孔隙型儲(chǔ)層的孔隙系統(tǒng)三維量化表征——以四川、塔里木盆地白云巖為例

張?zhí)旄?，謝淑云，王鑫，王瑩

（1中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）研究生院；2中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院）（3中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

孔隙型儲(chǔ)層的孔隙系統(tǒng)三維量化表征——以四川、塔里木盆地白云巖為例

張?zhí)旄?，2，3，謝淑云1，王鑫2，3，王瑩2，3

（1中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）研究生院；2中國(guó)石油杭州地質(zhì)研究院）（3中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司碳酸鹽巖儲(chǔ)層重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）

以四川盆地和塔里木盆地孔隙型白云巖樣品為例，通過(guò)CT掃描、數(shù)字巖心、分形與多重分形等方法，討論了典型白云巖儲(chǔ)層不同孔隙系統(tǒng)（如晶間孔、粒間孔、鑄?？椎龋┑慕Y(jié)構(gòu)特征，并用定量化參數(shù)對(duì)孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值表征。結(jié)果表明：晶間孔和粒間孔樣品的孔隙形狀多為三角形，孔隙相對(duì)細(xì)長(zhǎng)，喉道發(fā)育，連通性較好；鑄模孔樣品的孔隙形狀較為規(guī)整，二維平面上表現(xiàn)為圓形，三維空間上近似球體，這類樣品往往孔隙較為發(fā)育，但是孔喉系統(tǒng)連通性差；由多種類型孔隙組成的“混合孔”樣品則非均質(zhì)性較強(qiáng)，受巖石組構(gòu)特征影響顯著。進(jìn)一步利用分形與多重分形方法對(duì)孔隙的非均質(zhì)性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：不同孔隙類型的結(jié)構(gòu)差異在分形盒子維數(shù)上有明確響應(yīng)，維數(shù)的均值相對(duì)大小表現(xiàn)為：鑄模孔>粒間孔>晶間孔>混合孔?？紫抖瓤赡芤矊?duì)盒子維數(shù)產(chǎn)生影響。

白云巖儲(chǔ)層；孔隙結(jié)構(gòu)；孔隙特征；儲(chǔ)層量化表征；四川盆地；塔里木盆地

相對(duì)于裂縫型、縫洞型等儲(chǔ)集體，以晶間孔、粒間孔等為主要儲(chǔ)集空間的孔隙型儲(chǔ)層分布更為廣泛，如孔隙型白云巖儲(chǔ)層等［1－3］。特別是近年來(lái)，隨著塔里木盆地鷹山組、四川盆地飛仙關(guān)組和龍王廟組等不同地區(qū)、不同層位孔隙型白云巖油氣勘探的不斷突破，這種儲(chǔ)層在油氣勘探中的地位愈加突出［4-5］。

然而，這類白云巖儲(chǔ)層的非均質(zhì)性較強(qiáng)，儲(chǔ)集空間類型多樣，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜多變。以四川盆地普光氣田飛仙關(guān)組鮞粒白云巖儲(chǔ)層為例，相同巖性的同一層段往往發(fā)育晶間孔、粒間孔、各類溶孔和溶洞等［6］。又如羅家寨氣田部分地區(qū)的儲(chǔ)層孔隙度雖然很高（達(dá)20%），滲透率卻僅為0.1×10-3μm2，甚至更低；有的儲(chǔ)層在巖性、孔隙類型、孔隙度相同的情況下，滲透率卻相差數(shù)十倍，甚至百倍［7］。因此，為深刻理解儲(chǔ)集空間類型的多樣性和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，需要對(duì)不同孔隙類型白云巖儲(chǔ)層的孔隙系統(tǒng)進(jìn)行三維刻畫和量化表征。

