CN102628354A - 孔隙微米级油水分布识别量化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是孔隙微米级油水分布识别量化方法，首先根据研究目的设计驱油实验方案，在不同化学驱油阶段，向驱替的化学试剂中添加碘离子作为扫描标定试剂，在每个化学驱油阶段结束后，制备测试样品，然后进行X射线扫描测试，对扫描结果计算分析，电脑自动记录扫描结果，将扫描获取X射线灰度分布数据图传到微观扫描系统数据处理工作站机组，进行二维图像重构、灰度识别和孔隙中油水分布计算，获取岩心孔隙参数及岩心孔隙中油水实际分布图像和量化比例。本发明样品制备简单可靠，对岩石结构无损伤，能够有效反应在不同化学驱油阶段天然岩心和人造岩心孔隙中油水的分布状态，并提供定量化的描述，测试结果适应性好。

Description

孔隙微米级油水分布识别量化方法

 

一、     技术领域：

本发明涉及的是油田开发和油藏描述过程中油藏孔隙结构参数和孔隙介质中剩余油分布及定量描述的室内测试和评价方法，具体涉及的是孔隙微米级油水分布识别量化方法。

二、背景技术：

剩余油是指在目前油田开发和三次采油技术方法中没有被采出的地层原油，是目前国内外三次采油和提高采收率技术领域研究的工作对象，但目前对剩余油分布研究中应用的宏观模拟分析和微观可视分析等方法均没有达到在孔隙尺寸级别（国内主要砂岩油田孔隙半径分布范围为：0.1-10微米）给出定量化的剩余油量描述和直观的油水分布关系。X射线扫描技术用于研究多孔隙介质结构已有20多年，由于X射线扫描技术限制，国内外虽然取得了大量研究成果，但也没有能够对石油孔隙样品研究达到微米级别的先例。一直未见到国内外相关文献的报道，成为制约天然岩心孔隙油水分布和量化推广应用的技术瓶颈，因此建立孔隙微米级别油水分布识别及量化X射线扫描测试分析方法有重要意义。

三、发明内容：

本发明的目的是提供孔隙微米级油水分布识别量化方法，它用于解决目前油田开发和三次采油过程中缺乏直观有效并能定量描述油藏岩石孔隙尺寸级别油水分布和剩余油的测试评价方法的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种孔隙微米级油水分布识别量化方法：

首先根据研究目的设计驱油实验方案，在不同化学驱油阶段，向驱替的化学试剂中添加碘离子作为扫描标定试剂；在每个化学驱油阶段结束后，根据评价的需要选择扫描岩心的位置，通过低速锯进行无损切割，制备测试样品，样品尺寸范围为：直径2.5-15.0毫米，长度3.0-70.0毫米；在切割过程中根据岩心胶结类型确定切割速度，保证切割过程中产生的震动不会对岩心结构产生影响；

然后进行X射线扫描测试，启动X射线扫描仪，在电脑中打开扫描控制软件，打开X射线防辐射铅室，将样品安装在铅室中部载物台上，通过载物台居中夹持，关闭铅室；预热X射线发射源；根据岩心地质参数在计算机扫描软件中选择扫描的几何精度，设置旋转角度步长；调整样品扫描位置，开始扫描；

对扫描结果计算分析，电脑自动记录扫描结果，将扫描获取X射线灰度分布数据图传到微观扫描系统数据处理工作站机组，进行二维图像重构、灰度识别和孔隙中油水分布计算，获取岩心孔隙参数及岩心孔隙中油水实际分布图像和量化比例。

上述方案中制备测试扫描样品的过程为：

（1）根据实验研究化学驱油方案设计驱替步骤，向驱油实验用化学试剂配制过程中使用的配制水中添加标定剂；

（2）选择实验岩心，清洗岩心中原始油和水，获取具有真实天然孔隙结构特征的岩心样品，为下一步化学驱油实验（常规驱油实验方式包括：水驱方式，聚合物驱方式，二元驱方式、三元驱方式、蒸汽驱方式等方式。常规驱油实验可以包括上述各方式全部，或仅有其中一个方式）做好准备；

