基于Marching Cubes算法的数字岩心建模方法研究

三维岩心可视图像能直观、真实和准确地反映岩石在空间的分布情况,而CT扫描成像法建立数字岩心的准确度最高,最接近真实。为此,利用Micro-CT成像技术采集岩心切面在不同时刻的CT扫描图像,运用改进后的Marching Cubes算法,给出构建数字岩心的方法,将所构建的三维数字化岩心成像,从而实现岩心孔隙结构模型的可视化。阐述了MC算法的基本原理,并通过该方法建立了2块砂岩样品的数字岩心。三维数字岩心重建试验结果表明:基于Marching Cubes算法的数字岩心建模方法能更好地对岩石切片进行重建,且耗时较少、精度更高。研究结果验证了新建模方法的有效性与先进性。     

世界前沿科技:多孔介质微观孔隙结构三维成像技术

<正>岩石的微观孔隙结构是控制油、气、水在储集层中渗流的主要因素,通过岩石薄片显微照相仅能获得微观的二维图像,不能反映孔隙在三维空间的分布状态。随着科学技术的进步和众多学者的不懈努力,目前已有了比较成熟的多孔介质微观孔隙结构三维图像获取技术,主要包括离子束技术(FIB)、激光共聚焦扫描显微镜、多孔介质微纳米CT成像技术等。多孔介质微纳米CT成像技术是一种无损伤的三维成像技术,不但可获得足够分辨率的多孔介质微观孔隙结构三维图像,而且可以现场实时检测孔隙中流体     

微观孔隙分形表征新方法及其在页岩储层中的应用

油气储层微观孔隙结构定量研究对储层评价及微观渗流具有重要意义。为此,运用分形几何原理对10组岩样CT扫描的微观孔隙结构进行定量描述,采用最小二乘法确定了微观孔隙结构的分形维数及自相似区间,指出微观孔隙结构分布具有多重分形特征,据此推导了微观孔隙结构的多重分形概率分布函数,并验证随机分形表征的有效性,最后应用该分形定量表征新方法研究页岩纳米孔隙微观结构,建立了页岩三维纳米微观孔隙网络模型。计算结果表明:①与单一分形描述方法相比,多重分形法将复杂微观孔隙结构分成不同自相似区间并能精确地定量表征;②与其他统计方法相比,采用建立的分形概率分布新函数随机计算产生的孔隙数据与真实储层数据吻合度高,使微观分布特征研究可以从传统描述转变为定量化计算。结论认为,该研究成果补充了传统页岩纳米孔隙的定量表征方法,为精细定量化表征微观储层结构以及三维微观孔隙网络模型的构建奠定了理论基础。     

微CT扫描重建低渗气藏微观孔隙结构——以新场气田上沙溪庙组储层为例

为了提高气藏采收率,从微观孔隙结构出发,建立孔隙网络模型,定量描述孔隙微观尺度上的渗流机理。以川西新场气田上沙溪庙组岩心为例,开展孔隙结构三维重构研究。首先采用微CT技术对岩心进行扫描获得投影数据,采用FDK算法重建岩心灰度图像,然后以宏观孔隙度为基础利用二值分割法分割灰度图像,最后使用光线跟踪算法得到三维孔隙结构图像,即数字岩心。对数字岩心的相关性质进行统计分析,得到的数字岩心孔隙度与岩心实验孔隙度基本一致,相对误差约为0.1。 这一数值与新场气田上沙溪庙组储层物性相吻合,说明微CT扫描法重构微观孔隙结构是可行的。该研究为建立孔隙网络模型及开展后续微观渗流模拟研究奠定了基础。     

CT技术在致密砂岩微观孔隙结构研究中的应用——以鄂尔多斯盆地延长组长7段为例

为揭示致密砂岩复杂的孔隙结构特征,应用高分辨率CT技术,对鄂尔多斯盆地延长组长7段致密砂岩样品开展了定量研究。利用CT阈值差异识别样品中的孔隙和喉道,从而获得致密砂岩高精度二维及三维孔喉图像;应用数字岩心方法建立致密砂岩孔隙网络模型,并根据模型中的定量参数分析,获得孔隙及喉道的半径分布及其对储集空间的贡献率、孔喉连通性等特征,实现了长7段致密砂岩微观孔隙结构特征定量表征：长7段致密砂岩微米级孔喉连续分布;半径大于2 μm 的孔隙是长7段致密砂岩的主要储集空间;孔隙、喉道间具有一定的连通性,配位数主要为1~3. 应用高分辨率CT技术可定量表征致密砂岩孔隙结构特征。     

