一种基于显微红外光谱技术的储层岩石非均质性表征方法与流程

本发明属于石油地质勘探技术领域；具体涉及到一种油气储层岩石的非均质性表征方法，特别是一种利用显微红外光谱成像技术来精确表征油气储层岩石非均质性的综合分析技术方法。

背景技术：
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多场耦合作用在引起大尺度地层结构变化的同时，也在显微尺度上使得油气储层岩石得以形成或变化，使其呈现出强烈的非均质性。研究油气储层岩石的非均质性，对油气储层综合评价具有重要意义。二十世纪九十年代，前人根据统计学原理和随机分布函数，随机地生成岩石的不同组成成分，形成岩石二维截面或三维体，来研究岩石的非均质性。虽然此方法能够在一定程度上表征岩石的非均质性，但和岩石真实情况相差较大。近年来，随着数字图像处理技术的发展，众多学者开始利用数字图像来表征岩石的非均质性。图像由像素组成，其中每个像素都有一个唯一的数值来表示该像素的颜色，即每个像素只能代表一种颜色，也即每个像素处的物质或化学成分是单一均匀的。由于岩石中含有不同的矿物颗粒，这些矿物颗粒一般具有不同的颜色。因此，可以在数字图像处理过程中，将具有相同像素值或像素值在某一范围内的像素划分为一类，来表示一种物质或化学成分，也可以用来表示材料内部的结构和缺陷。但是，基于数字图像处理的岩石的非均质性表征方法，只是根据岩石介质在图像中呈现出不同的颜色将岩石的组成成分分割开来，无法避免由于不同的组成成分表现为相同颜色引起误差的弊端。

目前，显微红外光谱已成为应用最广的光谱分析技术，被称为分析的巨人。显微红外光谱具有分析速度快、效率高、成本低、无损分析等特点。首先，显微红外光谱成像的空间分辨率(单个像元尺寸)为25微米或50微米，这与油气储层岩石非均质的具体尺度特性是相匹配的，即可以认为每个像元处的物质或化学成分是单一均匀的。其次，光谱分析是根据不同物质具有不同的微观特性，微观特性又决定了该物质对红外光的不同响应，具体表现为：不同物质具有相异的光谱图像和特征吸收波长，显微红外光谱可以在微观尺度上表征物质特征，对物质 进行精确地鉴定识别。综上所述，虽然显微红外光谱成像的空间分辨率稍逊于可见光谱波段区，但在岩石的特征光谱分辨率和灵敏度上明显优于可见光谱。因此，基于显微红外光谱成像的岩石非均质性表征比基于数字图像处理技术的岩石非均质性表征更精确，更有效，更具有使用价值。

本发明基于显微红外光谱成像技术，得到非均质岩石精确的物性特征，为研究油气储层岩石的非均质性、渗流特性、应力特性、破坏性质以及分析储层裂缝形成规律等提供精确的依据。

技术实现要素：
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本发明旨在利用显微红外光谱成像技术对油气储层岩石的非均质性进行精确表征，特别是从岩心显微红外光谱图像中提取该岩石介质的种类和空间分布以及孔隙、裂缝的大小和分布等信息，为油气储层岩石的非均质性表征、岩石力学性能、微观渗流特性等数值模拟建模提供更加精确、有效的信息。

本发明解决其技术问题采取的方案是：首先在显微镜下进行白光透射，获取岩心光片的全色光黑白图像，并参考该图像选定测量区域；然后使用显微红外光谱成像分析系统对选定的测量区域进行测量，得到该区域的红外光谱图像及该岩心光片上裂缝的大小及分布，并对该区域进行光谱特征点分析，根据特征点红外光谱曲线的峰值特征和不同岩石介质的特征波长来识别岩石介质的种类；同时也可根据岩心光片对红外光的吸收程度，即吸光度A识别岩心光片中存在的孔隙和裂缝的相关信息以及不同岩石介质含量的信息等；最后将岩心光片对一个或多个特征波长红外光的吸收程度(吸光度A值)的代数式作为特征量，通过设定其阈值，将不同岩石介质分割开来，实现对油气储层岩石非均质性的精确表征。

在本发明中，利用显微红外光谱成像分析系统在光谱和空间两个方面对非均质储层岩石样品的非均质性进行分析和表征，特别是利用显微红外光谱技术，不仅可以通过岩石样品对红外光的响应特征来鉴别不同的岩石介质，还可以将不同介质对特征波长的吸收程度(吸光度A)作为分割阀值，将不同岩石介质分割开，获取不同介质的空间分布等信息，从而更精确地表征油气储层岩石的非均质性。实验证明，基于显微红外光谱成像技术的岩石非均质性表征方法比基于可见光谱区彩色数字图像处理技术的岩石非均质性表征方法更具有使用价值。

