一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法

2024-01-29 22:16:15

一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法
【專利摘要】本申請提供一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法，以能夠表徵小於50納米的儲層微觀孔隙結構。本申請所提供一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法包括：S1，製作儲層薄片；S2，利用所述儲層薄片製作儲層薄片電極；S3，利用電化學沉積在所述儲層薄片電極的儲層薄片內部孔隙中沉積結晶物；S4，去除所述沉積結晶物的儲層薄片的巖石部分以獲得所述結晶物；S5，掃描所獲得結晶物的形貌，所述掃描結果即為儲層微觀孔隙結構。通過本申請所提供的方法，能夠有效表徵出小於50納米的儲層微觀孔隙結構。
【專利說明】一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法

【技術領域】
[0001] 本申請涉及油氣儲層表徵領域，尤其涉及一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法。

【背景技術】
[0002] 在油氣開採中，儲層是一種存儲油氣的多孔介質。儲層的許多宏觀性質（如孔隙 度、滲透率、毛管壓力等）均取決於它的微觀結構和組成它的固體及其孔隙空間中流體的 物理性質。因此，要大幅度提高原油採收率，其理論研究和技術開發決不能僅停留在宏觀層 次上，必須深入多孔介質內部，從微觀層面上開展研究。
[0003] 油氣儲層微觀孔隙結構是指儲集巖中孔隙和喉道的幾何形狀、大小、分布及其相 互連通關係。油氣儲層微觀孔隙結構決定了油氣資源的儲集特徵、賦存機理與產出過程，特 別是對於納米級的微觀孔隙結構為主的緻密砂巖儲集體，其微觀孔隙結構更是決定其孔滲 透性特徵的重要因素。因此，如何準確表徵儲層微觀孔隙結構已成為油氣勘探過程中的重 要議題。
[0004] 目前，常規米用的儲層微觀孔隙結構表徵方法為CT掃描技術。CT掃描技術是一種 利用X射線對巖石樣品全方位、大範圍快速無損掃描成像，最終利用掃描圖像數值重構微 觀孔隙三維結構特徵的技術方法。所述CT掃描技術分為納米級CT和微米級CT，其中，微米 級CT僅能表徵微米級以上的孔隙結構，其最大解析度為0. 7微米；納米級CT比微米級CT 解析度較高，其測量過程中的最大解析度也僅為50納米。
[0005] 在油氣開發過程中，發現緻密砂巖、頁巖等非常規儲層中存在大量的小於50納米 的微觀孔隙結構，由於CT掃描技術最大解析度為50納米，所以採用常規的CT掃描技術是 難以滿足此種微觀孔隙結構的表徵需求，在一定程度上制約了緻密砂巖、頁巖等非常規儲 層的油氣勘探開發進程。所以，亟需一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法以能表徵小於50納 米的儲層微觀孔隙結構。


【發明內容】

[0006] 本申請提供一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法，以能夠表徵小於50納米的儲層 微觀孔隙結構。
[0007] 本申請所提供的一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法，包括：
[0008] 製作儲層薄片；
[0009] 利用所述儲層薄片製作儲層薄片電極；
[0010] 利用電化學沉積在所述儲層薄片電極的儲層薄片內部孔隙中沉積結晶物；
[0011] 去除所述沉積結晶物的儲層薄片的巖石部分以獲得所述結晶物；
[0012] 掃描所獲得結晶物的形貌。
