储层微观孔隙结构研究

储层微观孔隙结构研究进展1.储层微观孔隙结构的影响因素和成因分析储层微观孔隙结构受多因素影响，成因分析是储层孔隙结构研究的最基本的内容，它能帮助研究者从深层次准确把握储层孔隙结构的特征，受到研究者的高度重视。1.1地质作用对储层微观孔隙结构的影响储层物性受沉积作用、成岩作用、构造作用的共同控制。沉积作用对碎屑岩结构、分选、磨圆、杂基含量等起到明显的控制作用，不同的沉积环境对碳酸盐岩的结构组分影响很大。从沉积物脱离水环境之后，随着埋藏深度的不断加深，一系列的成岩作用使得储层物性进一步复杂化。一般而言，压实作用、压溶作用、胶结作用对储层物性起破坏性作用；交代作用、重结晶作用、溶蚀作用对储层物性起到建设性作用。而构造作用产生的裂缝等对物性的改造有较为显著地影响，使储层的非均质性更加明显，而这一点在碳酸盐岩储层中尤为突出。1.2油气田开发对储层微观孔隙结构的影响储层孔隙结构影响着储层的注采开发，同时，随着注水、压裂等一系列油气田开发增产措施的实施，储层孔隙结构也相应发生了变化。王美娜等研究了注水开发对胜坨油田坨断块沙二段储层性质的影响，发现注水开发一定程度上改善了储层孔隙结构。唐洪明等以辽河高升油田莲花油层为例，研究了蒸汽驱对储层孔隙结构和矿物组成的影响。结果表明，蒸汽驱导致储层孔隙度、孔隙直径增大，喉道半径、渗透率减小，增强了孔喉分布的非均质性。2．储层微孔隙结构研究方法2.1成岩作用方法该方法通过对各种成岩作用在储层孔隙结构演化中的作用进行梳理，从而了解储层孔隙结构对应发生的变化。该方法的优点是对孔隙结构的成因可以有比较深入的认识，缺点是偏向于定性分析，难以有效的定量化表征。刘林玉等对白马南地区长砂岩成岩作用进行了分析，认为压实作用和胶结作用强烈地破坏了砂岩的原生孔隙结构，溶蚀作用和破裂作用则有效地改善了砂岩的孔隙结构。2.2铸体薄片观察法该方法是将带色的有机玻璃或环氧树脂注入岩石的储集空间中，待树脂凝固后，再将岩心切片放在显微镜下观察，用以研究岩心薄片中的面孔率、孔喉类型、连通性、孔喉配位数以及碎屑组分等。该方法的优点是成本低廉铸体，薄片资料简单直观，对于砂岩和碳酸盐岩等资料容易获取；缺点是研究对象受限制，薄片的有限研究尺度不能满足砾岩的研究需要，对于泥岩和裂缝发育的脆性较高的岩石难以制成薄片，具有一定的局限性。2.3毛管压力曲线法实验室测定毛管压力的方法主要有半渗透隔板法、压汞法和离心机法等，其中压汞法由于其快速、准确，可以定性、半定量地研究储层的孔隙结构，从毛管曲线上获取能够反映孔喉大小、连通性和渗流能力的参数，因而是目前测定岩石毛管压力的主要手段。但随着一些复杂油气田的开发，常规压汞技术已不能满足生产的需要，而恒速压汞技术在实验进程上实现了对喉道数量的测量，从而克服了常规压汞方法的不足。河顺利等通过对比试验，认为恒速压汞逼近于准静态的进汞过程，接触角θ更接近于静态接触角，测试得到的喉道半径与真实的喉道半径比较接近，也可以将孔隙与喉区别开来；恒速压汞模型假设的孔隙结构特征更符合低渗特低渗油藏小孔细喉或细孔微喉的结构特征。2.4扫描电子显微镜技术扫描电镜（SEM）的原理是利用一束精细聚焦的电子束聚焦在样品表面，由于高能电子束与样品物质的交互作用，得到二次电子、背散射电子、吸收电子、Ｘ射线、俄歇电子、阴极发光和透射电子等结果不同类型信号随测量样品表面形态不同而发生变化的信息。电子束系统中的电子枪类型有两类：一类是普通扫描电镜，即利用热效应产生电子的钨和六硼化镧作为电子枪；另一类是场发射扫描电镜，即利用场致发射效应产生电子的电子枪。场发射扫描电镜（FSEM）能做各种固态样品表面形貌的二次电子像、反射电子像观察及图像处理。配备高性能Ｘ射线能谱仪，能同时进行样品表层的微区点线面元素的定性、半定量及定量分析，具有形貌、化学组分的综合分析能力，是微米－纳米级孔隙结构测试和形貌观察的最有效仪器之一。环境扫描电镜（ESEM）的原理和扫描电镜一样，它们的差别主要在样品室，环境扫描电镜的样品室在工作中有高真空、低真空和环境３种方式。除了具有常规扫描电镜的分析能力外，还能观察分析含水的、含油的、已污染的、不导电的样品。