电导率和流体分布关系的微观孔隙网络模型研究

关于电导率和流体分布关系的研究还很少，仅有的一项研究是在有机玻璃微观模型上进行的。利用实际Berea砂岩的微CT断层三维图像原型数据，根据Yeong 和Torquato提出的两相多孔介质的重构方法，用形状因子控制模型中的孔隙和喉道形状，运用模拟退火方法实现了孔隙岩样的重构过程；给出了模型的统计指标，包括孔隙与喉道大小、孔喉特征半径比等孔隙特征和孔喉形状、配位数等孔隙导通特征。由该模型计算得到的渗流特征和实际实验结果完全吻合，表明了模型的正确性。在此基础上，对电导率和流体分布的关系进行了微观孔隙网络模拟，结果表明随着孔隙形状及分布不同，分布在孔隙中的流体状态也发生变化，导致电阻率发生变化。这些结果可用孔隙中水膜的变化来解释。     

鄂尔多斯盆地西南部长6—长8段致密砂岩储层微观孔隙特征

为了精确、直观地表征鄂尔多斯盆地西南部长6—长8段致密砂岩储层的微观孔隙结构,应用铸体薄片、扫描电镜与高压压汞等方法分析了储集空间的类型与物性特征,通过微米—纳米CT三维成像技术定量表征了微观孔隙的结构并对其三维孔隙的空间形态、大小、连通情况及分布特征进行了深入的研究,在此基础上进一步探讨了微观孔隙结构对孔隙度的影响。结果表明:长6—长8段致密砂岩储层发育多种类型的微观孔隙,常见有粒间孔、粒内孔、晶间孔与微裂缝4类孔隙类型。依据长宽比值(l/d)划分三维微观孔隙的空间形态类型,其中粒间孔为不规则状,粒内孔与晶间孔为球状,微裂缝多为管束状。微米尺度下不规则状与管束状孔隙发育,孔隙连通性较好,孔隙体积多为20~100μm~3,平均孔隙半径多小于5μm;纳米尺度下球状孔隙发育,孔隙连通性较差,孔隙体积多为104~107nm~3,平均孔隙半径多小于0.1μm。致密砂岩孔隙度与平均孔隙半径的相关性较差,其中管束状孔隙的数量、管束状与不规则状孔隙的平均半径对样品孔隙度的影响较大。由此可知微米尺度下管束状与不规则状孔隙是长6—长8段致密砂岩储层储集空间的主要贡献者。     

基于数字岩心的致密砂岩储层孔隙结构与渗流机理

针对致密砂岩储层微观孔隙结构复杂导致孔隙空间展布和渗流机理认识不清的问题,以莺歌海盆地乐东10区高温高压特低渗透致密砂岩储层为例,利用三维高精度Micro-CT扫描、纳米级电镜扫描等图像分析技术对致密砂岩储层的孔隙空间展布规律进行定量表征,建立基于数字岩心的双尺度三维孔隙结构模型,并基于双尺度孔隙耦合渗流模拟方法确定致密砂岩储层渗流机理。研究结果表明：①乐东10区致密砂岩储层主要发育3种尺度范围的孔隙,孔隙半径分别为0.070~3,3~40,40~300 μm;②在以长石溶孔、岩屑粒间孔为主的微孔隙尺度下,孔隙与喉道半径差异较小,渗流空间以微孔隙和喉道构成,表现为小孔小喉渗流模式,在气水两相渗流过程中水相渗透率下降快;③在由较大粒间溶孔、铸模孔与次级尺度孔隙共同组成的双尺度孔隙结构模型中,呈大孔小喉渗流模式,水相渗透率下降较缓。     

基于页岩孔隙网络模型的油水两相流动模拟

为了直观准确地认识页岩油流动特征以及微观剩余油的形成机理,以济阳坳陷沙河街组泥页岩储层为研究对象,利用聚焦离子束扫描电镜系统扫描成像,构建了三维数字岩心并提取了孔隙网络模型,分析了孔隙结构参数,将三维孔隙网络模型的物性参数与室内实验物性数据进行了对比,验证了该模型的准确性,在孔隙网络模型的基础上,分析了样品的孔喉结构特...     

碳酸盐岩孔隙-裂缝双重网络模型构建及分析

为了明确孔隙-裂缝型碳酸盐岩微观渗流机理,需构建能够精准表征真实孔隙-裂缝双重介质系统三维结构的数字化模型.利用碳酸盐岩样品CT扫描图像和图像分割技术,构建出反映样品结构的孔隙-裂缝双重介质数字岩心模型,并依据不同的形态特征参数,分离出样品的孔隙和裂缝空间.通过中心线提取法和最大球填充法,对碳酸盐岩裂缝空间进行了裂缝网...     

