夏惠芬，翟上奇，馮海潮，殷代印，馬文國(guó)，王 影

近年來，CT掃描技術(shù)被國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于油藏滲流開發(fā)研究中，推動(dòng)了滲流力學(xué)的技術(shù)進(jìn)步。Dana George Wreath［1］利用CT技術(shù)測(cè)量了巖心中油的飽和度，Seetharaman Ganapathy［2］利用 CT 技術(shù)探索了巖心在聚合物驅(qū)條件下油飽和度的變化，Mengwu Wang［3］將CT技術(shù)用于測(cè)量巖心飽和油及聚合物驅(qū)替過程流體飽和度分布。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)CT掃描技術(shù)也進(jìn)行了大量研究，曹緒龍等［4－5］研究出用體積CT對(duì)巖心流體飽和度進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)，利用該技術(shù)測(cè)量了聚驅(qū)過程中流體飽和度的分布特點(diǎn)。高建等［6－7］通過CT掃描成像技術(shù)，建立了含油飽和度分布計(jì)算方法，得到三維含油飽和度分布，利用標(biāo)準(zhǔn)偏差和變異系數(shù)等方法對(duì)巖心水驅(qū)含油飽和度分布特征進(jìn)行分析。趙碧華［8－9］應(yīng)用CT掃描技術(shù)觀察油層巖心的孔隙結(jié)構(gòu)，得出常規(guī)滲透率測(cè)試所得K值偏低。陳毅華等［10］利用X－CT技術(shù)，對(duì)安山巖裂縫型巖心進(jìn)行了研究，提出了利用CT值計(jì)算含裂縫巖心的裂縫參數(shù)和不同類型孔隙度的方法。孫衛(wèi)等［11－12］把X－CT掃描成像技術(shù)與水驅(qū)油實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，認(rèn)為造成注入水啟動(dòng)壓力、水驅(qū)油效率差異大的主要原因是儲(chǔ)層的低孔、低滲和孔隙結(jié)構(gòu)的雙重結(jié)構(gòu)；而造成水驅(qū)波及效率低、水驅(qū)油效率較低的主要原因是微觀孔隙結(jié)構(gòu)非均質(zhì)性較強(qiáng)。

目前我國(guó)在這方面的研究和應(yīng)用主要集中在圖像分析層面，即利用CT圖像計(jì)算巖心樣品的密度、孔隙度、飽和度等，同時(shí)對(duì)微觀孔隙結(jié)構(gòu)及孔隙內(nèi)流體的分布作定性描述，而對(duì)于巖心孔隙結(jié)構(gòu)中的配位數(shù)沒有明確描述。本文基于CT掃描技術(shù)，對(duì)巖心孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，且給出了配位數(shù)的統(tǒng)計(jì)方法。

1 CT掃描實(shí)驗(yàn)原理

CT的工作原理：任何X－射線投射影像都符合三維物體的二維投射原則。最簡(jiǎn)單說來，我們可以把射線束近似看作為平行光束，則投射影像的每一點(diǎn)都包含三維物體對(duì)相應(yīng)X－射線光束吸收程度的綜合信息。從幾何學(xué)角度分析，一系列一維的投射線重構(gòu)成二維影像，而二維影像又重構(gòu)為三維影像，如圖1所示。

圖1 平行光束幾何學(xué)

2 CT掃描實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)材料

高頻率CT機(jī)SkyScan1172（見圖1），以及相應(yīng)的處理軟件是Data Viewer、CTAN、ANT和CTVol等；巖石切割機(jī)；大慶油田不同滲透率級(jí)別天然巖心。

圖2 CT掃描設(shè)備系統(tǒng)圖

2.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）用切割機(jī)將巖心切成CT夾持器要求的尺寸大小。

（2）對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行預(yù)熱15min。

（3）通過觀察樣品位置，調(diào)節(jié)到適合的位置開始掃描。

（4）將得到的數(shù)據(jù)圖片通過Nrecon重構(gòu)出二維橫截面圖片。

（5）運(yùn)用CTAN軟件進(jìn)行分析和計(jì)算各孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)。

