鄂尔多斯盆地致密砂岩气藏微观孔喉球棍模型表征方法_吴建彪.pdf

2023 年第 38 卷 第1期2023，38(1):0337-0347地球物理学进展Progress in Geophysicshttp:/wwwprogeophyscnISSN 1004-2903CN 11-2982/P吴建彪，王瑞飞，杨川，等2023 鄂尔多斯盆地致密砂岩气藏微观孔喉球棍模型表征方法 地球物理学进展，38(1):0337-0347，doi:10 6038/pg2023FF0521WU JianBiao，WANG uiFei，YANG Chuan，et al 2023 Micro nano pore throat CT imaging ball stick model of tight sandstone gas reservoir in OrdosBasin Progress in Geophysics(in Chinese)，38(1):0337-0347，doi:106038/pg2023FF0521鄂尔多斯盆地致密砂岩气藏微观孔喉球棍模型表征方法Micro nano pore throat CT imaging ball stick model of tight sandstone gasreservoir in Ordos Basin吴建彪1，王瑞飞2，杨川2，郑森2，陈笛1，宗廷博2，王元一2WU JianBiao1，WANG uiFei2，YANG Chuan2，ZHENG Sen2，CHEN Di1，ZONG TingBo2，WANG YuanYi2收稿日期2022-06-12;修回日期2022-12-19投稿网址http:/www progeophys cn基金项目陕西省重点研发计划(重点产业创新链(群)“小分子可循环自清洁压裂液研发及产业化推广”(2022ZDLSF07-04)和陕西省教育厅重点项目“致密砂岩储层层理缝表征方法及渗流-应力时变耦合机理(18JS084)”联合资助第一作者简介吴建彪，男，1984 年生，硕士，助理研究员，从事油气田开发生产科研工作 E-mail:274934492 qq com1 中国石油化工股份有限公司华北油气分公司，郑州4500062 陕西省油气井及储层渗流与岩石力学重点实验室，西安石油大学，西安7100651 Sinopec North China Company，Zhengzhou 450006，China2 Shaanxi Key Laboratory of Well Stability and Fluid and ock Mechanics in Oil and Gas eservoirs，Xian Shiyou University，Shaanxi，Xian 710065，China摘要以鄂尔多斯盆地 J 地区下石盒子组致密砂岩气藏储层为研究对象，利用 Avizo 软件的数据处理和数值模拟功能，处理多尺度三维 CT 成像技术提供的图像信息 提出核磁阈值分割法，应用该方法对研究区目的层岩石样品进行多尺度三维孔喉分维数重构，建立非常规致密砂岩气藏储层纳米级三维孔喉分布和孔喉球棍模型 利用数字岩心分析模块对孔隙空间进行计算，获得喉道半径、孔隙半径、配位数、喉道长度、喉道形状因子、孔隙形状因子等定量参数，进而应用上述表征参数进行孔喉结构定量评价 研究表明，纳米尺度下致密砂岩储层孔隙呈球状，喉道呈杆状、棍状和管束状分布，孔喉分布随机性强 多尺度三维CT 成像技术具有无损、高分辨率等特点，能够在多个分辨率和不同视域获得较为清晰的二维、三维图像建立的球棍模型，能够直观、定量表征孔喉大小、几何形态、空间分布、连通性等，对微细观尺度储层孔喉研究具有重要意义关键词多尺度三维 CT 成像;微(纳)米级孔喉;孔喉球棍模型;致密砂岩气藏储层;鄂尔多斯盆地AbstractTaking the tight sandstone gas reservoir ofLower Shihezi formation in J area of Ordos Basin as theresearchobject，theimageinformationprovidedbymultiscale 3D CT imaging technology is processed by usingthe data processing and numerical simulation functions ofAvizo softwareThe multi-scale 3D pore throat fractaldimension reconstruction of the target rock samples in thestudy area is carried out，and the nano scale 3D porethroat distribution and pore throat ball stick model ofunconventionaltightsandstonegasreservoirareestablished A threshold segmentation method is proposed，themulti-scalethree-dimensionalporethroatfractaldimension reconstruction of the target rock samples in thestudy area is carried out，and the nanometer three-dimensional pore throat distribution and pore throat clubmodel of unconventional tight sandstone gas reservoir areestablishedUsing the digital core analysis module