以高分辨率微納米CT為核心的三維表征技術(shù)，不僅能全面、形象地展示孔隙與喉道的展布特征和結(jié)構(gòu)形態(tài)，而且能通過(guò)數(shù)值化分析，獲取孔隙度、孔喉半徑、形狀因子等參數(shù)，對(duì)復(fù)雜的孔隙和喉道進(jìn)行量化表征。本次實(shí)驗(yàn)以塔里木盆地和四川盆地典型孔隙型白云巖樣品為例，借助CT掃描、數(shù)字巖心、分形與多重分形等技術(shù)手段，對(duì)孔隙型白云巖的孔隙系統(tǒng)進(jìn)行解剖。

1　實(shí)驗(yàn)樣品

塔里木盆地塔中地區(qū)中—下奧陶統(tǒng)鷹山組熱液細(xì)晶白云巖和四川盆地東北部下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組灘相（殘余）鮞粒白云巖，作為典型的孔隙型白云巖儲(chǔ)層，是普光等特大型氣田的主力油氣產(chǎn)層［2-3］。本次實(shí)驗(yàn)分別對(duì)塔里木盆地中古9井、四川盆地羅家2-5井等高產(chǎn)井的7個(gè)白云巖樣品進(jìn)行解剖，樣品信息見(jiàn)表1。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，先對(duì)樣品進(jìn)行基礎(chǔ)的孔隙度、滲透率測(cè)定及鑄體薄片圖像分析。

表1　實(shí)驗(yàn)樣品基本信息及三維量化表征參數(shù)

2　技術(shù)方法

本次研究主要結(jié)合CT掃描、數(shù)字巖心技術(shù)和分形與多重分形方法，聚焦鮞粒白云巖和細(xì)晶白云巖的不同類型孔隙結(jié)構(gòu)在三維空間的展布特征，并用量化的數(shù)值參數(shù)對(duì)其進(jìn)行表征和探討。

2.1數(shù)字巖心

數(shù)字巖心技術(shù)主要利用數(shù)字圖像或計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬的方法，建立一種可進(jìn)行巖石物理特征和微觀滲流模擬計(jì)算的、仿真的數(shù)字化巖心三維數(shù)據(jù)體。早期的數(shù)字巖心是基于二維掃描電鏡圖片，通過(guò)數(shù)值算法實(shí)現(xiàn)三維重構(gòu)。如：Hazlett等［8］1997年提出的模擬退火算法，這種算法首先隨機(jī)產(chǎn)生孔隙度為φ的隨機(jī)多孔介質(zhì)，通過(guò)不斷調(diào)整孔隙和骨架的位置，產(chǎn)生符合條件的多孔介質(zhì)；Bakke和?ren等［9］1997年提出過(guò)程法；之后Wu Keijian等［10-11］提出馬爾科夫—蒙特卡洛方法，該方法首先通過(guò)鄰域模板對(duì)原始圖片進(jìn)行遍歷，獲取條件概率函數(shù)，然后用蒙特卡洛算法確定重構(gòu)圖像的每一點(diǎn)的狀態(tài)。

由于CT掃描可以直接獲取巖心三維圖像，并提取孔喉網(wǎng)絡(luò)模型用于數(shù)值分析，近年來(lái)許多研究選擇高分辨率CT掃描數(shù)據(jù)體作為數(shù)據(jù)來(lái)源［12-15］。本次研究采用的CT掃描與數(shù)據(jù)處理的方法步驟見(jiàn)參考文獻(xiàn)［16］。

2.2分形與多重分形

分形與多重分形是定量描述不規(guī)則幾何形體非均質(zhì)性的有效手段，它可用于刻畫儲(chǔ)層巖石孔隙系統(tǒng)的非均質(zhì)性［17-25］。如謝淑云等［24］通過(guò)環(huán)境掃描電鏡二維數(shù)值圖像分析，應(yīng)用分形與多重分形技術(shù)，系統(tǒng)地研究了碳酸鹽巖儲(chǔ)層二維孔隙空間分布的分形、多重分形參數(shù)與儲(chǔ)集性能之間的關(guān)系，研究表明，分形與多重分形為描述沉積巖微孔隙的空間分布特征提供了新的方法，分形維數(shù)與多重分形譜函數(shù)不僅能定量描述孔隙結(jié)構(gòu)的孔隙大小分布、非均質(zhì)性及其復(fù)雜程度，而且能定量描述孔喉特征，這對(duì)復(fù)雜孔隙系統(tǒng)的量化表征具有重要意義。