（3）天然岩心制备岩心切片，进行真实天然岩心的孔隙结构分析和灰度定量检测；

（4）开展第一阶段驱油实验（驱油实验第一阶段一般为水驱方式），第一阶段驱油实验结束后，根据实验研究目的确定是否切取岩心样品用于扫描分析，如需窃取样品扫描分析使用，则在样品两端位置分别切取样品，切取的样品进行扫描；剩余的中部岩心进行下一阶段驱油实验，该阶段驱油实验结束后，同样根据实验研究目的确定是否切取样品，如需切取，则同样将切取的样品进行扫描；如有下一驱油阶段则依此类推，开展化学驱油实验阶段的次数根据设计的化学驱油方案确定。  

上述方案中开展岩心X射线扫描：

将制备好的样品装填到扫描设备的载物台上，通过0、45、90、135度4个角度的单幅扫描，调整样品位置，确保样品位置居中，使扫描结果精确可用，准备扫描；按照实验目的和岩心实际特点，通过单幅扫描分析，确定岩心扫描的具体步长、扫描位置和精度，扫描结束后将扫描获取的灰度图像信息拷贝到分析工作站机组，准备孔隙结构参数计算分析和孔隙内水分布计算分析。

上述方案中对扫描结果计算分析，进行不同驱替方式前后岩石孔隙结构参数和孔隙流体分布变化的对比和计算：

（1）每个实验阶段结束后，进行岩心扫描获取的图像进行计算和对比，比较不同驱替方式对孔隙结构的影响，胶结类型是否发生变化，通过公式                                                

计算孔隙度变化；

（2）对上述各实验阶段结束岩心扫描分析获取图像进行计算，对比不同驱替方式对孔隙内残余油作用效果如何，通过公式  计算不同驱替方式的阶段采出程度；

（3）利用二维和三维图像对比和计算结果，对比不同驱替方式获得的残余油变化和分布类型的比例变化，明确微观孔隙中驱油效果最好的实验方案，为化学驱油方案设计提供依据。

有益效果：

1、本发明提供的孔隙微米级油水分布识别量化方法，原理可靠，样品制备简单可靠，对岩石结构无损伤，能够有效反应在不同化学驱油阶段天然岩心和人造岩心孔隙中油水的分布状态，并提供定量化的描述，测试结果适应性好。本发明为评价不同化学驱油效果和微观孔隙中油水分布提供了有效的测试方法和定量评价方法。

2、本发明建立了天然岩心孔隙结构微米级别的可视分类定量测试分析方法；

3、本发明确立了不同化学驱油方法在天然岩心或人造岩心上微米级别的驱油效果对比方法；

4、本发明能够对比不同油层孔隙结构位置处残余油剩余的比例；

5、本发明建立了岩石孔隙结构参数测量精度达到微米尺寸的测量方法。

四、附图说明：

图1是本发明孔隙微米级油水分布识别量化方法的流程图；

图2 化学驱油实验装置示意图；

图3是在岩心评价过程中样品切割位置选择示意图；

图4 岩心样品X射线扫描仪示意图；

图5a孔隙结构二维计算图像；

图5b孔隙结构分析示意图像；

图6a、图6b、图6c岩心孔隙配位数识别示意图；

图7 岩心孔隙连通性三维分方向分析示意图；

图8 岩心面孔率计算分析示意图；

图9 X射线扫描区分微米级孔隙内油水分布变化过程示意图；

图10 X射线扫描微米级孔隙内剩余油分布类型示意图；

图11 胶结类型区分示意图。

1 驱替泵；2 恒温箱；3 加热板；4 风扇；5 中间容器；6 压力表；7 岩心夹持器；8 氮气钢瓶；9 X射线防辐射铅室；10载物台；11扫描样品；12灰度图像采集屏；13盲端油；14簇状油；15柱状油；16膜状油；17井筒；18油层。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

本发明要解决的技术问题主要集中两个方面：

（1）岩石孔隙扫描尺寸达到孔隙微米尺寸级别精度。

岩石孔隙结构扫描精度要真实反映天然岩心及人造模型的孔隙分布需满足三个方面要求：①是扫描精度必须达到地质研究和油藏描述研究中对微观剩余油分布研究所要求的尺寸精度，也即1微米左右；②扫描计算所得岩心孔隙结构尺寸参数同真实岩石孔隙的高对比性； 