[0013] 本申請利用電化學沉積能將金屬或半導體沉積在小於10納米的孔隙的特點，利 用儲層薄片製作工作電極，並使金屬離子在儲層微觀孔隙內沉積進行納米結晶，這樣最後 獲得的結晶物就能表徵出儲層微觀孔隙結構。所述結晶物可以克服現有技術中CT掃描技 術不能表徵50納米以下的微觀孔隙結構，提高了表徵解析度，有利於研究頁巖、緻密砂巖 等非常規儲層中的微觀孔隙結構。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 申請的一些實施例，對於本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根 據這些附圖獲得其他的附圖。
[0015] 圖1是本申請一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法步驟流程圖；
[0016] 圖2是本申請一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法中的製作巖石薄片的子步驟流 程圖；
[0017] 圖3是本申請一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法中的製作儲層薄片電極的子步 驟流程圖；
[0018] 圖4是本申請一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法中的沉積結晶物的子步驟流程 圖；
[0019] 圖5是本申請一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法中的獲取所述結晶物的子步驟 流程圖。

【具體實施方式】
[0020] 為了使本【技術領域】的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實 施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施 例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本申請中的實施例，本領域普通 技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本申請保 護的範圍。
[0021] 圖1是本申請實施方式提供的一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法步驟流程圖。本 申請所述儲層微觀孔隙結構的表徵方法包括以下步驟。
[0022] 步驟S1:製作儲層薄片。
[0023] 製作儲層薄片需要儲層樣本，儲層樣本可以是頁巖、砂巖、泥巖、火山巖、碳酸鹽 巖，還可以是巖心塊體、巖屑塊體或者露頭塊體樣本。採集到的所述儲層樣本一般內部孔 隙存在石油等雜質，需要進行清洗。將所述儲層樣本內部孔隙石油等雜質清洗之後將所述 儲層樣本切割、打磨等製作方式得到所述儲層薄片，所述儲層薄片厚度可以控制在1〇〇納 米?1毫米。
[0024] 步驟S2 :利用所述儲層薄片製作儲層薄片電極。
[0025] 本步驟中，所需的儲層薄片電極需在電化學沉積中控制金屬離子在儲層薄片內部 微觀孔隙中進行沉積，所以要保證金屬離子在電化學沉積中由儲層薄片的一巖石表面進入 並沉積在孔隙中，且金屬離子不能沉積在儲層薄片電極的其他部位。進而，需要使儲層薄片 電極除儲層薄片的巖石表面外均絕緣處理。
[0026] 所以，製作所述儲層薄片電極的過程可以為：使所述儲層薄片的部分巖石表面設 置一層導電層，所述導電層將所述部分巖石表面進行覆蓋且緊密連接在一起。所需的儲層 薄片電極長寬可以為0. 2釐米?0. 6釐米，故需要將設置導電層後的儲層薄片進行切割。然 後將所述導電層與沉積電極進行電性連接，然後再對除未設置導電層的巖石表面外的其他 表面進行絕緣處理，這樣就能保證裸露在電解液中的表面僅為所述巖石表面。
[0027] 通過上述製作方式，電解液中的金屬離子可以通過所述巖石表面進入所述儲層薄 片的微觀孔隙中，然後再接觸到沉積電極表面。隨著沉積的進行，所述金屬離子會在儲層薄 片的孔隙中進行沉積。
[0028] 所述沉積電極可以採用鉬電極、金電極、導電玻璃電極、銥電極、鉛電極、銀電極、 石墨電極中的一種。
[0029] 所述導電層可以採用金、銥、石墨、銀中的一種或幾種的合金材料，其厚度控制在 10納米?30納米之間均可。所述設置導電層的過程可以通過將所述儲層薄片放入真空中， 採用離子濺射的方式，在所述儲層薄片的部分巖石表面濺射一層10納米?30納米之間的 導電層。所述絕緣處理可以採用絕緣物質進行噴塗、包覆等方式，例如利用環氧樹脂對儲層 薄片電極中除未設置導電層的巖石表面外的其他表面進行包覆，達到絕緣效果。