基于有限元的致密砂岩储层电阻率特性模拟

CT扫描和数值模拟技术已广泛应用于电阻率等岩石物理参数的模拟,但在致密砂岩储层电阻率特性模拟方面,该方法的适用性存在局限,主要原因在于分辨率的限制和过于简单的孔隙分割方法。在分析各种孔隙发育特征的基础上,通过引入MAPS和QemScan等高精度配套实验确定了致密砂岩的矿物组成、不同矿物的孔隙分布特征和图像特征,将微米图像的每个像素点作为具有一定体积和一定孔隙度的储层单元,从而构建基于1 in(25 mm)柱塞样品微米CT图像的高分辨率虚拟三维孔隙格架。采用有限元法对全尺寸的孔隙格架开展大型数值模拟计算,在高含水区间模拟结果与驱替实验结果基本一致,但在致密砂岩常常发育的低含水饱和度区间内,数值模拟结果揭示RI-S_w曲线呈现弯曲现象,更符合指数变化规律,据此计算的含油饱和度结果也得到了密闭取心资料的验证,证明了该方法研究思路正确、研究结果实用。     

三元复合驱注入井共轭酸解堵增注体系

由于三元复合驱中聚合物、碱的存在,易形成“胶团”状混合物,使注入井堵塞,常规化学解堵技术解堵半径小、有效期短,容易产生二次沉淀且需要返排残酸,大幅增加了措施成本及安全环保隐患。为了解决措施有效期短及残酸返排不环保的问题,研发了三元复合驱注入井共轭酸解堵增注体系。通过扫描电镜及CT三维数字岩心重构,明确了堵塞物的微观形貌及结构特征;通过无机质溶垢及离子络合评价实验,研发出一种共轭酸解堵增注体系。实验结果表明,三元复合驱注入井堵塞物是由聚合物、垢质、蜡胶质形成的多元“团状”聚集体;共轭酸解堵增注体系可实现深部解堵,无二次沉淀;岩心渗透率的恢复率较常规解堵剂提高29.2%,平均措施有效期193 d,措施后无需返排,实现了三元复合驱注入井解堵措施的高效环保。     

固井用防水窜自愈合剂的探索

针对固井后环空窜流遇水问题,笔者开发了防水窜自愈合剂。该防水窜自愈合剂为核壳结构,以高吸水树脂作为核心材料,吸水倍数从尺寸为100 μm开始呈指数增长,30 s内140目的样品吸水量达1898倍,120 s后达到稳定值,约2200倍;120目时吸水量在30 s也可达到892倍左右,120 s达到稳定值约1950倍。通过外部包裹后,其在水中可达到90℃下3 h不吸水的能力。在水泥水化后外壳破坏,其具有吸水自愈合能力。岩心实验表明,90℃下压差为2 MPa条件下防水窜自愈合剂40 min左右可完成裂缝封堵。含4%防水窜自愈合剂的常规密度水泥浆具有良好的流变性能,失水量可控,稠化时间线性正常,抗压强度较高,能够满足浅井固井水泥浆的需求。     

固井用防水窜自愈合剂的探索

针对固井后环空窜流遇水问题,笔者开发了防水窜自愈合剂。该防水窜自愈合剂为核壳结构,以高吸水树脂作为核心材料,吸水倍数从尺寸为100 μm开始呈指数增长,30 s内140目的样品吸水量达1898倍,120 s后达到稳定值,约2200倍;120目时吸水量在30 s也可达到892倍左右,120 s达到稳定值约1950倍。通过外部包裹后,其在水中可达到90℃下3 h不吸水的能力。在水泥水化后外壳破坏,其具有吸水自愈合能力。岩心实验表明,90℃下压差为2 MPa条件下防水窜自愈合剂40 min左右可完成裂缝封堵。含4%防水窜自愈合剂的常规密度水泥浆具有良好的流变性能,失水量可控,稠化时间线性正常,抗压强度较高,能够满足浅井固井水泥浆的需求。      

