激光共聚焦技术在岩芯图像分析中的应用

摘要:本文将激光共聚焦技术与岩芯图像相结合。使用激光共聚焦技术将采集到的岩芯进行切片,断层式的扫描,从而获得岩石孔隙分布的三维图像,并且对岩芯图像进行了定性和定量的分析(包括孔隙度、面孔率等)。使用该方法所获取孔隙度和面孔率能够更真实地反映岩芯宏观的孔洞特征,对油田的开发具有一定的积极作用。

关键词:激光共聚焦;岩芯图像;孔隙

1 引言

激光扫描共聚焦显微镜LSCM ( Laser Scanning Confocal Microscopy)是国外二十世纪八十年代后期开发的新测试仪器,它集显微技术、高速激光扫描和计算机图像处理技术于一体,是采用激光为光源,在传统荧光显微镜成像的基础上,附加了激光扫描装置和共轭聚焦装置,通过计算机控制来进行数字化图像采集和处理的系统[1]。

激光扫描共聚焦显微镜的基本工作原理是首先由激光器发射的一定波长的激发光,光线经放大后通过扫描器内的照明针孔光栏形成点光源,由物镜聚焦于样品的焦平面上,样品上相应的被照射点受激发而发射出的荧光,通过检测孔光栏后,到达检测器,并成像于监视屏上。这样由焦平面上样品的每一点的荧光图像组成了一幅完整的共焦图像,称为光切片。

激光扫描共聚焦显微镜是迄今为止较为理想的三维显微成像系统,与常规的光学显微镜相比具有更高的分辨率,分辨率比一般显微镜高1.4倍,而且显微镜的放大倍数可以达到10000倍,并可分层扫描,光切片最薄为0.1μm[2]。本仪器最大穿透深度为100μm左右,将每层扫描图像存入计算机,然后可重建三维立体图像[3]。我们主要应用激光扫描共聚焦显微镜来进行岩芯图像的分析,以达到研究油气储层孔隙结构的目的。

2 岩芯图像的采集及扫描

岩芯图像的采集主要使用岩芯图像采集仪,这个设备可以连续地采集高清晰度的岩芯图像,在地质研究工作中发挥了独特的作用,目前在国内各大油田得到广泛的推广应用[4]。

获取图像的过程为:首先,用环氧树脂浸染剂注入岩芯,制成铸体薄片。而后,使用激光扫描共聚焦显微镜将铸体薄片进行切片,对岩芯实体表面图像信息进行断层扫描,获得连续的等间距的一组图像。所形成的岩芯图像分辨率为一般5000像素/m,频谱范围400～700nm(可见光频谱范围380～780nm)。

3 岩芯图像分析

3.1 孔隙特征分析

孔隙结构主要指孔隙数量多少、大小、几何形状、分布特征和孔隙间的连通程度。研究孔隙结构的有效方法是对铸体薄片进行观察和对激光共聚焦显微镜扫描获得的三维图像进行分析,这种方法具直观和快速的优点。通过对这些三维图像的分析我们可以计算出岩芯的体积和孔隙度,并通过放大和旋转从不同的角度更好地观察孔隙数量、孔喉大小、分布、形状和连通程度。

微机处理岩芯图像时,主要采用灰度识别方法.通过编程自动提取岩芯图像孔洞目标.对于复杂岩芯图像还可进行人工修正和干预,以提高目标提取的准确性[5]。图像处理时,一般将目标颜色赋为红色.背景颜色赋为黑色。如下图所示为岩石薄片处理前(图2)和处理后的图片(图3)对比。岩芯图像孔洞目标提取后,我们便可进行相关参数的分析计算。

