一种储层微观孔隙结构的表征方法
【专利摘要】本申请提供一种储层微观孔隙结构的表征方法，以能够表征小于50纳米的储层微观孔隙结构。本申请所提供一种储层微观孔隙结构的表征方法包括：S1，制作储层薄片；S2，利用所述储层薄片制作储层薄片电极；S3，利用电化学沉积在所述储层薄片电极的储层薄片内部孔隙中沉积结晶物；S4，去除所述沉积结晶物的储层薄片的岩石部分以获得所述结晶物；S5，扫描所获得结晶物的形貌，所述扫描结果即为储层微观孔隙结构。通过本申请所提供的方法，能够有效表征出小于50纳米的储层微观孔隙结构。
【专利说明】一种储层微观孔隙结构的表征方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及油气储层表征领域，尤其涉及一种储层微观孔隙结构的表征方法。
【背景技术】
[0002] 在油气开采中，储层是一种存储油气的多孔介质。储层的许多宏观性质（如孔隙 度、渗透率、毛管压力等）均取决于它的微观结构和组成它的固体及其孔隙空间中流体的 物理性质。因此，要大幅度提高原油采收率，其理论研究和技术开发决不能仅停留在宏观层 次上，必须深入多孔介质内部，从微观层面上开展研究。
[0003] 油气储层微观孔隙结构是指储集岩中孔隙和喉道的几何形状、大小、分布及其相 互连通关系。油气储层微观孔隙结构决定了油气资源的储集特征、赋存机理与产出过程，特 别是对于纳米级的微观孔隙结构为主的致密砂岩储集体，其微观孔隙结构更是决定其孔渗 透性特征的重要因素。因此，如何准确表征储层微观孔隙结构已成为油气勘探过程中的重 要议题。
[0004] 目前，常规米用的储层微观孔隙结构表征方法为CT扫描技术。CT扫描技术是一种 利用X射线对岩石样品全方位、大范围快速无损扫描成像，最终利用扫描图像数值重构微 观孔隙三维结构特征的技术方法。所述CT扫描技术分为纳米级CT和微米级CT，其中，微米 级CT仅能表征微米级以上的孔隙结构，其最大分辨率为0. 7微米；纳米级CT比微米级CT 分辨率较高，其测量过程中的最大分辨率也仅为50纳米。
[0005] 在油气开发过程中，发现致密砂岩、页岩等非常规储层中存在大量的小于50纳米 的微观孔隙结构，由于CT扫描技术最大分辨率为50纳米，所以采用常规的CT扫描技术是 难以满足此种微观孔隙结构的表征需求，在一定程度上制约了致密砂岩、页岩等非常规储 层的油气勘探开发进程。所以，亟需一种储层微观孔隙结构的表征方法以能表征小于50纳 米的储层微观孔隙结构。
【发明内容】
[0006] 本申请提供一种储层微观孔隙结构的表征方法，以能够表征小于50纳米的储层 微观孔隙结构。
[0007] 本申请所提供的一种储层微观孔隙结构的表征方法，包括：
[0008] 制作储层薄片；
[0009] 利用所述储层薄片制作储层薄片电极；
[0010] 利用电化学沉积在所述储层薄片电极的储层薄片内部孔隙中沉积结晶物；
[0011] 去除所述沉积结晶物的储层薄片的岩石部分以获得所述结晶物；
[0012] 扫描所获得结晶物的形貌。
[0013] 本申请利用电化学沉积能将金属或半导体沉积在小于10纳米的孔隙的特点，利 用储层薄片制作工作电极，并使金属离子在储层微观孔隙内沉积进行纳米结晶，这样最后 获得的结晶物就能表征出储层微观孔隙结构。所述结晶物可以克服现有技术中CT扫描技 术不能表征50纳米以下的微观孔隙结构，提高了表征分辨率，有利于研究页岩、致密砂岩 等非常规储层中的微观孔隙结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本 申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。
[0015] 图1是本申请一种储层微观孔隙结构的表征方法步骤流程图；
[0016] 图2是本申请一种储层微观孔隙结构的表征方法中的制作岩石薄片的子步骤流 程图；
