GB/T38531-2020
微束分析致密岩石微纳米级孔隙结构计算机层析成像（CT）分析方法
Microbeamanalysis—Computedtomography(CT)methodformicro-andnano-porestructureanalysisintightrocksamples
- 中国标准分类号（CCS）G04
- 国际标准分类号（ICS）71.040.40
- 实施日期2021-02-01
- 文件格式PDF
- 文本页数19页
- 文件大小4.54M
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微束分析致密岩石微纳米级孔隙结构计算机层析成像（CT）分析方法
国家标准 GB/T38531一2020 微束分析致密岩石微纳米级孔隙结构 计算机层析成像(C'I)分析方法 Mieroheamanalysis一ComputedtomographyCTmethodformicrO-andl nano-porestruetureanalysisintightroeksamples 2020-03-06发布 2021-02-01实施 国家市场监督管理总局 发布 国家标涯花警理委员会国家标准
GB/T38531一2020 目 次 前言 引言 范围 规范性引用文件 术语和定义 方法概述 5 设备、器材与测试条件 测试步骤 数据处理 -** 8 分析报告 附录A(资料性附录》致密岩石微纳米级孔隙结构计算机层析成像分析报告格式示例 附录B资料性附录不确定度影响因素及典型样品多家实验室对比结果 15 参考文献
GB/38531一2020 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草
本标准由全国微束分析标准化技术委员会(SAC/TC38)提出并归口
本标准起草单位:石油天然气股份有限公司勘探开发研究院、石油化工股份有限公司胜利 油田分公司勘探开发研究院、石油天然气股份有限公司杭州地质研究院、石油化工股份有限公 司石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所、石油大学(华东,数岩科技(厦门)股份有限公司
本标准主要起草人:吴松涛、王晓琦、朱如凯,包有书、薛华庆、张文涛、金旭、崔景伟、周尚文、陈薇、 杨永飞、赵天鹏
GB/T38531一2020 引 言 致密岩石是全球非常规油气勘探的重要领域
致密岩石蕴含丰富的化石能源,潜力大,但孔隙结构 复杂,表征难度大
计算机层析成像(CT)已成为致密岩石有效性评价的重要手段,其获得的微观孔隙 结构与定量结果成为致密岩石储集性能评价的关键参数
为适应我国非常规储层评价试验技术发展需 要,特制定本标准,以规范计算机层析成像技术在致密岩石微纳米级孔隙结构评价中的应用
GB/T38531一2020 微束分析致密岩石微纳米级孔隙结构 计算机层析成像(CIT)分析方法 范围 本标准规定了计算机层析成像(CT)技术用于致密岩石微纳米级孔隙结构成像的术语和定义、分析 方法、技术要求、数据处理、分析报告内容与不确定度分析
本标准适用于泥页岩、致密碳酸盐岩、致密砂岩,煤岩等岩石的微纳米级CT分析,其他地质样品也 可参照执行
规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的
凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件
件
GB17589x射线计算机断层摄影装置质量保证检测规范 GB/T27025检测和校准实验室能力的通用要求 GB/T29034无损检测工业计算机层析成像(cT)指南 GB/T29070无损检测工业计算机层析成像(cT)检测通用要求 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件
3.1 x射线穿透率X-raypenetrationrate 经试样吸收后,X光强度与未经试样吸收时光强度的比值
3.2 分辨率pixelresolution 单个像素点代表的试样上的实际尺寸
3.3 伪影artifaet 扫描重构后的样品图像中,非随机性出现的非样品本身所具有的特征
注包括环状伪影和线状伪影
3.4 孔隙pore 岩石中未被固体物质充填的空间
注;包括溶洞与裂缝
3.5 孔隙度porosity 试样中孔隙总体积与试样总体积的比值
计算见式(1): P=V,/Vs×100%
GB/T38531一2020 式中 P 孔隙度 V 孔隙总体积 V 试样总体积
3.6 factor 形状因子shape 目标图像特征的数学描述
计算见式(2): G 式中 G 形状因子; A -孔隙截面面积,单位为平方米(m'); P -孔隙截面形状的周长,单位为米(m). 3.7 孔隙连通域porecomneectivitypart 连通域connectivitypart 试样中相互连通的孔歇范时. 注连通域分为三类(如图1所示),A类连通域指有孔隙像素落在且仅落在一个模型边界上的连通域;B类连通域 指有孔隙像素落在相邻模型边界上,且不为A类连通的连通域;c类连通域指有孔隙像素落在相对的模型边 界上的连通域m 说明: A类连通域 A B -B类连通域; C类连通域