本次工作采用二維分形中常用的分形盒子維數(shù)Dbox對(duì)二維CT系列圖像進(jìn)行分形研究，重點(diǎn)討論不同類型和不同尺度下孔隙型白云巖儲(chǔ)層的孔隙空間分布的分形特征。方法原理參考Tarquis［26］、方海平等［27］、謝淑云等［28］的研究。

3　結(jié)果與討論

3.1孔隙分類與描述

按照Choquette和Pray孔隙分類原則［29］，本次實(shí)驗(yàn)樣品的孔隙主要為組構(gòu)選擇性孔隙，包括晶間孔、粒間孔、粒內(nèi)孔、鑄?？椎?，以及少量非組構(gòu)選擇性的溶孔，如粒間溶孔、晶間溶孔等。根據(jù)樣品發(fā)育的各類孔隙數(shù)量相對(duì)多少，可分為晶間孔型、粒間孔型、鑄?？仔秃突旌峡仔瓦@四種類型，所對(duì)應(yīng)的7個(gè)樣品基本信息如表1所示。

晶間孔樣品1和樣品2，分別為中古9井的細(xì)晶白云巖和羅家2-5井的殘余鮞粒白云巖。其中樣品1的白云石顆粒大小為粉細(xì)晶，以細(xì)晶為主，晶形半自形至自形，孔隙以晶間孔為主，少量為溶蝕孔隙，見(jiàn)圖1中的鑄體照片a（簡(jiǎn)稱圖1a）。樣品2為鮞粒白云巖，樣品顆粒結(jié)構(gòu)清晰可見(jiàn)，但經(jīng)白云石化作用，重結(jié)晶強(qiáng)烈，顆粒組分以粉細(xì)晶白云石為主，晶形多為他形—半自形，孔隙主要為晶間孔、殘余粒間孔和粒間溶孔等（圖1b），孔隙邊緣分布瀝青。

粒間孔樣品3和樣品4，分別為羅家1-1井和羅家2-1井的鮞粒白云巖。顆粒（鮞粒）結(jié)構(gòu)明顯，孔隙主要為粒間孔，少量為粒間溶孔和粒內(nèi)孔。不同的是，樣品4的重結(jié)晶較為強(qiáng)烈，除部分顆粒受重結(jié)晶白云石化影響使得結(jié)構(gòu)模糊外，其粒間孔也相對(duì)細(xì)小，如圖1c、圖1d。而對(duì)應(yīng)的孔隙度和滲透率顯示，樣品3和樣品4孔隙度較為接近，滲透率卻相差將近3倍（見(jiàn)表1）。

鑄（鮞）?？讟悠?和樣品6，分別為羅家5井和渡5井的鮞粒白云巖。鮞粒內(nèi)部被溶蝕，形成溶蝕鑄?？?。部分鑄模孔被方解石充填，部分為孤立孔，未被方解石和藍(lán)色鑄體充填，如圖1e、圖1f。鮞粒與鮞粒之間的粒間孔發(fā)育，部分充填黑色瀝青。對(duì)比各樣品孔隙度和滲透率（表1），發(fā)現(xiàn)樣品5的孔隙度最大，樣品6的孔隙度與其余5個(gè)樣品相差不多，但是這兩個(gè)樣品的滲透率卻極低，屬于中高孔—（特）低滲，為粗孔微喉型。它們雖然鮞?？装l(fā)育，對(duì)孔隙度貢獻(xiàn)較大，但是由于連接孔隙的喉道被堵，如鮞粒之間的粒間孔和鮞粒殼壁，導(dǎo)致流體的滲流能力有限。圖2為樣品6灌注鑄體后的掃描電鏡照片。圖2a、2b顯示，樣品存在未被鑄體充填的孔隙，與相鄰孔隙不連通。這種不連通的原因主要是由于后期白云石化作用使晶體繼續(xù)增大，如圖2c中孔隙邊緣后期加大的白云石晶體干凈整潔，充填了之前的孔隙，使得殘余孔隙通道寬度僅為33.58nm（圖2d）。粒間孔中充填有黑色瀝青，如圖1e，表明起主要溝通作用的是粒間孔。

