砾岩岩心颗粒结构中粒度的分析方法

技术领域

本发明涉及石油天然气勘探与开发领域，特别是一种砾岩岩心颗粒结构中粒度的分析方 法。

背景技术

碎屑岩结构是指碎屑岩内各结构组分的特点和相互关系，包括颗粒结构、杂基和胶结物 结构、孔隙结构、碎屑颗粒与杂基和胶结物之间关系。碎屑岩颗粒结构包括粒度、圆度、球 度、形状、分选性以及颗粒表面结构。碎屑岩颗粒结构中粒度特征（大小、分布）是碎屑岩 分类命名的依据，也是碎屑岩颗粒结构中分选性求取的基础。碎屑岩颗粒结构中粒度特征及 分选性是分析碎屑岩沉积时自然地理环境以及水动力条件的重要标志。同时，碎屑岩颗粒结 构中粒度特征及分选性对碎屑岩埋藏演化过程中储集物性演化也具有重要的控制作用。因此， 碎屑岩颗粒结构的粒度分析是油气勘探开发领域中的重要研究内容之一。

目前，碎屑岩粒度分析方法主要有直接测量法、筛析法、沉降法、激光粒度分析法及图 像分析法。直接测量法是利用直尺或测规直接测量松散沉积物中直径大于2mm的砾石的直 径，并分析其特征的粒度分析方法。筛析法是分析细砾级和砂级松散沉积物粒度特征的主要 方法，通常是取50g以上样品，在震筛机上筛约10min，然后分级称重。沉降法的基本原理 是利用颗粒沉降速度来划分粒度较细的粉砂和粘土的粒级分布。激光粒度分析法是根据激光 照射到颗粒后，颗粒能使激光产生衍射或散射的现象来测试粒径范围在0.02-2mm的粒度分 布。图像分析法包括薄片图像分析和岩心扫描图像分析，薄片图像分析是指将显微镜下的图 像采集到计算机中，在计算机上对颗粒的二维图像进行测量统计处理，分析碎屑岩中粒度直 径小于2mm的粒度分布特征；岩心扫描图像分析是通过选取一定长度（10-50cm）的岩心样 品，运用岩心剖切、抛光和图像扫描技术，形成高分辨率的岩心彩色扫描图像，利用先进的 图像分析方法提取图像中的砾石（直径大于2mm），获取单个砾石的粒径、形态、磨圆等数 据，统计砾石的分选、分布、定向等参数。

砾岩是指直径大于2mm的碎屑颗粒含量大于50%的碎屑岩。砾岩储层是石油、天然气重 要的储层之一。但是，目前已有的碎屑岩粒度分析方法不能够准确表征砾岩的粒度特征。直 接测量法和筛析法仅适用于松散沉积物，而对于已固结成岩的砾岩，若采用机械破碎，容易 使颗粒发生破碎或破碎不完全，导致分析结果不准确；若采用化学试剂溶解填隙物的方法， 会使颗粒同时发生溶解，导致分析结果不准确；激光粒度分析法、薄片图像分析法仅适用于 直径小于2mm的颗粒；岩心扫描图像分析法仅适用于分析砾岩中直径大于2mm的砾石。因 此，为了准确的表征砾岩颗粒结构中粒度的特征，用以分析碎屑岩沉积时自然地理环境以及 水动力条件，以及控制碎屑岩埋藏演化过程中储集物性演化，需要建立适用于砾岩颗粒结构 中粒度的分析方法。

发明内容

本发明的目的在于解决现有碎屑岩粒度分析方法不能够准确表征砾岩的粒度特征等上述 问题，提供了一种砾岩岩心颗粒结构中粒度的分析方法。该方法能够准确的表征砾岩颗粒结 构中粒度的特征，用于分析碎屑岩沉积时的自然地理环境及水动力条件，同时对碎屑岩埋藏 演化过程中储集物性演化具有重要的控制作用。

本发明的技术方案为：一种砾岩岩心颗粒结构中粒度的分析方法，具体步骤如下：

（1）对于砾岩岩心中直径大于2mm的砾石颗粒，借助透明纸，采用人工素描的方法对 岩心1：1精描，然后利用绘图软件进行清绘，获取砾级颗粒图像，再通过图像分析软件求取 每个砾石的面积SAi及其等面积圆直径Di、岩心总面积S，将每个砾石的面积求和得砾石的 总面积SA；

（2）对于砾岩中直径0.03-2mm的颗粒，从岩心中选择代表性区域钻取样品，磨制岩石 薄片，利用显微镜及摄像系统获取0.03-2mm的颗粒图像，然后通过图像分析软件求取薄片中 每个颗粒的面积Sbi及其等面积圆直径di、薄片总面积Sc，将每个颗粒的面积求和得薄片中颗 粒的总面积Sb。然后，计算砾岩岩心中每个直径-等面积圆直径为0.03-2mm的颗粒所对应的 面积SBi及岩心中0.03-2mm颗粒的总面积SB；

（3）将砾岩岩心宏观精描图像分析与典型区域微观薄片图像分析的分析结果相结合，计 算砾岩岩心中颗粒总面积Sg以及每个等面积圆直径对应颗粒面积占颗粒总面积的百分含量；

（4）利用砾岩岩心中每个等面积圆直径对应颗粒面积占颗粒总面积的百分含量数据，通 过绘图软件绘制砾岩岩心粒度概率累积曲线图，求取砾岩颗粒的结构参数。

优选的是，步骤（1）中，绘图软件采用CorelDRAW X4SP2软件，图像分析软件采用Motic  Image Advanced图像分析软件。

优选的是，步骤（2）中，显微镜采用蔡司AxioscopeA1APOL.数字透反偏光显微镜，图 像分析软件采用Axio Vision Software Rel.图像分析软件。