[0030] 步驟S3 :利用電化學沉積在所述儲層薄片電極的儲層薄片內部孔隙中沉積結晶 物。
[0031] 電化學沉積是指金屬或合金或金屬化合物在電場作用下從其化合物水溶液、非水 溶液或熔鹽中在電極表面沉積出來的過程，通常伴隨有電子得失。本步驟中利用電化學沉 積的特點，將步驟S2中獲得的儲層薄片電極浸入電解液，利用兩電極體系或三電極體系， 採用恆電位沉積的方式使電解液中的金屬離子在所述儲層薄片的微觀孔隙中進行沉積。
[0032] 在所述電化學沉積中，沉積電位可以控制為-0. 5伏?-3伏，沉積時間控制為10 分鐘?10小時，這樣可以保證較好的沉積效果。相應的，所述電解液濃度在0. 001摩爾每 升?0. 1摩爾每升均可，以及電解液可以採用金屬離子溶液，如氯鉬酸溶液、氯金酸溶液、 硝酸銀溶液中的一種。
[0033] 步驟S4 :去除所述沉積結晶物的儲層薄片的巖石部分以獲得所述結晶物。
[0034] 在上述步驟S3中，所述金屬離子在所述儲層薄片的微觀孔隙中沉積後，所沉積形 成的結晶物的形貌會適應所述微觀孔隙結構，所以掃描所述結晶物的形貌即能表徵出所述 儲層薄片的微觀孔隙結構。在掃描所述結晶物之前需要先獲取所述結晶物。
[0035] 獲取所述結晶物需要先將所述沉積結晶物的儲層薄片從儲層薄片電極上取下，再 將所述沉積結晶物的儲層薄片的巖石部分去除。所述去除方式可以採用溶解方式。採取溶 解方式時，所選取溶解液的濃度可以為〇. 001摩爾每升?10摩爾每升，相應的溶解液可以 在氫氟酸、鹽酸、硝酸、磷酸中選取一種，也可以選取氫氟酸、鹽酸、硝酸、磷酸中任意幾種的 混合液。
[0036] 步驟S5 :掃描所獲得結晶物的形貌。
[0037] 獲取所述結晶物後，可以採用掃描電子顯微鏡進行掃描所獲得的結晶物的形貌。 所述掃描電子顯微鏡包括場發射掃描電子顯微鏡、環境掃描電子顯微鏡，在本步驟中均可 應用。所述掃描結果即為所述儲層薄片微觀孔隙結構。
[0038] 上述本申請所提供的實施方式利用電化學沉積的"陰極沉積"並能將金屬離子沉 積在小於10納米的孔隙的特點，利用儲層薄片製作工作電極，並利用金屬離子在儲層微觀 孔隙內沉積進行納米結晶，這樣最後的結晶物就能表徵出儲層微觀孔隙結構。所述結晶物 可以克服現有技術中CT掃描技術不能表徵50納米以下的微觀孔隙結構，提高了表徵分辨 率，有利於研究頁巖、緻密砂巖等非常規儲層中的微觀孔隙結構。並且本申請提供的表徵方 法獲得的結晶物為立體三維結構，可以直觀的掃描儲層微觀孔隙結構。
[0039] 如圖2所示，在本申請的一個實施方式中，所述步驟S1包括如下子步驟：
[0040] 步驟S11 :將儲層樣本進行洗油。
[0041] 本實施例中選取巖心砂巖塊體作為儲層樣本。對所述巖心砂巖塊體進行洗油操 作，是為了清洗所述巖心砂巖塊體內部孔隙中所夾帶的石油等物質，使得所述巖心砂巖塊 體內部孔隙無填充物，以便為後續進行電化學沉積做準備。
[0042] 步驟S12 :將所述洗油後的儲層樣本製作成厚度為100納米?1毫米的儲層薄片。
[0043] 此時，將上述洗油後的巖心砂巖塊體首先進行切割成初級巖心砂巖薄片，再將所 述初級巖心砂巖薄片表面打磨光滑並拋光至厚度為100微米的薄片，獲得巖心砂巖薄片。
[0044] 所述巖心砂巖薄片的厚度在100納米?1毫米之間均可，本實施例中選取100微 米作為巖心砂巖薄片的厚度。
[0045] 如圖3所示，在本申請的另一個實施方式中，所述步驟S2包括如下子步驟：
[0046] 步驟S21 :將所述儲層薄片部分巖石表面設置導電層。
[0047] 為保證電解液中的金屬離子可以通過所述儲層薄片的巖石表面進入所述儲層薄 片的微觀孔隙中，然後再接觸到沉積電極表面，需要將所述儲層薄片部分表面設置導電層 以具備導電性，並以此來吸引金屬離子進入到儲層薄片微觀孔隙內部。
[0048] 本步驟中，所述設置導電層在本實施例中這樣實現：先將所述儲層薄片放入真空 中，採用離子濺射的方式，在其一表面上濺射一層厚度為20納米的鉬，形成導電層。此時的 儲層薄片表面包括巖石表面、導電層表面。