混合孔（鮞模孔+粒間孔）樣品7為羅家2-2井的鮞粒白云巖，孔隙主要為鑄模孔、粒間孔、粒內(nèi)孔、粒間溶孔、晶間孔等。經(jīng)鑄體薄片的圖像分析統(tǒng)計(jì)，鑄模孔和粒間孔占主導(dǎo)。其中，鮞模孔占54%，粒間孔占44.16%，如圖1g。由于粒間孔相對(duì)樣品6和樣品5發(fā)育，故樣品的滲透率也較高，達(dá)1.9447×10-3μm2。

圖1　實(shí)驗(yàn)樣品的鑄體薄片和三維CT掃描處理結(jié)果

圖2　實(shí)驗(yàn)樣品6的鑄體薄片掃描電鏡圖片

對(duì)比四種不同孔隙類型樣品的孔隙度、滲透率和孔喉結(jié)構(gòu)，反映出這樣的規(guī)律：粒間孔樣品滲透性最好，如樣品3滲透率可達(dá)258.420 9×10-3μm2，其次，為晶間孔和混合孔，鑄?？诐B透性最差，如樣品6滲透率低至0.0053×10-3μm2。

3.2孔喉結(jié)構(gòu)定量表征

借助CT掃描和數(shù)字巖心技術(shù)，按照文獻(xiàn)［16］所述方法對(duì)樣品進(jìn)行孔喉提取和數(shù)值化表征，結(jié)果如圖1和表1。圖1中由左往右分別為鑄體片、CT三維圖像、孔隙結(jié)構(gòu)、孔喉網(wǎng)絡(luò)模型。其中，孔喉網(wǎng)絡(luò)模型中紅色球體代表孔隙，白色棒狀代表喉道?？紫督Y(jié)構(gòu)和孔喉網(wǎng)絡(luò)模型圖像顯示，鑄?？仔偷目紫遁^大，形狀近似球體，但較為孤立；晶間孔型的孔隙細(xì)小，但是喉道較多，連通性較好；粒間孔型較鑄?？仔秃途чg孔型的孔隙長(zhǎng)度長(zhǎng)，而且粒間孔型的孔隙和喉道數(shù)量較多。這一特點(diǎn)與二維鑄體薄片分析和定量表征參數(shù)呈較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

如表1，孔喉體積數(shù)據(jù)比較，鑄?？仔偷臉悠?孔喉體積最大；其次，為粒間孔型的樣品3，孔隙體積數(shù)據(jù)與之相似，但是喉道體積數(shù)據(jù)卻呈相反規(guī)律，如鑄模孔型的樣品5、樣品6的喉道體積最小?？紫稊?shù)量上，晶間孔型的樣品1具有最多的孔隙數(shù)，粒間孔型的樣品4最少；喉道數(shù)量上，晶間孔型的樣品1仍然最多，鑄模孔型的樣品6喉道數(shù)目最少。而就喉道半徑大小而言，樣品6的平均喉道半徑也僅為25.71μm。綜合孔喉體積、喉道數(shù)量、喉道半徑，也說(shuō)明了樣品6特低滲透率的原因。樣品3具有最好的平均連通性，最大的喉道體積，第二大的孔喉總體積、喉道數(shù)目和平均喉道半徑，以及較大的孔隙體積等，直接導(dǎo)致了它具有最好的巖石物性；孔隙度高達(dá)21.3090%（氮?dú)怏w積法）的鑄模孔樣品5，雖然孔喉總體積最大，但是由于對(duì)滲透性起決定作用的參數(shù)即喉道體積和平均喉道半徑僅好于同類型的樣品6，所以其滲透性也較差，屬于低滲樣品。