3.2 应用线性回归分析方法计算孔隙度

非均质性强的火成岩、碳酸盐岩储层,往往孔洞、缝发育且分布不均,孔洞大小及连通性存在很大差异。长期以来.如何准确计算这两类特殊岩性储层的孔隙度参数,一直是困绕着储量计算的难题。对于孔隙度参数的计算和孔洞发育特征的评价,实验室采用岩石薄片分析、常规物性孔隙度测定等方法时,经常受岩芯的取样位置、样品大小和样品成型状况等条件所限,一般只能选取岩芯局部的微小孔洞样品进行分析(对于大孔洞岩芯样品则无法分析),往往随机误差较大,难以取得较好的结果。我们利用岩芯实体表面图像分析,可以在准确计算孔洞面孔率参数的基础上,与实验室常规物性测试结果相结合.应用数理统计中的线性回归分析方法分析孔洞的面孔率与孔隙度的相关性,建立两者的统计学关系,从而预测孔隙度。使得孔洞型储集层的岩,宏观分析与实验室常规测试结果及其他相关资料能够相互对比、补充完善,确定更准确的孔隙度参数计算结果,为深入评价孔洞型储集层的储集性能提供重要依据。

岩芯表面孔洞的重要参数还有一个就是面孔率,我们采用如下公式进行编程计算:

=s1/s2

式中:为分析测试区域岩芯孔洞面孔率;s1为测试岩芯区域孔洞面积·mm2,s2为测试岩芯区域面积·mm2。该实例图片中一共有133个孔隙,计算后的具体参数如下所示:

从铸体薄片孔隙特征图像分析测定报告我们可以看出,在该样品中孔隙半径在100μm。

以下的孔隙占整个岩芯面积的32.68%,孔隙半径在100μm以上的孔隙占整个岩芯面积的67.62%、平均孔隙半径为207.76μm。平均孔隙半径与孔隙度渗透率有着很大的相关性。随着平均孔隙半径的增大,孔隙度和渗透率也随之增大,但是孔隙度与渗透率增加的幅度随着平均孔隙半径的增大而越来越小。也就是说从参数我们可以看出当平均孔隙半径的值在0μm～100μm之间时,孔隙度和渗透率增加的幅度最大,当平均孔隙半径大于100μm之后,孔隙度和渗透率的增加幅度也变得越来越平缓。从这个例子的孔隙半径特征参数可以看出油层的孔隙半径都比较小,使得有效渗流孔隙半径更小流体在孔隙中流动更加困难。

通过镜下观察,孔喉配位数为0.47。从孔隙和喉道的配位数可以看出,每个孔隙相配置的喉道数较少,这使得孔隙结构表现更为复杂,大大降低了孔隙的有效渗流作用。所以这样的孔隙结构对油层的开发是不利的,可以通过酸化压裂等相关的手段来提高有效渗流孔隙。

4 结论

将激光共聚焦扫描显微镜应用于岩芯图像的三维重建研究中,对碳酸盐岩类储层的不同岩石结构进行三维的分层扫描,从而获得岩石孔隙分布的三维图像,并用对图像进行了定性和定量的分析、统计和计算(包括孔隙的形态、大小、连同性及面孔率等),最终获得岩芯结构的三维量化指标以及结构图像。计算结果直观、准确、快捷。该方法较好地解决了以往通过岩芯观察描述.来统计测定岩芯孔洞参数所存在的误差大和费工费时的问题。采用岩芯图像分析所获取孔隙度和面孔率的方法能够更真实地反映岩芯宏观孔洞特征,从而能够反映灰岩、火成岩等特殊储集层的物性特征规律,对油田开发有一定的积极作用。

参考文献

[1]金熹高,朱世雄,贾世军,陈柳生.多组份高聚物体系多层形态观察的新方法:激光共聚焦荧光显微技术.化学通报,1999.6:p12.

[2]孙先达,索丽敏,姜洪启.激光扫描共聚焦显微镜在石油地质上的应用.电子显微学报,2004,23(24):p517~518.

[3]胡述龙.基于岩芯外表面图像的三维模拟岩芯恢复.大庆石油学院学报,2003.6,27(2): p17~19.

[4]杨玉臣,马玉忠.岩芯图像扫描技术的开发及应用.录井技术,2002.6:p43.

[5]胡志明,把智波等.低渗透油藏微观孔隙结构分析[J].大庆石油学院学报,2006,30(3): p51~54.

作者简介:许晶(1980-),女,助教,硕士研究生

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