[0017] 图3是本申请一种储层微观孔隙结构的表征方法中的制作储层薄片电极的子步 骤流程图；
[0018] 图4是本申请一种储层微观孔隙结构的表征方法中的沉积结晶物的子步骤流程 图；
[0019] 图5是本申请一种储层微观孔隙结构的表征方法中的获取所述结晶物的子步骤 流程图。
【具体实施方式】
[0020] 为了使本【技术领域】的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施 例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通 技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保 护的范围。
[0021] 图1是本申请实施方式提供的一种储层微观孔隙结构的表征方法步骤流程图。本 申请所述储层微观孔隙结构的表征方法包括以下步骤。
[0022] 步骤S1:制作储层薄片。
[0023] 制作储层薄片需要储层样本，储层样本可以是页岩、砂岩、泥岩、火山岩、碳酸盐 岩，还可以是岩心块体、岩屑块体或者露头块体样本。采集到的所述储层样本一般内部孔 隙存在石油等杂质，需要进行清洗。将所述储层样本内部孔隙石油等杂质清洗之后将所述 储层样本切割、打磨等制作方式得到所述储层薄片，所述储层薄片厚度可以控制在1〇〇纳 米?1毫米。
[0024] 步骤S2 :利用所述储层薄片制作储层薄片电极。
[0025] 本步骤中，所需的储层薄片电极需在电化学沉积中控制金属离子在储层薄片内部 微观孔隙中进行沉积，所以要保证金属离子在电化学沉积中由储层薄片的一岩石表面进入 并沉积在孔隙中，且金属离子不能沉积在储层薄片电极的其他部位。进而，需要使储层薄片 电极除储层薄片的岩石表面外均绝缘处理。
[0026] 所以，制作所述储层薄片电极的过程可以为：使所述储层薄片的部分岩石表面设 置一层导电层，所述导电层将所述部分岩石表面进行覆盖且紧密连接在一起。所需的储层 薄片电极长宽可以为0. 2厘米?0. 6厘米，故需要将设置导电层后的储层薄片进行切割。然 后将所述导电层与沉积电极进行电性连接，然后再对除未设置导电层的岩石表面外的其他 表面进行绝缘处理，这样就能保证裸露在电解液中的表面仅为所述岩石表面。
[0027] 通过上述制作方式，电解液中的金属离子可以通过所述岩石表面进入所述储层薄 片的微观孔隙中，然后再接触到沉积电极表面。随着沉积的进行，所述金属离子会在储层薄 片的孔隙中进行沉积。
[0028] 所述沉积电极可以采用钼电极、金电极、导电玻璃电极、铱电极、铅电极、银电极、 石墨电极中的一种。
[0029] 所述导电层可以采用金、铱、石墨、银中的一种或几种的合金材料，其厚度控制在 10纳米?30纳米之间均可。所述设置导电层的过程可以通过将所述储层薄片放入真空中， 采用离子溅射的方式，在所述储层薄片的部分岩石表面溅射一层10纳米?30纳米之间的 导电层。所述绝缘处理可以采用绝缘物质进行喷涂、包覆等方式，例如利用环氧树脂对储层 薄片电极中除未设置导电层的岩石表面外的其他表面进行包覆，达到绝缘效果。
[0030] 步骤S3 :利用电化学沉积在所述储层薄片电极的储层薄片内部孔隙中沉积结晶 物。
[0031] 电化学沉积是指金属或合金或金属化合物在电场作用下从其化合物水溶液、非水 溶液或熔盐中在电极表面沉积出来的过程，通常伴随有电子得失。本步骤中利用电化学沉 积的特点，将步骤S2中获得的储层薄片电极浸入电解液，利用两电极体系或三电极体系， 采用恒电位沉积的方式使电解液中的金属离子在所述储层薄片的微观孔隙中进行沉积。
[0032] 在所述电化学沉积中，沉积电位可以控制为-0. 5伏?-3伏，沉积时间控制为10 分钟?10小时，这样可以保证较好的沉积效果。相应的，所述电解液浓度在0. 001摩尔每 升?0. 1摩尔每升均可，以及电解液可以采用金属离子溶液，如氯钼酸溶液、氯金酸溶液、 硝酸银溶液中的一种。