[0049] 所述導電層還可以採用金、銥、石墨、銀中的一種或幾種的合金材料，其厚度控制 在10納米?30納米之間均可。
[0050] 步驟S22 :將所述設置導電層的儲層薄片切割。
[0051] 在本步驟中，需要將所述設置導電層儲層薄片一表面完全貼緊在沉積電極的表面 上，所以需控制所述儲層薄片的表面面積不能大於沉積電極的表面面積。因此，本步驟中將 覆蓋鉬導電層的巖心砂巖薄片的長寬切割均為〇. 4釐米。
[0052] 本步驟中覆蓋鉬導電層的巖心砂巖薄片的長寬並不局限於所述0.4釐米，所述覆 蓋鉬導電層的巖石砂巖薄片的長寬為〇. 2釐米?0. 6釐米中的某一長度即可。
[0053] 步驟S23 :將所述切割後的儲層薄片的導電層同沉積電極電性連接，得到初級儲 層薄片電極。
[0054] 為保證所述導電層可以吸引金屬離子，所以需將所述導電層與所述沉積電極進行 電性連接。使得在進行電化學沉積時，導電層可以吸引金屬離子進行沉積。所述切割後的 儲層薄片的導電層同沉積電性連接後得到初級儲層薄片電極。此時，所述步驟S21中的儲 層薄片的巖石表面即為初級儲層薄片電極的巖石表面。
[0055] 在本步驟中，將所述切割後的儲層薄片的導電層通過銀膠緊密粘連在鉬電極的一 面。所述鉬電極為沉積電極。
[0056] 所述電性連接的方式並不局限於上述的通過銀膠粘連的方式，還可以通過導電 膠、銀漿等。
[0057] 所述沉積電極也並不局限於採用上述鉬電極，還可以採用金電極、導電玻璃電極、 銥電極、鉛電極、銀電極、石墨電極中的一種。
[0058] 步驟S24 :將所述初級儲層薄片電極除巖石表面外的其他表面進行絕緣處理，得 到儲層薄片電極。
[0059] 為限制電化學沉積反應只發生在進入所述初級儲層薄片電極的巖石表面後，所以 需將初級儲層薄片電極除巖石表面外的其他表面進行絕緣處理。
[0060] 此時，通過環氧樹脂將所述鉬電極未被巖心砂巖薄片覆蓋的表面進行包覆以達到 絕緣效果，得到儲層薄片電極。
[0061] 如圖4所示，在本申請的一個可行的實施方式中，所述步驟S3包括如下子步驟：
[0062] 步驟S31 :選取濃度為0. 001摩爾每升?0. 1摩爾每升的氯鉬酸溶液、氯金酸溶 液、硝酸銀溶液中的一種為電解液。
[0063] 在進行電化學沉積時，需要先選取好進行電化學沉積的電解液。在本實施方式中， 選取濃度為〇. 01摩爾每升的氯鉬酸溶液為電解液。
[0064] 步驟S32 :將所述儲層薄片電極作為工作電極浸入所述電解液，控制沉積電位 為-0. 5伏?-3伏以及沉積時間為10分鐘?10小時。
[0065] 此時，將所述儲層薄片電極作為工作電極浸入所述氯鉬酸溶液，採用電化學沉積 中的兩電極體系，利用恆電位沉積的方式，控制沉積電位在-1伏，沉積時間為2小時。達到 沉積時間後，所述儲層薄片電極的巖心砂巖薄片的孔隙中會沉積結晶物。
[0066] 在進行電化學沉積時，本實施方式並不局限與上述的兩電極體系，三電極體系同 樣也可以適用。相應的，所述沉積電位在-0. 5伏?-3伏均可，以及沉積時間在10分鐘? 10小時均可。
[0067] 如圖5所示，在本申請的一個具體的實施方式中，所述步驟S4包括如下子步驟：
[0068] 步驟S41 :將所述沉積結晶物的儲層薄片從所述儲層薄片電極上分離。
[0069] 為了便於後續步驟中採用溶解方式去除所述儲層薄片上的巖石部分，需要將沉積 結晶物的儲層薄片從儲層薄片電極中取下，得到沉積結晶物鉬的巖心砂巖薄片。
[0070] 步驟S42 :選取濃度為0. 001摩爾每升?10摩爾每升的氫氟酸、鹽酸、硝酸、磷酸 中的一種或幾種的混合液作為溶解液。
[0071] 為將所述沉積結晶物的儲層薄片的巖石部分去除以獲得結晶物，本實施方式採用 溶解的方式去除巖石部分。溶解液的濃度可以為0. 001摩爾每升?10摩爾每升，相應的， 溶解液可以在氫氟酸、鹽酸、硝酸、磷酸中選取一種，也可以選取氫氟酸、鹽酸、硝酸、磷酸中 任意幾種的混合液。
[0072] 此時，選取濃度為0. 01摩爾每升的氫氟酸溶液作為溶解液。
[0073] 步驟S43 :將所述沉積結晶物的儲層薄片浸沒到所述溶解液中，待所述沉積結晶 物的儲層薄片的巖石部分溶解後獲得結晶物。
