一种表征岩石孔隙网络连通性的方法

摘要

本发明涉及岩石孔隙结构表征技术领域，尤其涉及一种表征岩石孔隙网络连通性的方法。一方面，由于岩石内部孔隙、孔喉分布特征、孔喉比、孔喉配位数等因素存在差异，导致岩石内部孔隙网络连通性存在差异。对于连通性较差的孔隙网络，在高压压汞过程中会导致进汞、退汞体积差异较大，退汞效率较低，从而使得一部分汞在岩石孔隙网络中滞留。另一方面，在微米CT的作用下，由于高密度的汞对X射线具有较大的衰减系数，将极大多数X射线吸收，导致探测器接受了极少的光子数，从而经过Radon变换得出的CT值较大，使得高密度的汞在CT二维切片成像上呈现亮白色。基于以上原理，利用Avizo软件将汞所滞留的孔隙网络三维重构，从而达到评价岩石孔隙网络连通性的目的。

说明书

技术领域

本发明涉及岩石孔隙结构表征技术领域，尤其涉及一种表征岩石孔隙网络连通性的方法。

背景技术

岩石的孔隙结构特征是指岩石所具有的孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相互连通关系，是影响储层流体的储集能力及开采能力的主要因素，因此了解岩石储层的孔隙结构对储层评价及勘探开发具有重要意义。表征岩石的孔隙结构特征常用手段有高压压汞技术、微米CT技术等。

高压压汞曲线形态反映了各段孔喉的发育情况、孔隙之间的连通性信息，进汞曲线主要受孔喉直径控制，退汞曲线主要受孔喉比、孔隙连通性控制。其中，退汞效率低，汞在孔隙网络中迟滞的现象反映了该段孔隙网络连通性较差，可作为孔隙连通性评价的标准。但其缺点是缺乏可视化手段，难以直观展示孔隙网络形态。微米CT技术具备可视化手段，但由于岩石内部各组分衰减系数差异及其自身分辨率的限制，阈值分割准确性不足，评价岩石孔隙网络连通性也存在瓶颈。以上原因，限制了岩石孔隙结构表征的客观性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种表征岩石孔隙网络连通性的方法。

本发明提供一种表征岩石孔隙网络连通性的方法，其主要包括以下步骤：

S1、制备待测页岩样品；

S2、将S1制得的待测页岩样品固定后，对待测页岩样品进行扫描，以获取待测页岩样品沿Z轴方向的二维切片图像；

S3、对二维切片图像进行阈值分割处理，提取二维切片图像中高强度值的影像区域后，进行体积渲染处理；

S4、对经过CT扫描后的待测页岩样品进行高压压汞处理后，包裹，至待测页岩样品处于密封状态；

S5、重复进行S2-S3的操作，对S4获得的待测页岩样品进行二次CT扫描，依次获取待测页岩样品沿Z轴方向的二维切片图像，以及提取二维切片图像中高强度值的影像区域；

S6、选取S3获取的高强度值影像区域为特征点，将S3获取的二维切片数据集和S6获取的二维切片数据集进行图像配准后，将S6中对应的影像区域进行剔除，即可获取经过高压压汞处理后的待测页岩样品中滞留汞的连通孔隙网络。

进一步地，S1中制备待测页岩样品的具体步骤为：取页岩岩心，将页岩切割成直径为1mm，长度为1cm的圆柱状岩心样品后，表面进行抛光处理，烘干，即可得到所述待测页岩样品。

进一步地，烘干温度为60℃，烘干时间为48h。

进一步地，S2中CT扫描的条件为：曝光时间为2s、扫描电压60kV、实验温度20℃。

进一步地，S3中高强度值影像区域为黄铁矿晶粒的富集区域。

进一步地，S4中高压压汞的压力条件为0.2-60000psi。

进一步地，S5中包裹处理的具体方法为：将经过高压压汞处理后的待测页岩样品的表面用胶布进行初步封装后，再于待测页岩样品的表面均匀涂抹环氧树脂。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明所述一种表征岩石孔隙网络连通性的方法，将高压压汞技术与微米CT技术相结合，利用压汞过程中汞在岩石内部的滞留效应，将汞作为“示踪剂”，结合微米CT，通过Avizo软件将该部分连通性较差的孔隙网络进行可视化，同时得到高压压汞法的计算结果与微米CT的计算结果，达到定性与定量表征的目的。