（2）岩石孔隙中不同位置处剩余油和孔隙充填水的分布识别及量化。

需要保证在孔隙尺寸级别的研究中，能准区分孔隙和孔隙中的油水，区分孔隙中的油和水，并能对其比例进行量化计算；

结合图1所示，为了解决上述两个问题，本发明采用的技术方案具体为：

首先获取扫描样品：

（1）根据实验研究化学驱油方案设计驱替步骤，在实验用化学试剂配制过程中使用的配制水中添加标定剂；

（2）选择实验岩心，清洗岩心中原始油和水；

（3）制备干岩心切片进行空孔隙结构分析和灰度定量检测；

（4）开展第一阶段驱油实验，第一阶段驱油实验结束后，根据实验研究目的确定是否需要制备样品，如需制备样品扫描分析，则在岩心两端分别切取样品进行扫描；剩余的岩心继续进行第二阶段化学驱油实验，该阶段驱油实验结束后，同样根据实验研究目的确定是否进行扫描分析而制备样品，确定在实验岩心入口还是出口处制备样品进行扫描分析，剩余的岩心进行下一段化学驱油实验；依此类推，开展化学驱油实验阶段的次数根据设计的化学驱油方案确定。结合图3所示，实验岩心是在油层18处的井筒17附近密闭取心，沿渗流方向制备岩心，样品尺寸为直径25毫米，长度70-150毫米，化学驱后制备扫描样品，化学驱油实验前的岩心扫描时，可以在样品中部或两端分别制备样品，进行天然岩心原始孔隙结构分析；化学驱油实验过程中则在岩心样品的两端切取样品，用于扫描，分析不同化学驱油阶段结束后岩心孔隙结构变化和孔隙中油水的分布规律。

开展岩心X射线扫描：

（1）通过低速锯低速切割，低扭矩切割过程中能有效防止切割的震动不影响岩心内部原始胶结结构，使岩心孔隙结构保持原始状态；并使扫描样品切割尺寸达到毫米尺寸级别，保证岩心样品扫描几何精度达到1.0微米（能满足天然岩心孔隙尺寸分析的需要）以下；

（2）打开微焦点X射线扫描仪，打开软件控制工作站，打开扫描控制软件，预热扫描仪X射线发射管。

（3）将样品固定在扫描腔室载物台上，如图4；

（4）根据岩心特点及分析目的，选择扫描精度，扫描步长，扫描位置，开始扫描，扫描过程中X射线防辐射铅室9左端的X射线放射源发射锥状射线。如图4。

（5）扫描灰度图像信息文件转存分析工作站机组，通过图像分析软件对图像进行分析、计算和灰度识别，重构岩心真实孔隙结构二维图像，并进行图像分析和计算，如图5a、图5b；区分岩石骨架、孔隙中的油和水，分析孔隙连通性参数、孔隙配位数、面孔率、孔隙半径和吼道半径，计算孔隙度、孔吼比和化学驱采收率等参数，如图6-图11，图6a、图6b、图6c三幅图分别示例的是二维空间层次的孔隙配位数的三种典型类型，图6a为配位数为2的孔隙类型，图6b为配位数为3的孔隙类型，图6c为配位数为4的孔隙，实际天然孔隙和吼道组合中在三维空间下，配位数分布范围一般为2-15。图10中黑色为剩余油，灰色为人工注入的驱替剂，图中可以看出，盲端油13、簇状油14、柱状油15、膜状油16的分布情况。