總體來(lái)看，CT模擬計(jì)算的三維孔喉結(jié)構(gòu)表征參數(shù)與通過(guò)鑄體薄片法、體積測(cè)試法等傳統(tǒng)方法表征的樣品物性具有很好的一致性，如表1中CT模擬計(jì)算孔隙度與氮?dú)怏w積法實(shí)測(cè)孔隙度的相關(guān)系數(shù)為0.80，相關(guān)性良好（見(jiàn)圖3）。

圖3　CT模擬計(jì)算孔隙度與傳統(tǒng)氮?dú)怏w積法孔隙度相關(guān)圖

通過(guò)有效體積（連通體積在孔喉總體積中的占比）與氮?dú)怏w積法測(cè)試的滲透率數(shù)據(jù)分析，更能說(shuō)明不同孔隙類型的孔隙結(jié)構(gòu)特征和相應(yīng)的巖石物理特性。如圖4所示，有效體積隨著滲透率的增大而快速升高，兩者呈冪函數(shù)相關(guān)，如特低滲樣品6的滲透率為0.0053×10-3μm2，對(duì)應(yīng)的有效體積僅占總孔喉體積的7.76%；而滲透率為258.420 9×10-3μm2的粒間孔樣品3，96.35%的孔喉體積為有效體積，另一個(gè)滲透率為94.4806×10-3μm2的粒間孔樣品4的有效體積也占有81.41%；晶間孔樣品1和樣品2，有效體積則分別占59.65%和66.40%；混合孔的樣品7有效體積占33.75%。

圖4　不同孔隙類型白云巖的有效體積比模型

經(jīng)過(guò)擬合分析，可得有效體積V e與滲透率K數(shù)據(jù)模型：式中:V e為有效體積，單位：%；K為滲透率，單位：×10-3μm2。

形狀因子是定量表征孔隙形狀的參數(shù)，可將定性描述的各類孔隙形狀（晶間孔、粒間孔、鑄?？祝┮詳?shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)圖像模式形象化地展示，在孔喉網(wǎng)絡(luò)模型中多用孔隙截面的幾何形狀G表示［30］：

式中:A為孔隙或喉道的截面面積，單位：μm2；P為周長(zhǎng)，單位：μm。

由公式(2)推算圓的形狀因子G=πr2/(4π2r2)= 0.0796，正方形的G值為0.0625，三角形的G值為0～0.0481，形狀越規(guī)則，形狀因子越大，圓的G值最大。

圖1中列出了晶間孔、粒間孔、鑄模孔和混合孔（粒間孔+鑄?？祝悠返目紫缎螤钜蜃訁?shù)和對(duì)應(yīng)的孔隙形狀。由圖可知，晶間孔型以三角孔為主，形狀因子參數(shù)主要分布在0.03～0.05，這與晶間孔型樣品的礦物組成主要為菱形白云石有很好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。張?zhí)旄兜龋?6］在討論川東北飛仙關(guān)組鮞粒白云巖的孔隙結(jié)構(gòu)時(shí)指出，以菱形白云石為主的各類晶間孔白云巖中，由于晶體間的接觸關(guān)系，導(dǎo)致各類三角孔發(fā)育，如圖5。粒間孔型樣品中除了部分晶間孔外，還有由于近圓形的碳酸鹽顆粒堆積而成的“管束狀”孔隙，形狀因子大小分布峰值也向左(小)偏移；而鑄?？椎男螤钜蜃哟笮》植挤秶鼘挘瑪?shù)值為0.02～0.062，特別是右偏的數(shù)值增多，形狀向正方形和正圓形轉(zhuǎn)換；混合孔型也具有類似特征，其形狀因子分布為雙峰狀。白云巖基本的礦物構(gòu)成——四面體的白云石晶體，導(dǎo)致了這四類孔隙形狀因子分布圖中均出現(xiàn)三角孔。