高效无损岩心孔隙度精确测量新方法

将微纳米CT图像与微图像拼接技术相结合,识别出干酪根内微纳米尺度孔隙,从而对岩心孔隙度进行精确测量。首先利用微纳米CT图像,识别出其中的宏观连通孔隙度、孤立孔隙度以及干酪根区域（无法辨识的干酪根孔隙）所占体积百分比;然后借助扫描电镜或FIBSEM图像,对微纳米CT图像中的干酪根区域进行超高分辨率成像,识别出干酪根孔隙空间,并通过九格法测量有代表性的样品点计算出干酪根本身的平均孔隙度;最后将超高分辨率下得到的干酪根孔隙度信息,返回到微纳米CT图像中的干酪根区域内,修正微纳米CT图像宏观总孔隙度。整个测量过程操作简便,并且不对岩心造成实质性伤害。     

克拉2气田非酸解堵剂的室内研究

根据克拉2气田储层损害的特点,分析了可能对气层造成堵塞的原因,针对现场采用的钻井液进行了非酸解堵化学剂的研制,研制出了FS解堵剂。该解堵剂能起到清洗磺化沥青和润滑剂等聚合物油污、解除乳化堵、降低工作液滤液的表面张力、解除孔隙喉道的"水锁"以及防止水敏性粘土矿物膨胀的粘土稳定作用。岩心试验结果表明:FS非酸解堵剂可以有效地解除钻井液的污染。     

全直径油气储层岩心三维可视化信息采集方法及应用前景

在微米X-CT基础上，通过对X射线强度的调整和扫描方式的更新，建立了Geoscan系列，并相应将样品室改装成了平放式加长扫描区，实现了对全直径岩心进行三维扫描成像。测试结果显示，以往难以描述的岩心断面构造、层理结构、非均态构型、孔—缝展布等全直径三维参数信息均能得到清晰的三维图像，有效拓宽了地学领域微观分析的视野。通过对石油钻井岩心全直径扫描，可以实现在一个较为宽泛的深度段内，观察分析不同矿物组分的含量变化、油气运移轨迹以及缝隙的延展性等重要参数信息，通过对储层物性参数数字化处理的图像可直接反映油气聚集的有效性及储集空间展布规律。这项技术将通过提供储集岩孔—渗架构三维可视化网格图和给予的储层品质定性结论来指导优化油区勘探部署。      

微米CT在烃源岩微观结构表征方面的应用

对松辽盆地白垩系青山口组一段烃源岩的微观结构进行微米CT的三维成像研究。其微观结构特征为:孔隙直径主要在0.7~25 μm之间,孔隙类型主要以粒间孔隙、晶内孔隙为主,孔隙在孔喉的连接下形成连通性较好的孔隙通道。生物碎屑(或有机质)大小由几微米到几百微米不等,主要分布在中等密度的矿物基质中,生物类型以浮游生物和介壳类生物为主。微米CT三维重建技术为精细刻画岩石微观结构特征提供了新的研究方法和手段,但也存在诸如成像分辨率、二维切片的图像处理以及实验结果的地质代表性等问题,针对上述问题产生的原因进行了探讨并提出了初步的解决方案。      

连续油管冲洗解卡堵技术在辽河油田的应用

对于高凝油或稠油凝结卡堵 ,气井中的水合物冰堵、砂卡或砂埋 ,电泵采油井或自喷井严重结蜡及其它复杂油水井的处理 ,用连续油管冲洗显示出常规方法无法比拟的优越性。辽河油田采用这种技术实施冲砂洗井、解高凝油和稠油卡堵、解冰堵、水井测试等作业 948井次 ,均取得成功。用常规方法热洗解高凝油或稠油卡堵 ,施工周期为 1 8天 ,费用 2 6万元 ;用连续油管 ,施工周期为 2天 ,费用仅为 7 2万元。对于热洗清蜡 ,用常规方法清蜡困难 ,换管柱作业时间长达 48～96h ;而采用连续油管作业 ,清蜡时间缩短至 6h以内 ,费用降低 1 0 % ,且不污染地层     

顺序指示模拟重建三维数字岩心的准确性评价

采用X射线CT获得反映岩石微观结构的三维真实数字岩心过于昂贵和费时,因此正确评价利用岩心二维图像重建三维数字岩心的准确性具有重要的应用价值。利用顺序指示模拟方法,依据岩心的二维图像重建三维数字岩心,并计算了真实数字岩心与重建数字岩心的孔隙尺寸分布函数、局部孔隙度分布函数和平均渗流概率函数。应用有限元方法计算了重建数字岩心与真实数字岩心的体积模量和地层因素。重建数字岩心与真实数字岩心的对比表明,两者具有相同的孔隙度、变差函数和均质性,但相比真实数字岩心,重建数字岩心的平均孔隙半径偏小,孔隙连通性较差。