致密砂岩储层微观结构表征及发展趋势.pdf

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1、石油天然气学报(江汉石油学院学报)2013年9月第35卷第9期JournalofOilandGasTechnology(J．JPI)Sep．2013Vo1．35No．9致密砂岩储层微观结构表征及发展趋势罗JI顷社，魏炜(长江大学地球科学学院，湖北武汉4301oo)魏新善，赵会涛，刘晓鹏(蓄詈家工程实验室，陕西西安，)[摘要]致密砂岩储层微观结构发育微米级和纳米一亚微米级两大孔喉体系，可以通过图像表征技术、非图像表征技术和数字岩心技术等进行表征。以苏里格气田致密砂岩储层为例，对3类表征技术的原理、研究内容、适用性及研究进展进行

2、讨论，以期进一步推动在致密砂岩气勘探开发生产中应用。[关键词]致密砂岩储层；表征技术；纳米一亚微米级孔喉体系；数字岩心[中图分类号]TE132．2[3t献标志码]A[文章编号]1000—9752(2013)O9—0005一O6致密砂岩储层通常是指覆压基质渗透率小于或等于0．1mD的砂岩储层[1]，目前已成为我国油气勘探开发的重点领域。勘探开发实践表明，致密砂岩气资源量大但开采难度也相对较大，进行储层微观结构精细表征是有效开发这类油气层的关键技术之一_3]。致密砂岩储层岩性致密、储层非均质性强，发育微米级和纳米一亚微米级(1m

3、以下)两大孔喉体系。微米级孔喉体系是致密砂岩储层主要储集空间，一般利用光学显微镜等方法进行研究，其微观结构表征方法比较成熟。根据材料学定义，亚微米级尺度是指0．1～1m范围，纳米级尺度是指1～lOOnm。纳米材料[6瑚是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于1O～100个原子紧密排列在一起的尺度，其中有5O或以上的粒子直径在1～100nm之间。纳米级孔喉和纳米油气是近几年提出的概念_g，因其理论的先进和分析方法的独特受到了广泛关注l_】]。笔者认为，任何油气储层都或多或少存在纳米级

4、孔喉，但只有纳米级孔喉在储层孔喉体系中占据一定量值以后才能称其为纳米级孔喉储层，这一量值学术界和产业界还在进行讨论和试验。笔者借用纳米一亚微米材料定义，认为致密砂岩储层中纳米一亚微米级孔喉达到50以上，且孔喉直径在1“m以下者为纳米一亚微米级孑L喉储层。致密砂岩微观结构表征技术按其特点可划分为图像表征技术、非图像表征技术、数字岩心技术等3类。以苏里格气田致密砂岩储层为例，结合目前先进的测试分析技术手段，讨论致密砂岩储层微观结构的表征技术和发展趋势。I图像表征技术1．1微米级孔喉体系1)偏光显微镜观察法偏光显微镜的基本原理是将

5、普通可见光改变为偏振光，利用矿物折射光学特性进行研究和确定样品结构。光学显微镜极限分辨率为0．2m，因此，普通偏光显微镜只能观察识别微米级及部分亚微米级孔隙结构。图1是苏里格气田盒八段储层普通偏光显微镜下照片，微米级孔隙(图1中的a)半径为40ym，喉道半径为15ym，晶间孔(图1中的b)大部分为微米级孔喉，也有显微镜下不易识别的纳米一亚微米级孔喉。研究表明_】]，苏里格气田工类储层(渗透率一般大于linD)喉道半径平均值大于ItLm，因此，苏里格气田目前的致密砂岩优质储层发育微米级孔喉系统。[收稿日期]2013一O7—12

6、[基金项目]国家科技重大专项(2011ZX05044)。[作者简介]罗顺社(1961一)，男，1983年大学毕业，博士，教授，现主要从事沉积学教学及科研方面的工作。[通信作者]魏炜(1988一)，女，硕士生，E—mail：weiwei—bobo@163．com。第35卷第9期罗顺社等：致密砂岩储层微观结构表征及发展趋势像，图中纳米级孑L缝发育，孔径范围在1O～100nm左右，且连通性较好。3)原子力显微镜观察法原子力显微镜是在扫描隧道显微镜的基础上发展起来的，都是基于量子力学理论中的隧道效应，通过极细的检测探针与样品表明顶端

7、原子之间微弱的相互作用力，来分析固体样品表面的形貌，是当前发展最快的一种扫描探针显微镜。其成像的本质就是测量表面每个像素点的高低，描绘出立体形貌，每个像素z方向的数据必须是精确的，否则形貌不准确。不同于电子显微镜只能提供二维图像，原子力显微镜提供真正的三维表面图，仪器不需要抽真空，样品不需要喷镀金属膜，观察时不损伤样品，在真空环境下的横向分辨率达0．15nm，纵向分辨率达0．05nm，极限分辨率0．1nm。但其成像范围太小，速度慢，受探头的影响太大，要求样品非常平坦，样品制备很难[2。4)纳米CT扫描设备主体包括UltraX

8、RM—L200立体X射线显微镜、牛津微观制样系统与Avizo软件，可实现岩石原始状态无损三维成像，确定致密砂岩储层纳米一亚微米孔喉分布、大小、连通性等，并对任意断层虚拟成像展示L2。但目前所谓的纳米CT扫描，尽管极限分辨率可达200nm，主要还是亚微米和微米级孔喉分析与识别。5)聚焦离子束