[0033] 步骤S4 :去除所述沉积结晶物的储层薄片的岩石部分以获得所述结晶物。
[0034] 在上述步骤S3中，所述金属离子在所述储层薄片的微观孔隙中沉积后，所沉积形 成的结晶物的形貌会适应所述微观孔隙结构，所以扫描所述结晶物的形貌即能表征出所述 储层薄片的微观孔隙结构。在扫描所述结晶物之前需要先获取所述结晶物。
[0035] 获取所述结晶物需要先将所述沉积结晶物的储层薄片从储层薄片电极上取下，再 将所述沉积结晶物的储层薄片的岩石部分去除。所述去除方式可以采用溶解方式。采取溶 解方式时，所选取溶解液的浓度可以为〇. 001摩尔每升?10摩尔每升，相应的溶解液可以 在氢氟酸、盐酸、硝酸、磷酸中选取一种，也可以选取氢氟酸、盐酸、硝酸、磷酸中任意几种的 混合液。
[0036] 步骤S5 :扫描所获得结晶物的形貌。
[0037] 获取所述结晶物后，可以采用扫描电子显微镜进行扫描所获得的结晶物的形貌。 所述扫描电子显微镜包括场发射扫描电子显微镜、环境扫描电子显微镜，在本步骤中均可 应用。所述扫描结果即为所述储层薄片微观孔隙结构。
[0038] 上述本申请所提供的实施方式利用电化学沉积的"阴极沉积"并能将金属离子沉 积在小于10纳米的孔隙的特点，利用储层薄片制作工作电极，并利用金属离子在储层微观 孔隙内沉积进行纳米结晶，这样最后的结晶物就能表征出储层微观孔隙结构。所述结晶物 可以克服现有技术中CT扫描技术不能表征50纳米以下的微观孔隙结构，提高了表征分辨 率，有利于研究页岩、致密砂岩等非常规储层中的微观孔隙结构。并且本申请提供的表征方 法获得的结晶物为立体三维结构，可以直观的扫描储层微观孔隙结构。
[0039] 如图2所示，在本申请的一个实施方式中，所述步骤S1包括如下子步骤：
[0040] 步骤S11 :将储层样本进行洗油。
[0041] 本实施例中选取岩心砂岩块体作为储层样本。对所述岩心砂岩块体进行洗油操 作，是为了清洗所述岩心砂岩块体内部孔隙中所夹带的石油等物质，使得所述岩心砂岩块 体内部孔隙无填充物，以便为后续进行电化学沉积做准备。
[0042] 步骤S12 :将所述洗油后的储层样本制作成厚度为100纳米?1毫米的储层薄片。
[0043] 此时，将上述洗油后的岩心砂岩块体首先进行切割成初级岩心砂岩薄片，再将所 述初级岩心砂岩薄片表面打磨光滑并抛光至厚度为100微米的薄片，获得岩心砂岩薄片。
[0044] 所述岩心砂岩薄片的厚度在100纳米?1毫米之间均可，本实施例中选取100微 米作为岩心砂岩薄片的厚度。
[0045] 如图3所示，在本申请的另一个实施方式中，所述步骤S2包括如下子步骤：
[0046] 步骤S21 :将所述储层薄片部分岩石表面设置导电层。
[0047] 为保证电解液中的金属离子可以通过所述储层薄片的岩石表面进入所述储层薄 片的微观孔隙中，然后再接触到沉积电极表面，需要将所述储层薄片部分表面设置导电层 以具备导电性，并以此来吸引金属离子进入到储层薄片微观孔隙内部。
[0048] 本步骤中，所述设置导电层在本实施例中这样实现：先将所述储层薄片放入真空 中，采用离子溅射的方式，在其一表面上溅射一层厚度为20纳米的钼，形成导电层。此时的 储层薄片表面包括岩石表面、导电层表面。
[0049] 所述导电层还可以采用金、铱、石墨、银中的一种或几种的合金材料，其厚度控制 在10纳米?30纳米之间均可。
[0050] 步骤S22 :将所述设置导电层的储层薄片切割。
[0051] 在本步骤中，需要将所述设置导电层储层薄片一表面完全贴紧在沉积电极的表面 上，所以需控制所述储层薄片的表面面积不能大于沉积电极的表面面积。因此，本步骤中将 覆盖钼导电层的岩心砂岩薄片的长宽切割均为〇. 4厘米。
[0052] 本步骤中覆盖钼导电层的岩心砂岩薄片的长宽并不局限于所述0.4厘米，所述覆 盖钼导电层的岩石砂岩薄片的长宽为〇. 2厘米?0. 6厘米中的某一长度即可。
