩心分析数据建立渗透率预测方程,成功预测了含有导流型微裂缝的岩石样品的渗透率。     

岩石水力流动单元法在超低渗透率油层产能预测中的应用

引入岩石水力流动单元概念,以测井综合评价为基础,利用神经网络技术建立测井响应与岩石水力流动单元关系,根据岩心数据和测井响应划分储层垂向流动单元,并针对每一类型的流动单元确定其孔隙度、渗透率相关性.提出了确定流体性质等参数和泄油半径、水力压裂裂缝等参数以及裂缝渗透率、表皮系数的原则.基于流动单元划分和改进的孔渗关系描述,应用拟稳态流产能预测方法进行在不同完井方式下的产能预测,该方法在大庆油田长垣扶杨油藏25口井压裂前后的产能预测中取得了良好的应用效果.     

微层析成像图上的有效渗透率测量

通过沉积岩三维数字图像可以进行准确的微观渗透率数值测量.样本可能非常小,却可以预测出不适于实验室测试用的岩心材料特性(例如钻屑、井壁岩心、受损岩心塞).通过微层析成像图,用小于1mm3的Fontainebleau砂岩样本进行流体渗透率模拟,其结果与大范围孔隙度实验室测量结果非常吻合.     

考虑启动压力梯度的致密砂岩储层渗透率分形模型

渗透率是描述储层渗流能力的物性参数。利用孔隙结构参数估算储层渗透率的经验公式是建立在理想化模型基础上的。在致密砂岩储层中,由于孔隙度、渗透率较低,喉道细小,边界层作用比较显著,流体渗流阻力大,存在明显的非达西渗流特征。与岩心分析方法相比,利用这种常规计算方法得到的渗透率与岩心渗透率偏差较大,无法准确进行产能计算。基于分形理论,考虑了毛细管迂曲度的分形维数和流体的非线性流动特征,利用毛管渗流模型建立了启动压力梯度存在时的渗透率分形模型。结果表明渗透率为储层孔隙度φ,储层孔喉分形维数Df、毛细管迂曲度分形维数DT以及最大孔喉半径rmax的函数,充分体现了储层微观孔隙结构和分形维数对渗透率的影响。通过与前人研究结果对比分析,新模型计算值相对误差较小,与实际岩心分析数据拟合趋势基本一致,表明新模型可以较好地预测致密油藏的渗透率。     

渗透率预测和储层评价技术在高度各向异性储层——KUPARUK油田C层的应用

位于阿拉斯加北坡的Kuparuk河油田是北美最大的油气聚集区。约三分之一的地质储量存在于C砂层中，它属于浅海相砂岩，其特点是有强烈的生物扰动和复杂的成岩作用。菱铁矿含量变化范围极大，导致在不到1ft的范围内其渗透率、孔隙度和毛管压力的变化较大。只要考虑了粘土、菱铁矿和海绿石含量以及岩心的非均匀性，由测井曲线评价该层的矿物成分、孔隙度和含水饱和度就变得相对简单。由于孔隙度一渗透率交会图极其发散，渗透率的计算极为困难。由测井孔隙度预测渗透率时，渗透率-孔隙度变换的可信度差，因为转换结果与岩心数据的严重发散性不符。近来，在储层描述中重新评价渗透率模型，要求预测参数时能够以简单的方式从极小的地质模型按比例扩大。研究了预测渗透率的新方法，其核心是从RHOB曲线和岩相构成的采样随机选取岩心体积密度。在0．5ft的深度范围内，随机重复选取岩心体积密度直到给定窗长范围内的密度平均值与RHOB曲线的差异小于预先的设定值（通常为0．05g／cm3）。对应于所选的岩心体积密度的岩心孔隙度和渗透率被作为每个深度的最终值。该方法以每0．5ft深度为尺度，重现了岩心渗透率和孔隙度的统计分布。我们将测量深度转换为标准的真垂深（SSTVD），并将采样尺度增量由0．5ft增加到1ft和2ft。对基于井一井的岩心数据，尺寸增大后的渗透率与kH（注：原文如此）匹配，它还与从小井中最大流量得到的kH相匹配。假定这种匹配与其它渗透率求取方法相一致，就可认为粗化的渗透率适用于地质单元模型。     