[0074] 將所述沉積結晶物的儲層薄片完全浸沒到所述氫氟酸溶液中，控制溶解時間在1 小時?5小時，待所述沉積結晶物鉬的巖心砂巖薄片的巖石部分完全溶解後，獲得所述結 晶物，所述結晶物的形貌即為巖心砂巖薄片內部的微觀孔隙結構。
[0075] 以上顯示和描述了本申請的基本原理、主要特徵及本申請的優點。本行業的技術 人員應該了解，本申請不受上述實施方式的限制，上述實施方式和說明書中描述的只是說 明本申請的原理，在不脫離本申請精神和範圍的前提下，本申請還會有各種變化和改進，這 些變化和改進都落入本申請要求保護的範圍內。本申請要求保護範圍由所附的權利要求書 及其等效物界定。
【權利要求】
1. 一種儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，包括以下步驟： 製作儲層薄片； 利用所述儲層薄片製作儲層薄片電極； 利用電化學沉積在所述儲層薄片電極的儲層薄片內部孔隙中沉積結晶物； 去除所述沉積結晶物的儲層薄片的巖石部分以獲得所述結晶物； 掃描所獲得結晶物的形貌。
2. 如權利要求1所述的儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，所述製作巖石薄 片的步驟包括： 將儲層樣本進行洗油； 將所述洗油後的儲層樣本製作成厚度為100納米?1毫米的儲層薄片。
3. 如權利要求1所述的儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，所述製作儲層薄 片電極的步驟包括： 將所述儲層薄片部分巖石表面設置導電層； 將所述設置導電層的儲層薄片切割； 將所述切割後的儲層薄片的導電層同沉積電極電性連接，得到初級儲層薄片電極； 將所述初級儲層薄片電極除巖石表面外的其他表面進行絕緣處理，得到儲層薄片電 極。
4. 如權利要求3所述的儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，所述導電層的厚 度為10納米?30納米，其材料採用鉬、金、銥、石墨、銀中的一種或幾種的合金材料。
5. 如權利要求3所述的儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，所述切割後的儲 層薄片的長寬為〇. 2釐米?0. 6釐米。
6. 如權利要求3所述的儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，採用銀膠將所述 切割後的儲層薄片的導電層同沉積電極電性連接。
7. 如權利要求3所述的儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，所述絕緣處理是 採用環氧樹脂將所述初級儲層薄片電極除巖石表面外的其他表面進行覆蓋。
8. 如權利要求3所述的儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，所述沉積電極採 用鉬電極、導電玻璃電極、金電極、銥電極、鉛電極、銀電極、石墨電極中的一種。
9. 如權利要求1所述的儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，所述沉積結晶物 步驟包括： 選取濃度為〇. 001摩爾每升?〇. 1摩爾每升的氯鉬酸溶液、氯金酸溶液、硝酸銀溶液中 的一種為電解液； 將所述儲層薄片電極作為工作電極浸入所述電解液，控制沉積電位為-〇. 5伏?-3伏 以及沉積時間為10分鐘?10小時。
10. 如權利要求1所述的儲層微觀孔隙結構的表徵方法，其特徵在於，所述獲取所述結 晶物的步驟包括： 將所述沉積結晶物的儲層薄片從所述儲層薄片電極上分離； 選取濃度為〇. 001摩爾每升?10摩爾每升的氫氟酸、鹽酸、硝酸、磷酸中的一種或幾種 的混合液作為溶解液； 將所述沉積結晶物的儲層薄片浸沒到所述溶解液中，待所述沉積結晶物的儲層薄片的 巖石部分溶解後獲得所述結晶物。
【文檔編號】G01N15/08GK104089863SQ201410287262
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月24日 優先權日:2014年6月24日
【發明者】李建明, 金旭, 王曉琦 申請人:中國石油天然氣股份有限公司