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

摘要

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。