油气储集层是油气居留于地下的空间，油气储集层是由岩石骨架和其孔隙内流体所组成，因此对于地下岩石的研究非常重要。随着数字岩心技术的发展，使地下岩石的面纱被进一步揭开，为此石头开设了石头有话说系列，来跟大家一起听一听地下的这些石头们要跟我们说些什么。前两天看到一篇Nature关于讨论大小地震的起始是否相同的文章，以此联想到非均质性的存在，岩石才能在宏观破裂前产生微破裂丛集现象，从而可以被监测技术所识别。而非均质性的研究在油气领域当中也是一个很重要的话题。所以今天石头就跟大家简单聊一聊岩石的非均质性以及表征单元体的话题。岩石的非均质性非均质性是某一参数在不同方向上的不均匀分布特征。例如储层非均质性是储层空间分布及内部各种属性在三维空间上的不均一变化。非均质性是绝对的、无条件的、无限的，而均质是相对的、有条件的、有限的。只有在一定的非均质层内，在一定的条件下，有限的范围内才可以把储层近似地看作是均质的。
Berea砂岩在不同位置选取不同大小的样品出来，其孔隙度也是存在较大差异的。所以Berea砂岩的均质性好也是在一定的条件和有限的范围做为前提。 从孔隙尺度到油田尺度，岩石的物理性质的变化程度是不同的。 巨观尺度非均质性 整个油田（沉积盆地）包含在这个最大尺度的非均质性中。在巨观尺度上，油藏被勘探、发现和描述，主要对油藏的整体轮廓进行描述，包括对其构造和地层的地震解释以及对油藏地下情况的描绘等。宏观尺度非均质性 宏观尺度非均质性代表流动单元，通常通过油藏模拟来研究。宏观尺度的非均质性决定了井间采收率的差异，也是油藏单元内原生层理和内部渗透率走向的结果。在宏观尺度内，内部结构和非均质性对识别油藏流动单元的空间分布至关重要。宏观尺度非均质性包括：（1）单层的侧向非连续性；（2）孔隙度尖灭；（3）油藏流体接触面；（4）垂向和侧向渗透率走向；（5）页岩和砂岩互层；（6）油藏划分。介观尺度非均质性 介观尺度非均质性信息主要源自测井资料。油藏模拟在网格尺度赋予测井信息，即将岩石和流体性质的变化以及小尺度的地质特征以单值形式平均的赋予所有网格体。岩心刻度的测井资料可用于：（1）建立测量参数间的相关性和一致性；（2）通过尺度间的融合将井下测量结果与孔隙研究、岩心分析和地球物理测量数据结合起来；（3）识别岩相；（4）将岩石物理解释和地球化学、沉积学、地层学、构造信息联系并结合起来；（5）绘制油藏不同参数的等值图，如孔隙度、渗透率、净厚度、顶底界面、流体饱和度和流体界面等。直观尺度非均质性 岩心分析代表了宏观非均质性的主要尺度。实验室测量的孔隙度、渗透率、流体饱和度、毛管压力和润湿性都是在宏观尺寸上测量的物理参数。测量的岩石和流体性质用于刻度测井和试井数据，以作为油藏模拟的输入条件。微观非均质性 微观尺度非均质性是表示岩石性质，如孔隙度渗透率等。而影响微观非均质性的因素主要有（1）颗粒的尺寸和形状；（2）孔隙尺寸和形状；（3）颗粒、孔隙尺寸和孔喉分布；（4）填充物的排列方式；（5）孔壁粗糙度；（6）孔喉内的粘土内衬；（7）填充物的种类等。这些参数的主要控制因素包括沉积物沉积和后期压实、胶结、溶解等过程。微观尺度参数可以通过扫描电镜、CT图像、核磁共振成像等方法测量。
一段30cm长，10cm直径的全直径岩心的密度参数分布
表征单元体（REV）表征单元体(Representative Elementary Volume)，简称REV，是一个尺度的概念。其表示的是研究对象中的某个参数趋于基本稳定时的最小表征体积。我们下面以岩石孔隙度参数为例，说明一下表征单元的求取方法。 假设一块以O点为质心的多孔介质的体积为Vi，该体积下的孔隙体积为(Vp)i。则其孔隙度为Фi，则有 以O点为质心逐渐缩小的Vi尺寸，即Vi>V1>V2…….，我们便可以得到一系列的孔隙度值。在逐渐减小的过程中，由于O点周围孔隙大小的随机分布，孔隙度值会有小振幅波动。而当某个V小于某一体积V0时，我们会突然观察到孔隙度值出现较大的波动。在最后当所取的体积接近于0时，孔隙度的变化可为100%或0，它取决于O点是落在岩石的孔隙中还是在岩石的固体骨架上。 对于小于V0的体积来说，几乎没有能够代表体积为Vi的多孔介质孔隙度的单一数值，只有大于V0的体积才有单一孔隙度存在。所以体积V0就是该多孔介质在O点处的表征单元。 微观尺度代表性解决方案由上述分析可看出，对于非均质程度不同的岩心，我们测定时选取岩心大小应该有所不同。这就是对裂缝或溶洞、砾石等宏观均质、微观非均质的储层，不用小岩心柱而要用大岩心（即全直径岩心）来测定其储层基本物性参数（如孔隙度、渗透率等）的原因。 而应用现有的数字岩心技术，一般来说会选取岩心柱塞或者全直径岩心，进行成像分析。并且在获取的图像中切割出六面体的最小表征单元体建立数字岩心模型用于后期计算模拟。但是这种方法对于非均质性强的储层和样品来说，存在着不确定性。
科吉思公司的特色技术体系中，对于所取岩心的代表性，以及微观数字岩心模型的代表性都有相应的解决方案。1、对于研究区域或层位的岩心选取环节，针对所要解决的问题和技术需求，从巨观到宏观、宏观到介观、介观到微观，在每一步的选样环节都考虑到当前尺度下的非均质性特征及代表性，找到对研究区域或层位起主要影响因素的岩心位置。其优势在于优化了取心位置和取心数量，减少了研究成本；同时避免了区域内其他因素的干扰，提升了研究的准确性和针对性。2、应用掩模（Mask）方法，标记图像中的有效体素，跳过了最小表征单元体的切割环节，实现了对完整岩心柱的建模和分析。
利用Mask方法，对有效区域范围内体素进行建模分析，避免的扫描背景的影响可关注科吉思石油，查看原文：
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发表于 2020-6-29 15:29:45
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