附图说明：

图1为本发明所提出的基于显微红外光谱成像技术的储层岩石非均质性表征方法的实施流程框图。

图2为岩心光片全色光黑白照片及测量区域示意图。

图3为测量区域对波数范围为4000cm^-1-1400cm^-1的红外光的平均吸光度图。

图4为6个特征点的红外光谱曲线图。

图5为测量区域对波数为2530cm^-1的红外光的单波数吸光度图。

图6为测量区域内y＝-710直线上各个点的吸光度A值的变化曲线。

图7为根据特征量A值划分的4种不同介质区域示意图。

图8为4种不同介质区域示意图的矢量表达图，为数值模拟建模提供可靠的数据依据。

具体实施方式：

下面结合实施例来详细描述本发明。

1、岩心光片制备

将实验用岩心样品按国家石油天然气行业标准SY/T5913-2004“岩石制片方法”制成光片(厚30微米)，粘在玻璃载物片上。

2、岩心光片全色光黑白图像获取

将已经制备好的岩心光片在荧光显微镜下进行白光透射并留存数字图像记录，获取岩心光片的全色光黑白图像，并参考该图像选定测量区域，如图2所示。从选定的区域可以看出，该区域有明显的黑色区域和白色区域，说明该区域中黑色区域为主要吸光区域，白色区域由于白光透射率较大，可能为未填充裂缝、孔隙区域。

3、研究区域显微红外光谱测量

显微红外光谱实验所用仪器为傅里叶变换红外/近红外成像系统，采用25μm分辨率，对已在可见光黑白图像上选取的测量区域进行红外光透射，得到具有不同吸光度的红外光谱图像，如图3所示。图3具有不同的吸光度(用不同的颜色表示，吸光度强度如图3右边彩色条所示)，根据吸光度的不同选取特征点1、2、3、4、5、6得到6个特征点的红外光谱曲线，如图4所示(该图为透射率曲线图，透射率T与吸光度A其大小相反)。

4、特征点光谱曲线分析

由图4可知，6条光谱曲线的趋势大体一致，在3200cm^-1-3650cm^-1波段内有明显的吸收峰(该波段为羟基的特征吸收峰)，但是不同区域对该波段的红外光吸收强度不同，说明该岩心光片中含有明显的不均匀分布的羟基；Spectrum4和Spectrum5变化趋势一样，透射率T很大(吸光度A小)，只有一个较为明显的羟基吸收波段3200cm^-1-3650cm^-1，说明特征点4和5所代表区域岩石介质极少，是该岩石光片上孔隙和裂缝所在区域(图3中蓝色、紫色、黑色区域)；Spectrum1、Spectrum2和Spectrum3变化趋势一样，只是透射率T大小不一，除了3200cm^-1-3650cm^-1这一较明显的吸收波段，在2899cm^-1波数和2530cm^-1波数处有较强的吸收峰，其中2530cm^-1波数是石灰岩的特征吸收峰，说明特征点1、2、3、6所代表的区域介质主要为白云岩，但在图3中1、2、3、6特征点所代表区域的吸光度A大小不一，说明特征点1、2、3、6所代表的区域白云岩含量不同，因此，可以根据吸光度A的大小，将特征点1、2、3、6所代表的区域分为不同 的介质区域。

5、岩石介质提取

根据特征点光谱曲线分析结论，在“光谱立方体”中提取该岩心光片对2530cm^-1波数的吸光度图像，如图5所示。在图5中，沿y＝-710画一条横线，以该直线上各个点的X坐标为横坐标，以各个点对2530cm^-1波数的吸光度A为纵坐标，绘制出该直线上各物质吸光度A的变化曲线，如图6所示。由图6可知，吸光度A的变化和岩石介质的变化是一致的，沿着该线，不同白云岩含量区域A值是不同的。根据A值的不同，将该岩心光片分为4个区域：①孔隙、裂缝区域(A≤0.5800)、②孔隙与岩石介质过渡区域(0.5800＜A≤1.1547)、③白云岩介质区域(1.1547＜A≤1.9162)、④较完整白云岩介质区域(A＞1.9162)，用不同的颜色单独表示出4种区域，如图7所示。

6、图像矢量化

图7表示的4种区域是以位图的形式存在的，这种形式不利于后续的数值模拟等工作建立精确有限元模型。故需要把位图转化为矢量图，方便获取建立有限元模型的数据。矢量图是使用直线和曲线来描述图形，这些图形的元素是一些点、线、矩形、多边形、圆和弧线等，它们是通过数学公式计算获得的。矢量图中的每个对象都是一个自成一体的实体，具有颜色、形状、轮廓、大小和位置等属性。利用软件Matlab编制图像矢量化程序，对图7进行矢量化，结果如图8所示。

图8包含了组成岩石截面的每一块区域的形状、大小和位置信息数据，从图8中可以提取任意一块区域的数据，包括组成该区域的面的信息(面积大小、位置)、边界线的信息(长度，位置)和边界线上点的信息(位置)等。根据实际需求，提取相应的数据，就可以建立精确表征岩石非均质性的模型。例如，要研究非均质岩石的应力特性，在建立有限元模型时，就可以提取由图8生成的每种区域的边界数据(位置，长度)，根据边界数据，在相应有限元软件中生成每种区域，组成该岩石截面，然后划分网格，施加荷载进行应力分析。