基于岩石CT图像的碳酸盐岩三维孔隙组构的多重分形特征研究

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1、第39卷第1期2015年3月地质学刊J0umal0fGeologyV01．39No．1March2015doi：10．3969／j．issn．1674-3636．2015．01．46基于岩石CT图像的碳酸盐岩三维孔隙组构的多重分形特征研究谢淑云1，何治亮2，钱一雄2，方海平1。张天付1。张殿伟2，沃玉进2。鲍征字1(1．中国地质大学(武汉)地球科学学院，湖北武汉430074；2．中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京100083)摘要：碳酸盐岩微观孔隙的空间组构研究是储层性能研究的核心问题之一。近年来，基于二维图像进行碳酸盐岩孔隙空间组构研究的工作层出不穷

2、，基于三维图像进行碳酸盐岩孔隙空间组构三维重建和基本统计特征表征的研究也引起了国内外的广泛关注。拟以四川盆地三叠系飞仙关组和震旦系毛田组碳酸盐岩为研究对象，通过三维高分辨率微纳米cT扫描，结合图像识别等计算技术，运用多重分形理论，对不同类型储层的孔隙在三维立体空间上的几何形态、非均质性与复杂度等特性进行定量表征，刻画了孔隙组构的空间展布规律。研究显示，2个样品孔隙组构在三维空间上分布不均一，具有明显的分形与多重分形分布特征；所得多重分形参数能定量刻画孔隙空间上大小孔隙的相对分异情况，能为孔渗性能提供参考。关键词：碳酸盐岩；cT图像；三维孔隙；多重分形中图分类号：P5

3、88．24+5；TE311文献标识码：A文章编号：1674—3636(2015)叭一0046—09O引言海相碳酸盐岩储层是重要的油气储集层，其油气储量占世界油气总储量的一半，产量占总产量的一半以上(金之均，2005；Moore，2001)。作为油气的储集空间和运移通道，碳酸盐岩孔隙空间一直是研究热点(Moore，2001；Ahr，2008；Johnsonetal，2010)，孔隙空间的几何形态及不均质性极大地影响着储层的运移机理(Wegeretal，2009；Payneetal，2010)，对于其定量研究具有重要的意义。碳酸盐岩孔隙系统定量化研究可追溯至20世纪20

4、年代。最初，根据毛细管曲线理论提出压汞实验技术，以获取岩石孔隙基本参数(Datheeta1，2005)。Nutting(1929)首次使用铸体薄片的方法研究储层的孔隙特征。进入70年代后，随着扫描电镜及计算机技术的发展，众多学者(Crabtreeetal，1984；Ehdichetal，1984；Yanguasetal，1985；Ruzylaetal，1987；McCreeshetal，1991；Gerardetal，1992)开始尝试使用数字图像分析技术对岩石铸体薄片的微观孔隙结构进行定量化数字表征，如Anselmetti(1998)综合运用光学显微镜、扫描电镜和

5、数值图像分析技术提取铸体薄片不同视域范围内的孔隙结构参数，包括每个样品的宏观孑L隙(孔隙直径>20斗m)数量、基质内的微观孔隙(孔隙直径<20斗m)数量、宏观孔隙的形状因子(周长／面积)和孔隙大小分布等，探讨了不同特征参数对渗透率的影响，指出大(宏观)孔隙的形状对渗透率的控制较总孔隙度对渗透率的控制更重要。此外，类似技术还有共聚焦激光显微镜、核磁共振成像等(应凤祥等，2002；Anselmettietal，1998)。对于储层孔洞缝空间结构的定量研究，分形理论在其中起到了重要的作用。分形与多重分形理论被认为是定量刻画不规则几何形体的有效手段收稿日期：2叭4—12一0

6、5；编辑：侯鹏飞基金项目：国家重大专项“大型油气田及煤层气开发”(2008zx05005)、国家“973计划”项目“中国早古生代海相碳酸盐岩层系大型油气田形成机理与分布规律”(2012cB214802)联合资助作者简介：谢淑云(1976一)，女，教授，博士，主要从事碳酸盐岩储层溶解动力学与覆盖区地球化学找矿及定量地球化学的研究工作，E—mail：tinaxie@cug．edu．cn第39卷第1期谢淑云等：基于岩石cT图像的碳酸盐岩三维孔隙组构的多重分形特征研究47(Mandelbmt，1983)。分形理论在储层孔喉结构研究中的运用可追溯至20世纪80年代(wonge

7、tal，1986)，‰hn等(1986)运用环境扫描电镜和图像分析的自动识别技术，证明了砂岩中小级别孔隙存在分形结构，大级别孔隙中没有明显的分形结构。反映对象大小和频率的N／A分形模型已被应用于碳酸盐岩储油量评价(xieetal，20lO)，应用周长和面积幂率关系的P／A分形模型，仅需要孔隙大小分布模式就可以评价沉积岩的渗透率(schlueteretal，1997)。多重分形也渐渐被应用于岩石图片中孔隙的分析，Muller等(1992)第一次运用多重分形来描述沉积岩孔隙的分布。zhang等(2004)探讨了不同尺度流体在超非均质碳酸盐岩体系中的演化特征。Xie等