孔隙结构是影响多孔材料物理属性的关键因素,研究孔隙结构特征及其对渗透性、弹性、电性等性质的影响在许多领域具有重要意义。然而,准确量化孔隙结构和有效物理属性之间的关系仍具有挑战性。岩石是一种典型的多孔介质,具有极其复杂和不规则的孔隙结构,如何有效研究此类材料的有效物理属性受到广泛关注。传统实验室中,岩石物理关系通过测量大量样本获得,不仅耗时、成本高昂,且无法阐明孔隙尺度机理。基于数字岩芯技术能够有效研究孔隙结构特征,计算物理性质参数,掌握孔隙结构-物理属性变化趋势,探索孔隙尺度内在机制。本文在微观尺度上研究了孔隙结构-岩石物理属性关系,为研究多孔岩石物性关系提供更多思路。相关成果以“Modeling and petrophysical properties of digital rock models with various pore structure types: An improved workflow”为题发表在IJCST(International Journal of Coal Science & Technology,https://doi.org/10.1007/s40789-023-00627-z或点击文末“阅读原文”)。
总结数字岩芯工作流,具体研究孔隙结构对岩石物理属性的影响,探究孔隙结构-物理属性微观尺度机理。该工作流聚焦于讨论单个因素(孔隙结构)与岩石物理属性的关系及孔隙尺度机理。工作流主要描述为三个步骤:构建多种孔隙结构数字模型;表征模型孔隙结构特征;计算体积有效物理参数,讨论孔隙结构-有效属性之间的关系和微观尺度机理。
图1 基于数字岩芯技术研究孔隙结构-物理属性关系工作流
基于过程法和形态学法结合的混合建模方法,构建三组孔隙结构逐渐演化的数字岩芯模型。分析三组模型孔隙结构演化规律,量化孔隙结构特征及差异。讨论孔隙结构对物理属性影响变化规律,从孔隙尺度解释内在机理。具有不同演化特征孔隙结构模型的渗透率变化趋势不同,孔隙结构差异是导致渗透率不同结果的主要因素。量化孔隙结构对弹性参数(体积模量、剪切模量、纵波速度、横波速度)的影响程度,孔隙结构对剪切模量比体积模量影响更大,对横波速度比纵波速度影响更大。建立了孔隙几何参数与渗透率/弹性模量之间的定量关系。
图2 基于数字岩芯技术研究孔隙结构特征及物理属性演化规律
数字岩芯具有计算速度快、费用低、测试样品灵活、可控性强和绿色环保等优点,能够从微观尺度定量分析岩石物理属性的影响规律,探究内在响应机理。基于高精度图像采集、高性能计算处理和多方法数值模拟等技术发展起来的数字岩芯技术,为研究非均质、低渗、致密、含裂缝等复杂储层的岩石物理响应机理和特征规律提供新思路。随着勘探开发进一步向非常规与深层等储层扩展,基于数字岩芯技术的储层精细评价和岩石物理机理研究将越来越广泛。
蔡建超,博士,教授,博士生导师,现任职于中国石油大学(北京),Advances in Geo-Energy Research创刊主编,主要从事岩石微观输运物理等方面的教学及科研工作。在 Earth-Science Reviews、Geophysical Research Letters、Applied Energy、Marine and Petroleum Geology等期刊发表SCI学术论文200余篇。科睿唯安全球高被引科学家(2020-2021)以及爱思唯尔中国高被引榜单(2020-2022)。2017年获国家自然科学基金优秀青年科学基金,2021年获湖北省自然科学一等奖(排名第二)等。
李小彬,工学博士,毕业于中国地质大学(武汉),现为中国地质大学(武汉)资源学院博士后,主要研究方向为岩石物理、储层岩石表征及地球物理勘查。在Journal of Petroleum Science and Engineering、Marine and Petroleum Geology、Energies、《地球物理学进展》等国内外期刊发表学术论文多篇。作为骨干成员参与国家自然科学基金、中国石油、中国地质调查局等科研项目多项。
引用格式: Li, X., Wei, W., Xia, Y. et al. Modeling and petrophysical properties of digital rock models with various pore structure types: An improved workflow. Int J Coal Sci Technol 10, 61 (2023). https://doi.org/10.1007/s40789-023-00627-z
International Journal of Coal Science & Technology (IJCST) 创刊于2014年,由中国科协主管,中国煤炭学会主办,煤炭科学研究总院承办,采取钻石开放获取出版模式(即作者、读者均不需支付文章处理费APC),发表地质、采矿、化工、能源、环境等领域的原创性研究成果和高质量综述,为全球从事相关领域的学者提供国际交流平台。目前,IJCST已被ESCI、Ei、Scopus、CSCD、CAS、GeoBase等国内外重要数据库和检索系统收录,2019年入选“中国科技期刊卓越行动计划”。