圖5　白云石生長(zhǎng)過(guò)程中的孔隙結(jié)構(gòu)變化及孔隙度減小演化示意圖

3.3孔喉分布校驗(yàn)

高壓壓汞是主要用于判定儲(chǔ)層巖石喉道大小和喉道結(jié)構(gòu)的常規(guī)方法。圖6是晶間孔樣品1的壓汞曲線。從曲線形態(tài)可以判斷，樣品1的孔隙和喉道大小分布不均，尺寸分布范圍寬，屬于略粗歪度。由圖6可知，排驅(qū)壓力和中值壓力小，孔隙和喉道尺寸較大，其中喉道尺寸主要分布在1～40μm之間，峰值為4～16μm。

圖6　實(shí)驗(yàn)樣品1的高壓壓汞數(shù)據(jù)結(jié)果

對(duì)比基于CT法提取的孔隙和喉道半徑分布（圖7a），可知，樣品1的孔隙和喉道半徑為左傾分布，且向右延伸較遠(yuǎn)，分布在0～25μm，主峰值為10 μm左右，而大孔占據(jù)一定比例。將壓汞曲線中的喉道分布以頻率與半徑大小分布的方式作圖7b，顯示樣品1的CT法孔喉半徑分布曲線與壓汞法獲得的曲線較為一致。

3.4分形分析

研究工作中分別選取四種不同孔隙類型的樣品各一個(gè)（樣品1、樣品3、樣品5和樣品7）進(jìn)行分形分析，結(jié)果如圖8和圖9。

圖8是晶間孔、粒間孔、鑄?？缀突旌峡讟悠返亩S系列CT掃描圖片的分形盒子維數(shù)結(jié)果。圖8a為各樣品的CT掃描圖像，圖8b為分形分析結(jié)果。分析過(guò)程中，選取不同孔隙樣品的CT二維連續(xù)切片200張，對(duì)應(yīng)厚度2mm，依次計(jì)算各圖層的分形盒子維數(shù)（圖8b）。

圖7　晶間孔（樣品1）的孔喉半徑分布圖

由圖可知，不同孔隙類型盒子維數(shù)差異明顯，盒子維數(shù)值相對(duì)大小的順序?yàn)椋簶悠?>樣品3>樣品1>樣品7，具體數(shù)值分別為：晶間孔的樣品1的值為1.58～1.67，均值為1.648；粒間孔的樣品3的值為1.66～1.72，均值為1.691；鑄?？椎臉悠?的值為1.73～1.88，均值為1.757；混合孔的樣品7的值為1.53～1.61，均值為1.563。盒子維數(shù)是反映形狀規(guī)則度的函數(shù)，孔隙形狀越規(guī)整則該函數(shù)值越大，如二維圓形的盒子維數(shù)為2，三維球體的盒子維數(shù)為3。對(duì)應(yīng)本次研究可知，盒子維數(shù)均值最大的樣品5，鑄模孔發(fā)育，而鑄模孔孔隙形狀較為規(guī)整，近圓形分布；盒子維數(shù)均值最小的樣品7，混合孔發(fā)育，其孔隙類型較多，有粒間孔、粒間溶孔、鑄?？缀途чg孔等，因此其對(duì)應(yīng)的盒子維數(shù)僅為1.563。從盒子維數(shù)與孔隙度、滲透率的數(shù)據(jù)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)（表1），除了孔隙形態(tài)的影響外，孔隙數(shù)量和孔隙度可能也對(duì)盒子維數(shù)產(chǎn)生影響。如表1中盒子維數(shù)最大的樣品5，其孔隙度同樣最大，達(dá)21.309 0%；而孔隙度相對(duì)較低的樣品1和樣品7對(duì)應(yīng)的盒子維數(shù)也相應(yīng)較低，這與前人的研究較為一致。謝淑云等［24］在利用掃描電鏡圖片對(duì)江漢盆地碳酸鹽巖的孔隙結(jié)構(gòu)研究時(shí)，就指出盒子維數(shù)與樣品的孔隙度存在正線性相關(guān)。Tarquis［26］利用CT掃描對(duì)土壤的結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行表征時(shí)，同樣指出廣義維數(shù)的距離w與土壤的孔隙度成正比。此外，張宸愷等［31-32］、王瑞飛等［33］用分形理論研究鄂爾多斯盆地碎屑巖孔隙的非均質(zhì)性時(shí)也發(fā)現(xiàn)類似規(guī)律。