[0053] 步骤S23 :将所述切割后的储层薄片的导电层同沉积电极电性连接，得到初级储 层薄片电极。
[0054] 为保证所述导电层可以吸引金属离子，所以需将所述导电层与所述沉积电极进行 电性连接。使得在进行电化学沉积时，导电层可以吸引金属离子进行沉积。所述切割后的 储层薄片的导电层同沉积电性连接后得到初级储层薄片电极。此时，所述步骤S21中的储 层薄片的岩石表面即为初级储层薄片电极的岩石表面。
[0055] 在本步骤中，将所述切割后的储层薄片的导电层通过银胶紧密粘连在钼电极的一 面。所述钼电极为沉积电极。
[0056] 所述电性连接的方式并不局限于上述的通过银胶粘连的方式，还可以通过导电 胶、银浆等。
[0057] 所述沉积电极也并不局限于采用上述钼电极，还可以采用金电极、导电玻璃电极、 铱电极、铅电极、银电极、石墨电极中的一种。
[0058] 步骤S24 :将所述初级储层薄片电极除岩石表面外的其他表面进行绝缘处理，得 到储层薄片电极。
[0059] 为限制电化学沉积反应只发生在进入所述初级储层薄片电极的岩石表面后，所以 需将初级储层薄片电极除岩石表面外的其他表面进行绝缘处理。
[0060] 此时，通过环氧树脂将所述钼电极未被岩心砂岩薄片覆盖的表面进行包覆以达到 绝缘效果，得到储层薄片电极。
[0061] 如图4所示，在本申请的一个可行的实施方式中，所述步骤S3包括如下子步骤：
[0062] 步骤S31 :选取浓度为0. 001摩尔每升?0. 1摩尔每升的氯钼酸溶液、氯金酸溶 液、硝酸银溶液中的一种为电解液。
[0063] 在进行电化学沉积时，需要先选取好进行电化学沉积的电解液。在本实施方式中， 选取浓度为〇. 01摩尔每升的氯钼酸溶液为电解液。
[0064] 步骤S32 :将所述储层薄片电极作为工作电极浸入所述电解液，控制沉积电位 为-0. 5伏?-3伏以及沉积时间为10分钟?10小时。
[0065] 此时，将所述储层薄片电极作为工作电极浸入所述氯钼酸溶液，采用电化学沉积 中的两电极体系，利用恒电位沉积的方式，控制沉积电位在-1伏，沉积时间为2小时。达到 沉积时间后，所述储层薄片电极的岩心砂岩薄片的孔隙中会沉积结晶物。
[0066] 在进行电化学沉积时，本实施方式并不局限与上述的两电极体系，三电极体系同 样也可以适用。相应的，所述沉积电位在-0. 5伏?-3伏均可，以及沉积时间在10分钟? 10小时均可。
[0067] 如图5所示，在本申请的一个具体的实施方式中，所述步骤S4包括如下子步骤：
[0068] 步骤S41 :将所述沉积结晶物的储层薄片从所述储层薄片电极上分离。
[0069] 为了便于后续步骤中采用溶解方式去除所述储层薄片上的岩石部分，需要将沉积 结晶物的储层薄片从储层薄片电极中取下，得到沉积结晶物钼的岩心砂岩薄片。
[0070] 步骤S42 :选取浓度为0. 001摩尔每升?10摩尔每升的氢氟酸、盐酸、硝酸、磷酸 中的一种或几种的混合液作为溶解液。
[0071] 为将所述沉积结晶物的储层薄片的岩石部分去除以获得结晶物，本实施方式采用 溶解的方式去除岩石部分。溶解液的浓度可以为0. 001摩尔每升?10摩尔每升，相应的， 溶解液可以在氢氟酸、盐酸、硝酸、磷酸中选取一种，也可以选取氢氟酸、盐酸、硝酸、磷酸中 任意几种的混合液。
[0072] 此时，选取浓度为0. 01摩尔每升的氢氟酸溶液作为溶解液。
[0073] 步骤S43 :将所述沉积结晶物的储层薄片浸没到所述溶解液中，待所述沉积结晶 物的储层薄片的岩石部分溶解后获得结晶物。
[0074] 将所述沉积结晶物的储层薄片完全浸没到所述氢氟酸溶液中，控制溶解时间在1 小时?5小时，待所述沉积结晶物钼的岩心砂岩薄片的岩石部分完全溶解后，获得所述结 晶物，所述结晶物的形貌即为岩心砂岩薄片内部的微观孔隙结构。