优选的是，步骤（4）中，绘图软件采用Grapher绘图软件。

本发明的有益效果为：本发明采用砾岩岩心宏观精描图像分析与典型区域微观薄片图像 分析相结合的方法，准确获取了砾岩颗粒结构中粒度的特征，用于分析砾岩沉积时的自然地 理环境及水动力条件，并用于研究砾岩储层的原始储集物性以及埋藏过程中储集物性的演化 规律，进而用于指导油气勘探开发。

附图说明

图1为本发明的流程框图。

图2为利用岩心扫描图像分析法获得的砾岩粒度概率累积曲线。

图3为薄片图像分析法获取的砾岩粒度概率累积曲线。

图4为利用本发明获取的砾岩粒度概率累积曲线。

图5为胜利油田某地区某砾岩岩心砾石颗粒1:1精描图像。

图6为胜利油田某地区某砾岩岩心中薄片图像。

图7为胜利油田某地区某砾岩岩心粒度概率累积曲线。

具体实施方式

以胜利油田某地区砾岩颗粒结构求取方法来说明该发明的具体技术方案。

一种砾岩岩心颗粒结构中粒度的分析方法，具体步骤如下：

（1）对于砾岩岩心中直径大于2mm的砾石颗粒，借助透明纸，采用人工素描的方法对 岩心1：1精描，然后利用CorelDRAW X4SP2绘图软件进行清绘，获取砾级颗粒图像（如图 5所示），再通过CorelDRAWX4SP2图像分析软件求取每个砾石的面积SAi及其等面积圆直 径Di、岩心总面积S，将每个砾石的面积求和得砾石的总面积SA。表1所示为某砾岩岩心砾 石颗粒1:1精描分析粒度数据表。

砾石的总面积计算公式为：

$\mathrm{SA}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{SAi}---\left(1\right)$

式中，SAi-指岩心中每个砾石颗粒的面积；n-指岩心中砾石颗粒的个数。

表1

（2）对于砾岩中直径0.03-2mm的颗粒，从岩心中选择代表性区域钻取样品，磨制岩石 薄片，利用蔡司AxioscopeA1APOL.数字透反偏光显微镜及摄像系统获取0.03-2mm的颗粒图 像，然后通过Axio Vision Software Rel.图像分析软件求取薄片中每个颗粒的面积Sbi及其等面 积圆直径di、薄片总面积Sc（如图6所示），将每个颗粒的面积求和得薄片中颗粒的总面积Sb； 然后，计算砾岩岩心中每个直径-等面积圆直径为0.03-2mm的颗粒所对应的面积SBi及岩心中 0.03-2mm颗粒的总面积SB。表2所示为某砾岩岩心0.03-2mm颗粒薄片图像分析粒度数据表。

岩心中0.03-2mm颗粒的总面积SB计算公式为：

$\mathrm{Sb}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{Sbi}---\left(2\right)$

式中，Sbi-指薄片中每个0.03-2mm颗粒的面积；n-指薄片中砂级颗粒的个数。

SBi=Sbi/Sc×（S-SA），i=1，2，3……n（3）

式中，SBi-砾岩岩心中每个等面积圆直径为0.03-2mm的颗粒所对应的面积。

$\mathrm{SB}=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}\mathrm{SBi}---\left(4\right)$

式中，n-指岩心中0.03-2mm颗粒的个数；

表2

（3）将砾岩岩心宏观精描图像分析与典型区域微观薄片图像分析的分析结果相结合，计 算砾岩岩心中颗粒总面积Sg以及每个等面积圆直径对应颗粒面积占颗粒总面积的百分含量 （如表3所示）。

计算公式如下：

砾岩岩心中颗粒总面积：

Sg=SA+SB     （5）

砾岩岩心中每个等面积圆直径的砾石占颗粒总面积的百分含量：

PAi=SAi/Sg×100%     （6）

砾岩岩心中每个等面积圆直径2-0.03mm的颗粒占颗粒总面积的百分含量：

PBi=SBi/Sg×100%    （7）

表3所示为某砾岩岩心各等面积圆直径对应颗粒面积占颗粒总面积百分含量计算表。

表3

表3中：φ=-log2D，D为砾岩中颗粒等面积圆直径（单位mm）。

（4）利用砾岩岩心中每个等面积圆直径对应颗粒面积占颗粒总面积的百分含量数据（如 表3所示），通过Grapher绘图软件绘制砾岩岩心粒度概率累积曲线图（如图7所示），求取 砾岩颗粒的结构参数：Mz=-2.57φ，So=3.08，其中Mz为平均粒径，So为分选系数。

表4所示为本发明求取的颗粒结构参数与现有分析法求取的颗粒结构参数对比表。

表4

对于同一块砾岩岩心，图2为利用岩心扫描图像分析法获得的砾岩粒度概率累积曲线，图 3为薄片图像分析法获取的砾岩粒度概率累积曲线，图4是本发明方法获取的砾岩粒度概率累 积曲线，表4是利用三种方法获取的砾岩粒度概率累积曲线求取的分选系数（So）、平均粒径 （Mz）。对比分析可知，利用三种方法所获取的砾岩粒度直径范围、粒度概率累积曲线形态、 分选系数（So）、平均粒径（Mz）存在明显差异，并且本发明方法获取的砾岩粒度直径范围 及粒度概率累积曲线形态、分选系数（So）、平均粒径（Mz）更符合理论上砾岩的粒度特征。