(2)本发明所述一种表征岩石孔隙网络连通性的方法，在连通孔隙网络提取结果的基础上，将三维重构结果网格化，可以结合其他工业软件，进行更多样化的模拟，如渗透率模拟、分子动力学模拟等。

附图说明

图1(a)是本发明待测页岩样品二维切片图像；

图1(b)是图1(a)经过滤波降噪之后二维切片图像；

图2(a)是本发明经过高压压汞处理后的待测页岩样品二维切片图像；

图2(b)是图2(a)经过滤波降噪之后二维切片图像；

图3是本发明实施例所述方法的S3中二维切片图像的三维可视图；

图4是本发明实施例所述方法的S6中二维切片图像的三维可视图；

图5是本发明实施例所述方法的S6中待测页岩样品经过剔除之后的三维可视图；

图6是本发明实施例根据压力与流速的对应关系，生成流体在页岩内部连通孔隙网络的动态流线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

本发明的原理如下：

一方面，由于岩石内部孔隙、孔喉分布特征、孔喉比(孔隙直径与孔喉直径之比)、孔喉配位数等因素存在差异，导致岩石内部孔隙网络连通性存在差异。对于连通性较差的孔隙网络，在高压压汞过程中会导致进汞、退汞体积差异较大，退汞效率较低，从而使得一部分汞在岩石孔隙网络中滞留。另一方面，在微米CT的作用下，由于高密度的汞对X射线具有较大的衰减系数，将极大多数X射线吸收，导致探测器接受了极少的光子数，从而经过Randon变换得出的CT值较大，使得高密度的汞在CT二维切片成像上呈现亮白色。

基于以上原理，利用Avizo软件将汞所滞留的孔隙网络三维重构，不仅可以对使汞产生滞留效应的孔隙网络进行可视化表征，还可以利用高压压汞技术与微米CT技术相结合，对该部分孔隙的进汞孔隙度、退汞孔隙度、孔径分布、孔喉比、喉道配位数等参数进行定量表征，从而达到评价岩石孔隙网络连通性的目的。

鉴于上述原理，本发明的实施例提供了一种应用CT及高压压汞技术联合表征岩石孔隙网络连通性的方法，其主要包括以下步骤：

S1、制备待测页岩样品，在本发明中，待测页岩样品的制备方法为：取自四川盆地焦石坝地区龙马溪组页岩岩心(采样深度为3982.6m)，将页岩切割成直径为1mm，长度为1cm的圆柱状岩心样品后，表面进行抛光处理，烘干，即可得到所述待测页岩样品，其中，烘干温度为60℃，烘干时间为48h，而圆柱体转结构的样品有利于获取更多信息。

S2、采用ZEISS公司生产的Xradia 400Versa 3D X-射线显微镜，将S1制得的待测页岩样品固定在显微镜的高精度样品台上后，沿待测页岩样品的Z轴方向进行CT扫描，并设置单幅曝光时间为2s、扫描电压60kV、实验温度20℃，对待测页岩样品进行扫描，以获得待测页岩样品沿Z轴方向的第一次二维切片数据集，在本发明中，数据集包括约1600张的单张二维切片图像，单张二维切片图像如图1(a)所示，每张二维切片图像中包含有待测页岩样品二维切片的体素大小、待测页岩样品真实尺寸、强度值范围、颜色表信息。

S3、对S2获取的待测页岩样品的二维切片数据集进行阈值分割处理，并提取每张二维切片图像中高强度值的影像区域后，进行体积渲染。具体的，在进行阈值分隔处理前，先采用显微镜设备的Avizo处理软件，利用高斯滤波算法(Gaussian Filer)，对获取的待测页岩样品的二维切片图像进行滤波去噪处理，以提高二维切片图像的图像质量，同一二维切片图像的处理结果如图1(b)所示。再采用Avizo处理软件的Volume Edit模块，利用交互式阈值分割算法，提取每张二维切片图像中高强度值的影像区域，再对每张二维切片图像进行体积渲染处理，以形成三维可视图片，需要说明的是，每张二维切片图像中强度值较高的影像区域为待测页岩样品中的黄铁矿晶粒富集区域。具体的，本发明中高强度值为微8000-10000。