tocalculate the pore space，the quantitative parameters suchas throat radius，pore radius，coordination number，throatlength，throat shape factor and pore shape factor areobtained，and then the above characterization parametersareusedtoquantitativelyevaluatetheporethroatstructureTheresultsshowthattheporesoftightsandstone reservoir are spherical，and the throat is rod-shaped，rod-shaped and pipe bundle shaped，and thedistribution of pore throat is random Multi scale three-dimensional CT imaging technology has the characteristicsof non-destructive and high-resolution It can obtain cleartwo-dimensional and three-dimensional images in multipleresolutions and different fields of view The establishedball stick model can directly and quantitatively characterize地球物理学进展www progeophys cn2023，38(1)中图分类号P631文献标识码Adoi:10 6038/pg2023FF0521the porethroatsize，geometry，spatialdistribution，connectivity，etc，which is of great significance to thestudy of pore throat in micro scale reservoirKeywordsMultiscale 3D CT imaging;Micron/Nanoporethroat;Model of porous ball club;Tight sandstone gasreservoir;Ordos Basin0引言X 射线三维 CT 扫描成像无损检测技术，能够实现岩石微观孔隙结构的三维可视化精细定量表征，以孔隙尺度真实反映岩石微观孔喉特征(赵建鹏等，2020;张文政和王经玺，2021)该技术具有高分辨率，适合较小尺寸样品参数测量分析鄂尔多斯盆地作为国内典型的致密砂岩含油气盆地，其储层微观孔隙结构极其复杂，孔喉连通表征难度大 以盆地北部 J 地区下石盒子组致密砂岩气藏储层为研究对象，应用多尺度三维 CT 成像技术获得三维重构数字模型，应用核磁共振氦孔隙度、可动流体孔隙度约束反推岩样孔隙区域，有效表征微(纳)米级孔喉特征(Zhang et al，2020;郎颖娴等，2019)，建立孔喉球棍数值模型1技术原理1.1多尺度三维 CT 成像原理应用 Xradia 520 Versa X 射 线 三 维 显 微 镜(XM)，选择物镜或调整几何放大率选取设备放大倍率 应用高分辨率、高灵敏度 CCD 相机获得数字图像，由 360旋转获得的大量 X 射线衰减图像重构三维立体模型 三维 CT 图像反映 X 射线穿透物体过程中能量衰减信息，能够真实反映岩心孔隙结构、密度等 相对于传统 Micro CT 几何放大投影法直接成像，Xradia 520 Versa X 射线三维显微镜(XM)提高图像亚微米分辨率，实现无损三维成像，其光路如图 1 所示制样:将样品固定在 XM 载物台上，利用放射源发射的锥形 X 射线穿透岩样 通过闪烁片、物镜、透镜以及 CCD 相机将图像放大不同倍数，转台作圆周扫描旋转 360获得大量 X 射线二维衰减图像 经重构计算，将吸收系数 的三维分布重构成高分辨率三维立体图像 记 I0为 X 射线源射线强度，L 为穿过物质路径，Id(L)为 X 射线衰减后强度，E 为射线能量，x 为空间位置，为物质吸收系数，公式(1)为测量过程中射线强度衰减公式:Id(L)=I0exp(x，E)dL)(1)X 射线 CT 扫描成像布局如图 2 所示图 1X 射线三维显微镜光路图Fig 1X-ray three-dimensional microscope light path diagram图 2X 射线 CT 扫描成像布局图Fig 2X-ray CT scanning imaging layout1.2核磁阈值分割原理开展 X-CT 扫描样品的核磁共振测试，获得岩样氦孔隙度、可动流体孔隙度 因磁场强度、信噪比限制，核磁共振成像分辨率低，不能直观可视化分析 在此，将 X 射线高分辨率三维成像与核磁共振测量结合，进行孔隙结构定量表征基于 Avizo 图像处理软件及图像灰度机制划分岩样孔隙，应用最大球体法将划分出的孔隙区域简化为球棍模型 致密砂岩孔隙区域划分，传统阈值分割法表述性弱，欠客观、精准 结合阈值分割算法、亮暗差异算法以及轴连通性算法，以核磁共振氦孔隙8332023，38(1)吴建彪，等:鄂尔多斯盆地致密砂岩气藏微观孔喉球棍模型表征方法(www progeophys cn)图 3核磁阈值分割法流程图Fig 3Flow chart of nuclear magnetic threshold segmentation method图 4Interactive Top-Hat 原理示意图Fig 4Schematic diagram of Interactive Top-Hat度、可动流体孔隙度为约束，调参获取核磁孔