对岩样原始状态下的孔隙结构及油气赋存状态进行观察，结合能谱分析，可以验证赋存流体的性质，能对致密储层接近原始状态的孔隙结构进行研究。2.5CT扫描法CT成像的物理学基础是物体对Ｘ射线的吸收存在差异。岩心CT扫描能够提供岩石孔喉分布、连通性以及物性参数等。CT扫描法的优点是在对岩心无损伤的条件下，能够快速观测整块岩心内部的结构状况，但其缺点是测量方法复杂，且费用较高。微纳CT成像系统大致由5个主要子系统组成，分别是射线源子系统、探测器子系统、扫描控制子系统、数据采集传输子系统和计算机辅助子系统（图5）。微纳米CT扫描可实现岩石原始状态无损三维成像，确定致密砂岩、页岩等致密储层纳米孔喉的分布、大小和连通性等，并对任意断层虚拟成像展示。利用该技术对岩心进行显微CT扫描试验可获得微米级别CT切片图像，并重构3D微观孔隙结构，统计微观孔隙结构的相关性质。2.6测井分析方法测井分析方法是储层孔隙结构的有力工具，特别是在孔隙结构的定量评价方面优势明显。实验室储层孔隙结构测量方法价格昂贵，测量周期长，且岩石孔隙结构研究往往容易受到样品尺寸的限制，很难与储层宏观参数建立关系，并开展区域储层预测，而测井资料具有“纵向上”和“面上”的优势，这为研究区域储层岩石孔隙结构开辟了新的途径。研究储层岩石孔隙结构特征的测井资料主要包括核磁共振测井、电阻率测井和声波测井等资料。2.7三维孔隙结构模拟目前建立三维孔隙结构模型的方法有3类：切片组合法、X射线成像法和基于薄片分析的图像重建法。切片组合法需要花费很长时间来制备大量的岩心切片，且很难获得具有代表性的非均质岩石的体积图像，因而极少被采用。基于薄片分析的图像重建法只需要极少量岩石切片的扫描图像，其获取较为方便且比较经济。该方法首先是对选取的岩石切片进行扫描并获得扫描图像，再利用不同的数学方法对岩石三维孔隙网络进行模拟，达到观察岩石立体孔隙结构的目的。X射线成像法需借助X射线微观成像仪Micro-CT，受设备和技术条件所限，我国在这一基础性研究领域还处于起步阶段，国内只有少数学者能够获取真实岩心的三维CT图像。3.储层微观孔隙结构评价对于低渗透储层，因其渗透率低，流体流动过程中存在非线性和启动压力梯度，并受到液-固界面的影响，所以，用常规的渗透率、孔隙度、中值半径及产能等难以对其进行有效评价。杨正明等以产能、储层有效厚度、喉道半径、可动流体比率、启动压力梯度和有效驱动因子等6个参数作为低渗透油田储量综合评价指标。4.结论（1）储层微观孔隙结构研究的方法较为丰富，包括成岩作用法、铸体薄片观察法、毛管压力曲线法、扫描电子显微镜技术、CT扫描法、测井分析法、三维孔隙结构模拟等。上述各种方法均有其优缺点，在实践中应该选择综合使用，优势互补，更好的为储层微观孔隙结构研究服务。（2）目前存在的问题主要表现在研究中定性和定量研究结合不够紧密。受设备和技术条件所限，我国在三维孔隙结构模型重构技术这一基础性研究领域还处于起步阶段，国内仍以毛管压力曲线法、铸体薄片观察及扫描电镜法为主要的研究手段。（3）对特低渗透储层开发过程中，微观孔隙结构（包括微裂缝）特征及油水微观渗流机理的研究还缺少系统认识，需要进一步深入探讨。参考文献：[1]郝乐伟，王琪，唐俊．储层岩石微观孔隙结构研究方法与理论综述[J]．岩性油气藏，2013，25（5），123-128[2]陈杰，周改英，赵喜亮，等．储层岩石孔隙结构特征研究方法综述[J]．特种油气藏，2005，12（4），11-16[3]陈欢庆，曹晨，梁淑贤，等．储层孔隙结构研究进展[J]．天然气地球科学，2013，24（2），227-237[4]张志强，郑军卫．低渗透油气资源勘探开发技术进展[J]．地球科学进展，2009，24（8）854-864[5]蒋裕强，陈林，蒋婵，等．致密储层孔隙结构表征技术及发展趋势[J]．地质科技情报，2014，33（3），63-70[6]何顺利，焦春艳，王建国，等．恒速压汞与常规压汞的异同[J]．断块油气田，2011，18（2），235-237[7]陈晶，徐军，陈文雄，等．一种可用于微米-纳米级矿物研究的新技术——FIB[J]．地质通报，2003，22（5），371-373