3D microscopic CT imaging and significance of SK-2 deep mudstone of Shahezi Group
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摘要:
为深化认识松科二井深层页岩气垂向变化规律，选取沙河子组3500~5700 m层段开展了X射线三维计算机断层扫描（X-ray 3D Computed Tomography，简称CT）成像实验。对19块直径2 cm的柱状岩心进行X射线CT扫描，获取了无损岩心扫描数据，并将其转化为灰度值信息。灰度值信息反映了样品中不同的组分，灰度高值代表骨架和矿物，灰度低值代表孔隙和裂缝。在此基础上，建立分辨率高达15 μm的岩心三维图像空间结构，对重建岩心孔隙模型的孔隙形态、空间展布和配位数进行了对比，对样品孔隙度和连通性在垂向上的分布规律进行了统计分析。结果表明，等效孔隙直径大的区域孔隙度高，配位数大的区域连通性好，孔隙度和连通性的垂向分布规律与传统认识相符，与测录井信息可以相互印证。实验证明，基于三维CT成像的数字岩心技术具有数据分辨率高、信息丰富的优势，可作为今后深部油气预测与评价的重要辅助手段。
Abstract:In order to deepen the understanding of the vertical change rule of the deep shale gas in the Songke 2 Well, the authors selected the 3500~5700 m section of the Shahezi Formation to carry out the X-ray 3D Computed Tomography (CT) imaging experiment.X-ray CT scan was performed on 19 pieces of 2 cm-diameter columnar cores to obtain non-destructive core scan data, and a three-dimensional image spatial structure with a core resolution of up to 15 μm was established.The pore morphology structure and space of the reconstructed core pore model were analyzed by comparative study of spatial distribution and coordination number, statistics of the vertical distribution of sample porosity and connectivity.This experiment proves that the digital core data have high resolution and rich information.The gray value information reflects different components in the sample.The skeleton and minerals are high gray values, and the pores and cracks are low gray values.Studies have shown that areas with large equivalent pore diameters have high porosity, and areas with large coordination numbers have good connectivity.The vertical distribution of porosity and connectivity is consistent with traditional knowledge and can be verified with logging information.It is believed that the digital core can be used as an important auxiliary method for deep core research in the future.
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Keywords:
- digital core /
- pore structure /
- CT /
- SK-2 /
- pore throat network model /
- gas measurement anomaly
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致谢: 为获取深部珍贵岩心资料，松科二井工程全体人员在井场付出长达四年的辛苦，本项研究工作在岩心取样与地层分析方面得到中国地质调查局实物中心崔立伟高级工程师、中国地质大学(北京)高远副教授、吉林大学高有峰教授的帮助与指导，审稿专家提出了很多建设性的意见和建议，在此一并表示衷心的感谢。
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图 2 三维岩心重建与渲染结果及灰度值信息
a—重建出来的数字岩心；b—将主要特征渲染后与数字岩心重叠在一起的结果。c—在XY截面上任意抽取的一条线；d—将数字岩心中孔隙进行提取，将不连通的部分用不同颜色进行标记；e—在XY截面上任意抽取一条线的灰度值曲线，①位置为孔隙，灰度值曲线显示为波谷；②位置也为孔隙，灰度值也显示为波谷；③位置为岩石中包裹的矿物，灰度值显示为波峰
Figure 2. 3D core reconstruction and rendering results and gray value information
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图 4 孔隙等效直径统计直方图
(SK-CT13泥岩样品等效孔隙直径集中在2~8 μm)
Figure 4. Statistical plot of pore equivalent diameter
表 1 取样岩心
Table 1 Sampling core
编号 深度/m 实际取样岩性 SK-CT01 3588 细砂岩 SK-CT02 3742.1 砂质泥岩 SK-CT03 3786.2 中砂岩 SK-CT04 3839.3 泥岩 SK-CT05 3899.5 泥岩 SK-CT06 4004 泥岩 SK-CT07 4288.5 粗砂岩 SK-CT08 4374.5 含砂泥岩 SK-CT09 4446.4 泥岩 SK-CT10 4561.4 细砂岩 SK-CT11 4585.13 泥岩 SK-CT12 4684.76 粉砂质泥岩 SK-CT13 4851.2 泥岩 SK-CT14 4911.8 泥岩 SK-CT15 4967.5 泥岩 SK-CT16 5045.8 细砂岩 SK-CT17 5097.4 泥岩 SK-CT18 5264.7 泥岩 SK-CT19 5688.9 泥岩 
