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。     

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。