最后扫描结果计算分析

（1）岩心骨架、水和油灰度标定，如图5；

（2）重构岩心骨架、孔隙油水二维图像，如图6；

（3）重构孔隙中油、水二维图像，如图7；

（4）计算岩心孔隙结构参数，如图8，图中黑色为孔隙中充填的原油，白色为岩石骨架 ；

（5）计算岩心孔隙中油、水分布比例变化，如图9，图中黑色代表油，白色斜划表示岩石骨架，灰色部分表示水驱或化学驱后孔隙中的水或化学驱替剂。

结果处理分析：

通过上述各步骤协调工作，能够获取清晰的岩石孔隙分布图像和岩石孔隙中油水的分布图像，并对测量孔隙结构参数和对孔隙中的油水进行量化分析。

1、分析岩心孔隙结构特征参数；

2、分析不同化学驱方法对孔隙结构参数影响规律；

3、分析不同驱油方法对孔隙中剩余油作用效果；

4、对比不同化学驱后孔隙中剩余油类型变化及比例。       

图2 是化学驱油实验装置示意图，如图所示，化学驱油实验装置包括恒温箱2，恒温箱2内设置有中间容器5、岩心夹持器7，驱替泵1通过管线连接到恒温箱2内的中间容器5，中间容器5一方面与岩心夹持器7连接，另一方面与恒温箱2外的氮气钢瓶8连接，中间容器5与岩心夹持器7的连接管线上安装有压力表6；恒温箱2内安装风扇4，加热板3设置在恒温箱2箱顶上。

图4 是岩心样品X射线扫描仪示意图，岩心X射线扫描在岩心样品X射线扫描装置中进行，如图所示，岩心样品X射线扫描仪包括X射线防辐射铅室9，X射线防辐射铅室9内放置载物台10，扫描样品11放置在载物台10上，X射线防辐射铅室9内还设置有灰度图像采集屏12。X射线扫描仪的型号：SKYSCAN 1172。

实施例1：

首先选取人造石英砂岩心，制备空岩心切片，保证孔隙结构分析的精度，并按照实验步骤开展实验，保证对不同阶段的孔隙油水分布的量化分析的开展，其具体方法如下：

（1）在新岩心上切片，进行扫描分析，获取人造岩心原始孔隙结构参数，分析人造岩心使用前孔隙结构特点，用于同下一步驱油实验中扫描岩心获取的参数进行对比；驱油过程中不同驱油阶段结束后，在岩心两端切取岩心样品，扫描分析，分析不同驱油过程对岩心孔隙结构影响规律。

（2）配置实验用水，添加标定剂，在实验模拟温度45-80摄氏度条件下饱和岩心，计算孔隙度，为扫描计算孔隙度提供对比参数；饱和水后实验岩心在实验温度下恒温24小时备用；

（3）饱和好水的岩心切片制备扫描所需样品。将制备好的样品装填到扫描设备的载物台上，通过0、45、90、135度4个角度的单幅扫描，调整样品位置，确保样品位置居中，达到最理想扫描结果，准备扫描，如图4；

（4）按照实验目的和岩心实际特点，通过单幅扫描分析，确定岩心扫描的具体步长、扫描位置和精度，扫描结束后将扫描获取的灰度图像信息拷贝到分析工作站机组，准备孔隙结构参数计算分析和孔隙内水分布计算分析；

（5）按照研究目的，分析岩心孔隙结构参数，识别孔隙内流体分布，并计算孔隙结构参数和孔隙内流体的分布和比例；

（6）开展驱油实验，驱油实验结束后，根据实验研究目的确定是否切取岩心样品进行扫描，分析孔隙结构参数和孔隙中油水分布变化；切取样品后剩余中部岩心继续下一驱油阶段实验；

对每一驱替过程后重复上述步骤（3）、（4）、（5）。

完成实验和图像处理后，进行不同驱替方式前后岩石孔隙结构参数和孔隙流体分布变化的对比和计算：

（1）每个实验阶段结束后，进行岩心扫描获取的图像进行计算和对比，比较不同驱替方式对孔隙结构的影响，胶结类型是否发生变化，通过公式 计算孔隙度变化，同时直接给出孔隙半径、吼道半径、孔喉比、迂曲度等参数分布范围及比例；

（2）对上述各实验阶段结束岩心扫描分析获取图像进行计算，对比不同驱替方式对孔隙内残余油作用效果如何，通过公式 

 计算不同驱替方式的阶段采出程度；同时，给出不同类型残余油的分布位置类型及比例；

（3）利用二维和三维图像对比和计算结果，对比不同驱替方式获得的残余油变化和分布类型的比例变化，明确微观孔隙中驱油效果最好的实验方案，为化学驱油方案设计提供依据。

本发明中利用微焦点X射线扫描技术对岩石样品进行无损扫描，空间分辨率达到1.0微米以下，能充分反映天然岩心的真实孔隙结构变化，并能直观反映岩石孔隙中油水分布的图像，并量化孔隙半径等参数，为油田开发各种化学驱油方法效果评价提供了定量分析参数。