孔洞性碳酸盐岩核磁共振及声学特征

运用光学显微镜（OM）、电子扫描显微镜（SEM）和X光层析图像（CT）等数字处理技术，并运用岩相学分析研究了佛罗里达州南部孔洞性碳酸岩孔隙系统的孔隙空间。分析结果为NMR测井标定而进行的核磁共振测井特征评价提供了数据支持。对饱和及欠饱和岩心进行了核磁共振测量。估算了岩民束缚水（与基质孔隙度有关）及对核磁共振测井标定的T2截止值，建立了佛罗里达州南部区域NMR测井渗透率经验公式。对核磁共振特征的综合分析，描述了碳酸盐岩彼皮相互连通孔洞引起的声波变化特征。依气流动地层标志，用超声波和其他地质数据建立波速与孔隙度的对应关系，把这种关系输入到多孔弹性模型程序，能确定出基质和孔洞之间以有孔和孔洞之间流体流动有关的流动长工。在声波测井的频率范围内，对孔洞性碳酸盐财衰减和频散曲线进行了模拟，表明全波列声波可给出孔洞性碳酸盐岩的图像。     

用岩石物理成像资料改进薄层地层评价

当薄层被认为控制了地层中原始油气(HC)的重要部分时，评价它们成为重要的工作。在这种情况下，常规测井曲线仅测量体积特性的平均值。高分辨率仪器如微电阻率成像测井仪虽可描述净砂岩含量，但时至今日还没有任何有价值的方法可计算净油气体积。本文研究用油基泥浆电阻率成像测井仪结合其它常规测井方法，改进薄层状储层的地层评价。一种逐步法已经被开发出来，试图用此方法生成所谓的“岩石物理成像图”，重点显示地层泥岩体积、孔隙度和油气含量的变化。为检验其有效性，高分辨率泥岩与孔隙度图像必须与标准分辨率的岩石物理解释和岩心数据相一致。因此，这些方法都受标准分辨率解释方法所约束。这种约束可能很强：在这种情况下，岩石物理图像的平均特性被强行精确再现标准测井解释结果。另一方面，这种约束可能又很弱：在这种情况下，有些差异是容许的。然后将平均的低分辨率成像导出的岩石物理特性与标准测井解释结果进行比较，目的是检验预测结果如何。本文介绍了强约束法，利用具有砂，泥岩二元分布的未固结砂岩的例子，用岩心进行刻度。通过将侵入带电阻率图像与泥岩和孔隙度图像相结合，获得了侵入带油气体积图像。在过渡带之上，这与未侵入带的饱和度没有大的差别。有两种方法检验从岩心到测井曲线的匹配。第一种，将高分辨率岩心数据向上刻度为低分辨率测井数据——这是一种标准的岩石物理测井方法。此外，高分辨率岩心数据可以与岩石物理成像向下刻度的测并结果进行比较。．这种方法改进了对薄层状储层的认识，可精确地量化产油砂岩层和相关的孔隙度和油气饱和度。这些岩石物理图像有助于改进测井／岩石分类和渗透率模拟，从而改进流动单元的动态性能预测。     

全直径核磁共振分析技术初步应用试验研究

全直径核磁录井共振仪所测量的样品为岩心,样品体积大,能最大限度地保留地质原始信息,在非均质储层中,其分析的孔、渗参数能代表地层物性,可以判断岩心内部缝、洞的存在;以砂泥岩薄互层岩样分析中表现为束缚流体多,可动流体少,孔隙度、渗透率低,在T2谱信号上表现为砂泥岩中流体信号按比例叠加,渗透率受泥质含量增加迅速减小。     

基于格子玻尔兹曼方法的数字岩心孔隙流动模拟

基于格子玻尔兹曼方法的多孔介质流动模拟应用广泛,然而岩石孔隙流动的研究多数针对基于岩石切片数值重构的数字岩心,较少有真实岩心孔隙流动模拟。本文基于渤海S油田真实数字岩心开展孔隙流动模拟。利用灰度处理、图像二值化、边界跟踪等图像处理技术实现岩石孔隙网络建模,基于格子玻尔兹曼方法完成三维孔隙流动建模,实现数字岩心三维流动可视模拟,并依托模型计算开展储层孔隙度-渗透率统计分析。研究结果表明,模型计算孔隙度-渗透率关系与油田实际误差低于4.0%。     

利用薄片图像分析法估算油藏砂岩渗透率

本文提出了一种利用岩石薄片图像分析数据估算砂岩渗透率的简单相关模型。研究中使用的５４块砂岩样品取自北美油藏，其孔隙度和渗透率分布有代表性。该模型是从二维图像分析数据导出的经验模型。从图像获取的孔隙度以及在二维孔隙区内最大内切环的直径分布资料足以用来进行渗透率预测。遇曲度、孔隙形态和孔隙的接触程度对渗透率的影响不大，除非这些特性与其自身的孔隙度和孔隙尺寸相关。从图像提取的数据和岩芯测定渗透率回归分析