圖8　典型孔隙型樣品的CT系列切片分形盒子維數(shù)分析

圖9　實(shí)驗(yàn)樣品7和樣品1不同尺度二維CT系列切片分形盒子維數(shù)分析

分形與多重分形理論的最大特點(diǎn)是描述了物體的“自組織相似性”［34］，因此，為考察不同樣品尺度對(duì)分形維數(shù)的影響，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分別鉆取了三種不同直徑尺度的樣品,進(jìn)行CT掃描和分形盒子維數(shù)分析，結(jié)果如圖9。實(shí)驗(yàn)樣品為孔隙度相近的混合孔(樣品7)和晶間孔(樣品1)，樣品直徑分別為25mm、5mm和3mm（圖9a）。

圖9b顯示，不同樣品尺度下，雖然兩個(gè)樣品的分形盒子維數(shù)整體趨勢(shì)一致，但是隨著尺度的不同，分形盒子維數(shù)都出現(xiàn)了波動(dòng)。不同的是樣品1波動(dòng)幅度相對(duì)較小，兩種尺度樣品的分形盒子維數(shù)均值也較為一致，分別為1.648(直徑25mm)和1.647(直徑3mm)。樣品7三種不同尺度的分形盒子維數(shù)波動(dòng)較大，分形盒子維數(shù)均值分別為1.56(直徑25mm)、1.588(直徑5 mm)、1.592(直徑3mm)。特別是尺度為3mm時(shí)，樣品7的分形盒子維數(shù)波動(dòng)明顯。這種現(xiàn)象可能受孔隙形態(tài)和樣品的非均質(zhì)性影響：樣品1為細(xì)晶白云巖，孔隙為晶間孔，樣品相對(duì)均質(zhì)，基質(zhì)為細(xì)粒級(jí)別的白云石，孔隙也相對(duì)均勻，主要為三角孔；樣品7為混合孔樣品，孔隙類型多樣，除了主要的粒間孔和鑄?？淄猓€發(fā)育晶間溶孔、粒間溶孔和晶間孔等，樣品的原巖為鮞粒白云巖，遭受后期強(qiáng)烈的白云石化影響，向晶粒狀轉(zhuǎn)變，發(fā)育了晶粒狀的白云石，但是原巖的顆粒組構(gòu)依舊清晰可見(jiàn)。因此，隨著樣品尺寸的變小，對(duì)應(yīng)的掃描分辨率的提高，對(duì)孔隙的識(shí)別能力變高，孔隙結(jié)構(gòu)的刻畫也相對(duì)細(xì)膩，而且由于樣品7的主導(dǎo)孔隙為粒間孔和鑄?？?這兩類孔隙的結(jié)構(gòu)相對(duì)規(guī)則，在小尺寸樣品中其對(duì)整體盒子維數(shù)的貢獻(xiàn)相對(duì)較大。