[0075] 以上显示和描述了本申请的基本原理、主要特征及本申请的优点。本行业的技术 人员应该了解，本申请不受上述实施方式的限制，上述实施方式和说明书中描述的只是说 明本申请的原理，在不脱离本申请精神和范围的前提下，本申请还会有各种变化和改进，这 些变化和改进都落入本申请要求保护的范围内。本申请要求保护范围由所附的权利要求书 及其等效物界定。
【权利要求】
1. 一种储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，包括以下步骤： 制作储层薄片； 利用所述储层薄片制作储层薄片电极； 利用电化学沉积在所述储层薄片电极的储层薄片内部孔隙中沉积结晶物； 去除所述沉积结晶物的储层薄片的岩石部分以获得所述结晶物； 扫描所获得结晶物的形貌。
2. 如权利要求1所述的储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，所述制作岩石薄 片的步骤包括： 将储层样本进行洗油； 将所述洗油后的储层样本制作成厚度为100纳米?1毫米的储层薄片。
3. 如权利要求1所述的储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，所述制作储层薄 片电极的步骤包括： 将所述储层薄片部分岩石表面设置导电层； 将所述设置导电层的储层薄片切割； 将所述切割后的储层薄片的导电层同沉积电极电性连接，得到初级储层薄片电极； 将所述初级储层薄片电极除岩石表面外的其他表面进行绝缘处理，得到储层薄片电 极。
4. 如权利要求3所述的储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，所述导电层的厚 度为10纳米?30纳米，其材料采用钼、金、铱、石墨、银中的一种或几种的合金材料。
5. 如权利要求3所述的储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，所述切割后的储 层薄片的长宽为〇. 2厘米?0. 6厘米。
6. 如权利要求3所述的储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，采用银胶将所述 切割后的储层薄片的导电层同沉积电极电性连接。
7. 如权利要求3所述的储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，所述绝缘处理是 采用环氧树脂将所述初级储层薄片电极除岩石表面外的其他表面进行覆盖。
8. 如权利要求3所述的储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，所述沉积电极采 用钼电极、导电玻璃电极、金电极、铱电极、铅电极、银电极、石墨电极中的一种。
9. 如权利要求1所述的储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，所述沉积结晶物 步骤包括： 选取浓度为〇. 001摩尔每升?〇. 1摩尔每升的氯钼酸溶液、氯金酸溶液、硝酸银溶液中 的一种为电解液； 将所述储层薄片电极作为工作电极浸入所述电解液，控制沉积电位为-〇. 5伏?-3伏 以及沉积时间为10分钟?10小时。
10. 如权利要求1所述的储层微观孔隙结构的表征方法，其特征在于，所述获取所述结 晶物的步骤包括： 将所述沉积结晶物的储层薄片从所述储层薄片电极上分离； 选取浓度为〇. 001摩尔每升?10摩尔每升的氢氟酸、盐酸、硝酸、磷酸中的一种或几种 的混合液作为溶解液； 将所述沉积结晶物的储层薄片浸没到所述溶解液中，待所述沉积结晶物的储层薄片的 岩石部分溶解后获得所述结晶物。
【文档编号】G01N15/08GK104089863SQ201410287262
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】李建明, 金旭, 王晓琦 申请人:中国石油天然气股份有限公司