[发明专利]一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及岩石物理研究领域中的一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法，具体的说是一种应用FIB-SEM技术构建纳米级泥页岩岩心的一套处理方法。

背景技术

数字岩心的建模方法主要有两大类：一类是物理方法，通过实验仪器对岩心样品直接成像构建数字岩心，主要有序列二维薄片叠加成像方法、共焦激光扫描方法和X射线CT扫描成像方法；另一类是数学方法，是以高精度二维薄片图像为基础，通过随机模拟或地质过程模拟重建三维数字岩心。

共焦激光扫描方法构建的数字岩心相当于二维薄片厚度的伪三维数字岩心，因此在实际构建数字岩心过程中较少使用，实际应用中常用的构建数字岩心的物理方法是X射线CT扫描成像方法和序列成像法。

目前主要有两种类型的X射线CT扫描系统用于构建储层岩石的数字岩心，一种是使用工业X射线发生器产生X射线的台式微CT扫描系统；另一种是采用同步加速器作为X射线发生器的同步加速微CT扫描系统。虽然现在先进的台式微CT扫描系统可以获得分辨率为5um甚至更高分辨率的数字岩心，但是文献中高质量的数字岩心都是用同步加速微CT扫描系统获得的。澳大利亚国立大学于2004年建立了数字岩心实验室，应用自制的微CT扫描系统对数字岩心构建技术进行了广泛深入的研究，构建了直径为5cm，最大视域为55mm，分辨率小于2um的柱塞岩心的数字岩心。

除采用物理实验法之外，还可以采用数学重建算法构建数字岩心，目前主要有随机方法和过程模拟方法。随机方法主要包括高斯随机场方法、模拟退火法、顺序指示模拟方法、多点地质统计学方法和马尔科夫链方法。

1974年，Joshi首次提出了重建三维数字岩心的高斯随机场方法。1997年，Hazlett提出了重建三维数字岩心的模拟退火方法。2003年，Keehm利用顺序指示模拟(SISIM)算法重建了三维数字岩心。这三种方法建立的数字岩心在孔隙度较低时连通性较差。2004年，Okabe借鉴地质建模过程中常用的地质统计学方法，开发了从岩心二维薄片图像重建三维数字岩心的多点地质统计学方法。Wu等人基于马尔科夫随机网格统计模型重建了三维数字岩心。这两种方法建立的数字岩心孔隙连通性较好。与随机方法引入随机函数重建数字岩心不同，1997年，和Bakke应用不同颗粒半径的球体通过模拟岩石的沉积过程、压实过程和成岩过程重建了数字岩心。过程模拟法建立的数字岩心孔隙连通性较好，但是一般只适用于成岩过程简单岩石的数字岩心的重建。

从目前众多的数字岩心建模方法来看，物理实验法是构建数字岩心最精确的方法，最能反映真实岩心的微观孔隙结构。但是采用不同的分辨率扫描同一块的岩心，扫描结果显示：随着分辨率的提高，数字岩心的孔隙度逐渐增大。当分辨率达到1μm时，三维数字岩心的孔隙度仍小于孔隙度的实验室测量结果，说明岩心中存在尺寸小于扫描分辨率的微孔隙。微孔隙的存在使数字岩心孔隙度和实验孔隙度相比偏低，并且影响数字岩心的孔隙连通性，不利于后续数值模拟研究。目前常用的CT扫描分辨率多为微米级和亚微米级，难以观察到泥页岩中的纳米级裂缝孔隙系统，由于CT扫描分辨率的限制，目前急需提出一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法，从而为泥页岩储层孔隙结构及数字岩石物理属性研究提供有效的媒介。

发明内容

(一)发明目的

本发明是提供一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法，具体是利用FIB-SEM技术切割扫描泥页岩岩心及后续处理的一套建立纳米级泥页岩数字岩心的技术，本文构建纳米分辨率的泥页岩数字岩心，可以清楚地分析泥页岩孔隙结构分布，并划分有机孔隙无机孔隙。

(二)技术方案

一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法，首先采用FIB-SEM切割扫描技术对泥页岩岩心样品进行切割扫描，获得一系列的岩心二维图片，然后对获取的图片采用图像配准技术对相邻两张图像进行对齐处理，采用剪切变换对图像就行角度校正，采用对图像进行阴影校正，最终构建纳米级分辨率的泥页岩数字岩心，其具体步骤如下：

(1)利用FIB-SEM对岩心进行切割扫描，步骤包括：

a.对直径25毫米柱塞岩样，选择适当的子样品区域，切下直径25毫米，厚2-5毫米的薄片，然后用电镜观察，选择感兴趣区域，并对切割端面就行氩离子剖光；

b.对剖光后的岩心扫描端面进行涂碳处理；

c.在样品表面磨削出一个凹槽，然后使用FIB-SEM技术对面积15微米x10微米x10微米区域进行切割扫描；

d.扫描切割交替进行，获得切片数不小于1000张TIFF格式的切片图像；