4　結(jié)論

（1）基于高分辨率工業(yè)CT掃描，能對(duì)不同孔隙類型碳酸鹽巖儲(chǔ)層的三維孔喉結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效定量表征。與傳統(tǒng)方法相比，CT掃描具有無(wú)損、三維可視化并可與計(jì)算機(jī)應(yīng)用模擬相結(jié)合的特點(diǎn)，可直接對(duì)樣品進(jìn)行立體掃描，建立微米—納米級(jí)孔喉三維網(wǎng)絡(luò)模型，并統(tǒng)計(jì)和計(jì)算孔喉半徑、形狀因子、連通性等表征參數(shù)。

（2）不同類型孔隙的三維孔喉結(jié)構(gòu)差異明顯。晶間孔型和粒間孔型的孔隙形狀多為三角形，三維空間上表現(xiàn)為放射狀，孔隙細(xì)長(zhǎng)，喉道發(fā)育，連通性好；鑄?？仔偷目紫缎螤钜?guī)整，二維平面上表現(xiàn)為圓形，三維空間上近似球體，此類樣品往往孔隙度較為發(fā)育，但是孔喉系統(tǒng)連通性差，滲透率低；混合孔型的孔隙和喉道非均質(zhì)性較強(qiáng)，受巖石組構(gòu)特征影響顯著。

（3）晶間孔、粒間孔、鑄模孔和混合孔的孔隙空間分布在分形盒子維數(shù)上有明確的響應(yīng)，如二維系列圖片的盒子維數(shù)值相對(duì)大小為：鑄?？?粒間孔>晶間孔>混合孔。從盒子維數(shù)與孔隙度、滲透率的數(shù)據(jù)對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，孔隙度可能也對(duì)盒子維數(shù)產(chǎn)生影響。

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編輯：黃革萍

Zhang Tianfu：DSc.,Geology Engineer.Add:PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology,920 Xixi Rd., Hangzhou,Zhejiang,310023,China

3D Quantitative Characterization of Pore System s in Porous Reservoirs: Cases of Porous Dolostones in Sichuan Basin and Tarim Basin

Zhang Tianfu,Xie Shuyun,Wang Xin,Wang Ying

Porous carbonate reservoirs are common in petroleum exploration.Taken as examples from porous dolostones in Sichuan and Tarim basins,the texture of different pore systems in classical dolostone reservoirs,including intergranular pores,intercrystalline pores,moldic pores,etc.are analyzed and discussed,and then the structures of pores and throats are quantitatively characterized in 3D space by high-resolutionmicro-nano CT scan,digital core technique and fractal and multi-fractalmethods.The result has shown that intergranular pores and intercrystalline pores are commonly triangle in shape and radial in 3D space and pores are relatively long w ith developing throatswhich lead to well connectivity for whole rock.Moldic pores are regular in shape and almost circular in 2D space but sphere in 3D space. In this type of samp les,big pores are usually corresponded to high porosity but the poor connectivity of pore and throats which lead to low permeability.Mixed pores present obviously heterogeneity and influenced by fabric and composition of carbonate rock.It is shown that Dboxvalues and regularity index of pore shapes have different response to different pore systems.The Dboxvalues exhibit a descending order ofmoldic,intergranular,intercrystalline and mixed pores from themaximum to them inimum values.Additionally,porosity maybe influence Dboxvalues according to analysis of porosity and permeability.

Dolostone reservoir;Pore texture;Pore characteristics;Reservoir quantitative characterization;Sichuan Basin;Tarim Basin

TE122.2

A

10.3969/j.issn.1672-9854.2016.04.001

1672-9854(2016)-04-0001-10

2016-03-07；改回日期：2016-05-31

本文受國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開(kāi)發(fā)”的子課題“寒武系—中新元古界碳酸鹽巖規(guī)模儲(chǔ)層形成與分布研究”（編號(hào)：2016ZX05004-002）資助

張?zhí)旄叮?983年生，工程師，博士，主要從事實(shí)驗(yàn)地質(zhì)和儲(chǔ)層地質(zhì)研究工作。通訊地址：310023浙江省杭州市西湖區(qū)西溪路920號(hào)；E-mail:290328259@qq.com