（6）運(yùn)用Data Viewer軟件計(jì)算配位數(shù)。

（7）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與總結(jié)。

2.3 巖心孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)識(shí)別軟件界面介紹

運(yùn)用CTAN軟件選取合適的感興趣區(qū)域，然后進(jìn)行灰度值選取，灰度值的范圍是0～255，圖3給出了灰度值選取時(shí)的界面。由圖3可以看出，選取灰度在12～255，圖像中白色為巖石骨架，黑色為孔隙。

圖3 灰度值選取界面

在感興趣區(qū)域范圍內(nèi)，選取合適的灰度值后，計(jì)算感興趣區(qū)的孔隙度，圖4給出了孔隙度計(jì)算的界面。如圖可以看出，選取灰度在12～255，該巖石的孔隙度為28.01%。

圖4 孔隙度計(jì)算界面

運(yùn)用DataViewer軟件，把通過Nrecn處理的圖片立體化，把原本的圖片分成3個(gè)視圖，更加清楚地觀察各孔隙的具體結(jié)構(gòu)，從而統(tǒng)計(jì)配位數(shù)的分布。把3個(gè)方向的圖片分別稱為俯視圖、左切圖和正切圖，如圖5所示。

圖5 配位數(shù)識(shí)別界面

2.4 配位數(shù)的查找方法

配位數(shù)是指每個(gè)孔道所連通的喉道個(gè)數(shù)。在DataViewer軟件中，我們把巖心掃描的圖像設(shè)置在三維坐標(biāo)中，即x、y和z坐標(biāo)，俯視圖為x和y坐標(biāo)不變，只有z坐標(biāo)變化；正切圖為x和z坐標(biāo)不變，只有y坐標(biāo)變化；左切圖為y和z坐標(biāo)不變，只有x坐標(biāo)變化。在俯視圖中的孔隙連通的喉道個(gè)數(shù)加上正切圖和左切圖中相同位置孔隙處連通的喉道個(gè)數(shù)，即為配位數(shù)。

以一個(gè)孔道為例，圖6給出了查找配位數(shù)的方法。由圖可以看出，俯視圖中孔隙的坐標(biāo)位置是（486，2 128，818），在相同位置正切圖中，可以看出標(biāo)有1、2、3、4的4個(gè)位置處都有凸起，都有可能有孔隙延伸發(fā)育。為了證明這4處是否是往外延伸，把鼠標(biāo)放在正切圖的1（488，2 128，904）處，查看相同位置俯視圖與左切圖處是孔隙還是巖石骨架，如果是孔隙，那么就說明1處是連通的，所以可以看作是1個(gè)配位數(shù)。同理可以看出2處和4處也是，但是3處比較光滑，在相同位置處的俯視圖和左切圖處是巖石骨架，說明不是連通的，不能認(rèn)為是配位數(shù)。

圖6 配位數(shù)識(shí)別圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 孔隙度測(cè)量

用CTAN處理后的巖心橫截面圖像進(jìn)行灰度調(diào)整，使反白圖和孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖最為接近時(shí)測(cè)量孔隙度。表1給出不同滲透率巖樣多個(gè)層面孔隙度的平均值。

表1 不同滲透率巖樣的孔隙度

3.2 配位數(shù)分布

利用DataViewer軟件，通過上述對(duì)配位數(shù)的查找方法，對(duì)不同滲透率二類油層巖樣的配位數(shù)進(jìn)行了分析。圖7和圖8給出滲透率為370×10－3μm2和554×10－3μm2的巖樣的配位數(shù)分布。由圖可以看出，滲透率為370×10－3μm2的配位數(shù)主要在5～13之間，而且有50%以上的比例在7～9；而滲透率為554×10－3μm2的配位數(shù)在6～15之間，有60%以上的比例在10～13。

圖7 滲透率為370×10－3μm2的配位數(shù)分布

3.3 孔喉比

孔喉比是指孔隙與喉道直徑的比值。在CTAN軟件中打開BMP格式的圖像，選取合適的灰度值后，把圖片放大，觀察孔隙的連通性和孔喉比。圖9給出了二維圖像中孔隙和喉道的連通情況，如果流體在孔隙中流動(dòng)，且流經(jīng)喉道，那么把垂直流動(dòng)方向上的孔隙直徑除以流經(jīng)的喉道直徑稱為孔喉比。