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表 2 数字岩心孔隙类型划分
Table 2 Pore type
编号 深度/m 实际取样岩性 孔隙类型 SK-CT01 3588 细砂岩 微毛细管孔隙 粒间孔 SK-CT02 3742.1 砂质泥岩 毛细管孔隙 粒间孔 SK-CT03 3786.2 中砂岩 毛细管孔隙 粒间孔+微裂隙 SK-CT04 3839.3 泥岩 超毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT05 3899.5 泥岩 超毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT06 4004 泥岩 微毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT07 4288.5 粗砂岩 微毛细管孔隙 粒间孔 SK-CT08 4374.5 含砂泥岩 微毛细管孔隙 粒间孔 SK-CT09 4446.4 泥岩 微毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT10 4561.4 细砂岩 毛细管孔隙 粒间孔+微裂隙 SK-CT11 4585.13 泥岩 微毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT12 4684.76 粉砂质泥岩 微毛细管孔隙 粒间孔 SK-CT13 4851.2 泥岩 超毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT14 4911.8 泥岩 毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT15 4967.5 泥岩 超毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT16 5045.8 细砂岩 微毛细管孔隙 粒间孔 SK-CT17 5097.4 泥岩 超毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT18 5264.7 泥岩 微毛细管孔隙 微裂隙 SK-CT19 5688.9 泥岩 微毛细管孔隙 微裂隙
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表 3 孔喉结构定量特征参数
Table 3 Quantitative characteristic parameters of pore-throat structure
实验样品 最大空隙半径/μm 平均孔隙半径/μm 最大喉道半径/μm 平均喉道半径/μm 最大喉道长度/μm 平均喉道长度/μm 最大孔喉比 平均孔喉比 最大孔隙体积/μm3 平均孔隙体积/μm3 最大喉道体积/μm3 平均喉道体积/μm3 最大配位数 平均配位数 孔隙率/% 渗透率/mD SK-CT01 103.0 29.3 32.7 13.7 81.1 48.3 18.4 1.2 2.3×107 1.8×106 9.7×105 1.9×105 3 0 0.0134 不连通 SK-CT02 113.6 24.7 61.7 13.5 354.9 52.6 20.6 1.9 3.4×107 1.2×106 9.6×106 1.9×105 10 1 0.261 不连通 SK-CT03 166.7 37.7 71.0 21.6 286.8 69.0 22.2 1.4 1.6×108 4.2×106 8.9×106 7.0×105 4 0 0.093 不连通 SK-CT04 105.9 40.0 92.2 30.8 762.6 129.1 15.8 1.9 1.3×108 7.2×106 1.9×107 2.9×105 18 3 0.265 41.262753 SK-CT05 75.2 25.6 54.2 15.7 219.7 56.0 15.3 1.8 1.4×107 1.2×106 4.3×106 1.8×105 8 1 0.564 7.1102405 SK-CT06 87.0 29.7 68.5 17.6 349.8 75.6 15.7 2.0 2.3×107 1.8×106 4.7×106 5.8×104 16 4 0.159 22.676525 SK-CT07 130.1 28.5 85.0 15.3 364.4 55.3 15.7 2.1 1.5×108 3.2×106 4.1×107 3.9×105 13 2 0.02 不连通 SK-CT08 104.2 35.8 78.9 20.6 418.9 92.3 9.4 1.5 7.1×107 4.2×106 1.1×107 6.7×105 10 1 0.047 不连通 SK-CT09 54.0 23.8 40.9 13.0 201.8 54.2 16.0 2.2 7.4×106 8.8×105 1.2×106 9.8×104 11 2 0.159 不连通 SK-CT10 131.5 32.0 68.3 19.1 319.1 82.5 22.8 1.9 3.0×108 2.6×106 1.3×107 8.1×104 31 4 0.348 8.1356659 SK-CT11 52.3 20.3 43.4 10.1 245.7 59.0 13.7 2.2 5.8×106 7.2×105 2.7×106 1.6×105 10 2 0.104 不连通 SK-CT12 131.5 27.0 72.6 14.9 319.1 51.0 22.8 1.1 3.0×108 9.6×105 1.3×107 2.6×105 31 0 0.022 不连通 SK-CT13 128.7 47.8 101.8 30.8 1, 719.1 184.9 8.1 1.7 4.6×108 1.5×107 1.7×108 4.9×105 37 6 1.96 0.059192747 SK-CT14 87.3 39.6 64.3 28.1 596.5 133.5 9.0 1.6 6.5×107 5.8×106 1.6×107 1.1×105 18 5 0.37 69.063087 SK-CT15 131.5 33.5 72.6 21.6 465.1 100.4 22.8 1.8 3.0×108 3.1×106 1.3×107 5.4×104 31 6 0.639 4.1079793 SK-CT16 128.4 27.9 74.1 15.6 267.8 56.2 20.0 1.5 7.3×107 1.6×106 8.8×106 3.7×105 6 0 0.091 不连通 SK-CT17 83.3 25.1 61.8 13.7 198.6 51.4 11.9 1.8 2.4×107 1.4×106 7.6×106 2.4×105 11 1 0.10 不连通 SK-CT18 127.7 28.5 88.6 15.3 364.4 55.1 11.9 2.1 1.5×108 3.2×106 4.1×107 3.9×105 13 2 0.11 不连通 SK-CT19 78.6 46.0 62.2 27.9 801.9 176.9 3.9 1.7 2.3×108 1.3×107 3.6×107 3.9×105 18 6 0.177 不连通
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