S4、将经过CT扫描后的待测页岩样品进行烘干处理后，进行高压压汞处理，获取待测页岩样品的“进退汞曲线”，其中，高压压汞处理为现有技术，本发明采用Micromeritics公司生产的AutoPore V 9520型号高压压汞仪，高压压汞的压力条件为0.2-60000psi，高压压汞处理后，获取“进退汞曲线”，以达到获取待测页岩样品的孔隙度、孔径分布、孔喉尺寸信息的目的。

S5、将经过高压压汞处理后的待测页岩样品的表面进行包裹处理后，自然风干；具体的，将经过高压压汞处理后的待测页岩样品的表面用胶布进行初步封装，封边完成后，再在待测页岩样品的表面均匀涂抹环氧树脂，从而对待测页岩样品进行全包覆密封，自然风干使其硬化，保证汞在岩石内部的滞留状态，防止汞逸散或挥发。

S6、对S5获得的待测页岩样品重复进行S2-S3的操作，依次获取待测页岩样品沿Z轴方向的第二次二维切片数据集，以及提取每张二维切片图像中高强度值的影像区域；具体的，设置与S2中相同的扫描条件，对S6处理后的待测页岩样品进行第二次CT扫描，获取经过高压压汞处理后的待测页岩样品沿Z轴方向的第二次二维切片数据集，同理，每张二维切片图像中包含有经过高压压汞处理后的待测页岩样品二维切片的体素大小、待测页岩样品真实尺寸、强度值范围、颜色表信息。同S3的操作，采用交互式阈值分割算法，提取每张二维切片图像中高强度值的影像区域，在进行阈值分隔处理前，先采用显微镜设备的Avizo处理软件，利用高斯滤波算法(Gaussian Filer)，对获取的经过高压压汞处理后的待测页岩样品的二维切片数据集进行滤波去噪处理，以提高二维切片数据集的图像质量，其处理前后的图像分别如图2(a)和2(b)所示，再采用Avizo处理软件的Volume Edit模块，利用交互式阈值分割算法和分水岭算法阈值算法，提取每张二维切片图像中高强度值的影像区域，再对每张二维切片图像进行体积渲染处理，以形成三维可视图片。需要说明的是，为了保证实验结果的精准度，本步骤中获取的影像区域应与S3中的影像区域尺寸大小一致。本步骤获取的每张二维切片图像中强度值较高的影像区域为待测页岩样品中高密度汞及黄铁矿晶粒的富集区域。具体的，本步骤中的高强度值为微8000-10500。

S7、选取S3中提取的高强度值影像区域为特征点，如图3所示，将S3获取的二维切片数据集和S6获取的二维切片数据集一一对应地进行图像配准后，将S6中对应的影像区域进行剔除，即可获取经过高压压汞处理后的待测页岩样品中滞留汞的连通孔隙网络。

具体的，在两组二维切片数据集中找到待测页岩样品的对应影像区域，利用显微镜设备的ROI Box模块选中该影像区域，再使用Extract Subvolume模块分别对两组二维切片数据集中的高强度值的影像区域进行提取后，对提取的影像区域进行三维立方体构建，对S3中提取的影像区域的三维立方体区域记为V

S7、结果验证：

在Avizo软件中调用Label Analysis模块对S6获取的滞留汞的连通孔隙网络进行定量计算，以得到连通孔隙网络的孔隙度、孔径分布、孔喉尺寸信息，再结合S4获取的“进退汞曲线”，获取待测页岩样品的孔隙度、孔径分布、孔喉尺寸信息，并与上述连通孔隙网络的孔隙度、孔径分布、孔喉尺寸信息进行对比，高压压汞实验测得该页岩样品孔隙度微2.23％，经微米CT计算得出孔隙度为2.16％，两种方法测得结果吻合度达96.8％，因此，本发明所述方法可用于表征页岩孔隙网络连通性。

此外，本发明所述方法还可实现对流体在页岩内部连通孔隙网络的动态流线图的获取，其具体方法为：对S6中所得到待测页岩样品的连通孔隙网络的三维立方体区域结果，运用Avizo软件对待测页岩样品的绝对渗透率进行定量分析，采用有限元图像模拟方法，每个体素对应一个网格单元，基于Glass Bead Pack理论模型，调用Absolute PermeabilitySimulation模块对待测页岩样品的连通孔隙网络的渗透率进行模拟，并根据压力与流速的对应关系，生成流体在待测页岩样品内部连通孔隙网络的动态流线图，其结果如图6所示。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。