圖8 滲透率為554×10－3μm2的配位數(shù)分布

圖9 孔喉比示意圖

在CTAN軟件中打開的圖像中，黑色為孔隙或喉道，拖動(dòng)鼠標(biāo)屏幕即顯示出該孔隙或喉道的直徑。圖9中Distance＝0.5pixel，是表示距離為0.5個(gè)像素點(diǎn)。而每一塊巖樣在通過Nrecon重構(gòu)出二維橫截面圖片時(shí)，都會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)文本格式的文件，里面會(huì)給出這個(gè)巖樣的基本信息，其中就包括掃描該塊巖樣時(shí)一個(gè)像素代表的距離是多少微米。

表2給出了巖樣孔隙和喉道的直徑以及對(duì)應(yīng)的孔喉比。由表2可以看出，孔喉比可以由幾變化到幾十，最大孔喉比可達(dá)60，而隨著滲透率的增加，孔喉比降低，這與恒速壓汞實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論基本是一致的。

表2 不同滲透率巖樣的孔喉比

表2 （續(xù)）

4 結(jié)論

通過CT掃描實(shí)驗(yàn)，對(duì)巖心孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：

（1）CT掃描實(shí)驗(yàn)給出了巖樣的孔隙度、配位數(shù)和孔喉比；

（2）滲透率為370×10－3μm2的配位數(shù)主要在5～13之間，而且有50%以上的比例在7～9；而滲透率為554×10－3μm2的配位數(shù)在6～15之間，有60%以上的比例在10～13；

（3）CT掃描得出的孔喉比由幾變化到幾十，最大孔喉比可達(dá)60，而隨著滲透率的增加，孔喉比降低，這與恒速壓汞實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論基本是一致的。

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［1］Dana George Wreath.A study of polymer flooding and residual oil saturation［D］.Austin：the University of Texas，1989：35－49.

［2］Seetharaman Ganapathy.Simulation of heterogeneous sandstone experiments characterized using CT scanning［D］.Austin：the University of Texas，1993：87－95.

［3］Wang Mengwu.Laboratory investigation of factors affecting residual oil saturation by polymer flooding［D］.Austin：the University of Texas，1995：9－21.

［4］曹緒龍，李玉彬，孫煥泉，等.利用體積CT法研究聚合物驅(qū)中流體飽和度分布［J］.石油學(xué)報(bào)，2003，24（2）：65－68.

［5］侯健，李振泉，張順康，等.巖石三維網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)和模擬研究［J］.中國(guó)科學(xué)G輯，2008，38（11）：1563－1575.

［6］高建，韓冬，王家祿，等.應(yīng)用CT成像技術(shù)研究巖心水驅(qū)含油飽和度分布特征［J］.新疆石油地質(zhì)，2009，30（2）：269－271.

［7］王家祿，高建，劉莉.應(yīng)用CT技術(shù)研究巖石孔隙變化特征［J］.石油學(xué)報(bào)，2009，30（6）：888－893.

［8］趙碧華.用CT掃描技術(shù)觀測(cè)巖心中液流特性［J］.石油學(xué)報(bào)，1993，13（1）：91－96.

［9］趙碧華.用CT掃描技術(shù)觀察油層巖心的孔隙結(jié)構(gòu)［J］.西南石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1989，11（2）：57－64.

［10］陳毅華，趙德明.利用x－CT技術(shù)計(jì)算巖心的裂縫參數(shù)［J］.石油勘探與開發(fā)，1990（3）：82－86.

［11］孫衛(wèi)，史成恩，趙驚蟄，等.X－CT掃描成像技術(shù)在特低滲透儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)及滲流機(jī)理研究中的應(yīng)用［J］.地質(zhì)學(xué)報(bào)，2006，80（5）：775－779.

［12］王瑞飛，陳明強(qiáng)，孫衛(wèi).特低滲透砂巖儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)分類評(píng)價(jià)［J］.地球?qū)W報(bào)，2008，29（2）：213－220.