Claims (4)

1.一种孔隙微米级油水分布识别量化方法，其特征在于：这种孔隙微米级油水分布识别量化方法：

首先根据研究目的设计驱油实验方案，向驱替用的化学试剂中添加碘离子作为扫描标定试剂；在每个驱油阶段结束后，根据实验分析目的需要来确定是否进行切割岩心制作扫描样品，进行扫描分析使用，如需扫描分析使用，则选择扫描岩心的位置，通过低速锯进行无损切割，制备扫描样品，扫描样品尺寸范围为：直径2.5-15.0毫米，长度3.0-70.0毫米；在切割过程中根据岩心胶结类型确定切割速度，保证切割过程中产生的震动不会对岩心结构产生影响；

然后进行X射线扫描测试，启动X射线扫描仪，在电脑中打开扫描控制软件，打开X射线防辐射铅室（9），将样品放入其中，通过载物台居中固定夹持，预热扫描仪放射源；根据岩心孔隙结构几何参数分布范围，在扫描软件中设置扫描的参数，设置旋转角度步长，调整扫描中心位置，开始扫描；

对扫描结果计算分析，电脑自动计量扫描结果，将扫描获取X射线灰度分布数据图传到微观扫描系统数据处理工作站机组，进行二维图像重构、灰度识别和孔隙中油水分布计算，获取岩心孔隙参数及岩心孔隙中油水实际分布图像和量化比例。

2.根据权利要求1所述的孔隙微米级油水分布识别量化方法，其特征在于：所述的制备测试扫描样品的过程为：

（1）根据实验研究化学驱油方案设计驱替步骤，向驱油实验用化学试剂配制过程中使用的配制水中添加标定剂；

（2）选择天然岩心，将天然岩心中原始油和水清洗掉，获取天然岩心真实孔隙结构模型；

（3）制备天然岩心切片，进行天然岩心真实孔隙结构扫描分析和灰度定量检测；

（4）开展第一阶段驱油实验，驱油实验第一阶段一般为水驱方式，第一阶段驱油实验结束后，根据实验研究目的确定是否切取岩心样品用于扫描分析，如需切取样品扫描分析使用，则在样品两端位置分别切取样品，切取的样品进行扫描；剩余的中部岩心进行下一阶段驱油实验，该阶段驱油实验结束后，同样根据实验研究目的确定是否切取样品，如需切取，则同样将切取的样品进行扫描；如有下一驱油阶段则依此类推，开展化学驱油实验阶段的次数根据设计的化学驱油方案确定。

3. 根据权利要求1或2所述的孔隙微米级油水分布识别量化方法，其特征在于：所述的进行X射线扫描测试，将制备好的样品装填到扫描设备的载物台上，通过0、45、90、135度4个角度的单幅扫描，调整样品位置，确保样品位置居中，达到最理想扫描结果，准备扫描；按照实验目的和岩心实际特点，通过单幅扫描分析，确定岩心扫描的具体步长、扫描位置和精度，扫描结束后将扫描获取的灰度图像信息拷贝到分析工作站机组，准备孔隙结构参数计算分析和孔隙内水分布计算分析。

4.根据权利要求2所述的孔隙微米级油水分布识别量化方法，其特征在于：所述的对扫描结果计算分析，进行不同驱替方式前后岩石孔隙结构参数和孔隙流体分布变化的对比和计算：

（1）每个实验阶段结束后，进行岩心扫描获取的图像进行计算和对比，比较不同驱替方式对孔隙结构的影响，胶结类型是否发生变化，通过公式                                                

计算孔隙度变化，直接给出孔隙半径、吼道半径、孔喉比、迂曲度等参数分布范围及比例；

（2）对上述各实验阶段结束岩心扫描分析获取图像进行计算，对比不同驱替方式对孔隙内残余油作用效果如何，通过公式

 计算不同驱替方式的阶段采出程度；

（3）利用二维和三维图像对比和计算结果，对比不同驱替方式获得的残余油变化和分布类型的比例变化，明确微观孔隙中驱油效果最好的实验方案，为化学驱油方案设计提供依据。

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