图1活连通域分类示意图(以正立方体为例 3.8 孔隙连通率poreconneetivityratio 连通域的孔隙体积与总孔隙体积的比值n
计算见式(3):
GB/T38531一2020 P=V 100% ,N,a pcammreted/ X 式中: 孔隙连通率; 连通域的孔隙体积; Vpcmna V 总孔隙体积 'pTll 方法概述 致密岩石微纳米级孔隙结构计算机层析成像分析,利用x射线微聚焦器件将X射线源发射的x射 线聚焦,穿透样品,通过数据探测传输系统采集样品吸收后的X光信号,对试样进行360"扫描,以特定 算法,利用重构软件,求解出每个空间位置点的x光吸收系数,并以灰度显示试样中不同组分,获得试 样孔隙结构及相关数据
设备、器材与测试条件 5.1X射线CT扫描仪 5.1.1设备校准 X射线CT扫描仪应按照GB/T29070的规定进行校准
5.1.2射线源 能够发射稳定的xX射线光源,射线源x射线强度应满足对样品具有平均50%以上的穿透率
5.1.3试样台 试样台能够相对于射线源和探测器做垂直.水平移动,并可沿垂直轴向360"旋转
试样台垂直及 水平移动最小步长应小于或等于0.01nmm,沿垂直轴向旋转角度最小步长应小于或等于0.01" 5.1.4探测器 能够接收X射线并成像,扫描图像能够转化为数字信号并存储于存储器
探测器视野应满足对直 径不小于50Mm致密储层样品的二维成像,探测器像素点尺寸小于0.,5m 仪器外表面x射线强度 5.1.5 x射线开启及工作时仪器外表而的每一点x射线强度应小于1ASvh
5.2软件系统 软件系统应具备以下功能: 调节并控制X射线源功率、探测器曝光时间、射线源、样品台及探测器位置、样品扫描角度,并 a 能按照设定的扫描条件自动变换角度，扫描并存储试样投影图像 b)按照固定算法对投影图像计算得到二维切片,具有重构、预览、去除伪影、中心偏移及图像增强 等功能
对二维切片进行三维模型分析,具有图像滤波功能,可计算孔隙度、孔隙直径、连通率等参数 5.3仪器工作环境 环境条件应符合GB/T27025,GB/T29070规定
GB/T38531一2020 5.4辅助材料 金颗粒;球形,直径200 nm14m,纯度不低于90%
测试步骤 6.1试样制备与标记 将试样制备为圆柱状,试样直径应根据扫描分辨率确定,确保试样在360'扫描过程中,试样图像应 在探测器的接收范围之内
在分辨率优于50nm的高分辨扫描时,应在试样边缘放置标记用金颗粒,并记录信息 6.2测试参数设置 6.2.1扫描模式设置 X射线源开机后,经X射线源与探测器预热,得到稳定的X射线,根据试样化学成分,最小感兴趣 区与成像分辨率的关系,选定扫描模式
煤岩低密度试样宜采用相位衬度扫描模式,其余岩石试样宜采 用吸收衬度扫描模式
6.2.2试样旋转中心调节 将试样固定在试样台上,打开射线源及探测器,预览试样二维投射图像,并沿x方向(射线源与探 测器连线方向、Y方向(水平面内垂直于射线源与探测器连线方向)及乙方向(竖直方向)调整试样位 置使试样图像处于探测器视野之内,调整试样轴心与试样台旋转轴心重合,保证试样在360"旋转扫描 过程中,扫描图像不会超出探测器视野
调节流程符合GB/T29034、GB/29070和GB17589的 要求
6.2.3试样X射线穿透率调节 将试样移出视野,扫描单张空白图像,再将试样移人,获取试样单张扫描图像,试样图像各像素点的 灰度数值除以空白图像各点的灰度数值,得到x射线穿透率
调整X射线源电压,束流及曝光时间数 值使得试样的X射线平均穿透率在25%40%之间
记录参数
6.2.4投影图像数量选定 设定投影图像数量,宜不少于1200张,试验过程中可根据实际情况灵活调整扫描张数,记录扫描 参数
6.3数据采集 6.3.1背底采集 按照设定好的扫描条件,将试样移出X射线视域,依据6.2.3确定的参数采集背底
6.3.2试样成像数据采集 背底采集完成后,将试样移回X射线视域,采用相同的扫描参数采集试样X射线成像数据
试样 旋转360",采集X射线成像数据
GB/38531一2020 6.3.3图像漂移消除的数据采集 采用与6.3.2相同的扫描参数,根据仪器性能采集特定张数(以15张~20张为宜)的试样360'X射 线成像数据
数据处理 7.1背底扣除 利用6.3.2采集的试样成像数据减去6.3.1采集的背底数据,消除背底
7.2图像漂移消除 利用6.3.3数据消除试样扫描过程中物理偏移的影响
7.3图像重构 选择两个或两个以上角度的投影图像,逐步调节转轴中心偏移量,进行预重构s
参考面图像中矿 物轮廓、孔隙边缘清晰时,确定转轴中心偏移量,进行图像重构,并检查图像质量
重构后图像应无环状 或线状伪影见图2),样品边缘轮廓无重影,特征矿物晶形明显,孔隙边缘清晰,否则需重新重构或者重 新采集
说明 -环状伪影; 线状伪影 B 图2环状伪影与线状伪影图像举例 7.4孔隙结构分析 7.4.1图像滤波 利用三维分析软件,将7.3重建后的二维图像数据裁剪,宜选用非局部均值滤波(Non-Ioea！ Mean>)或高斯平滑算法进一步谴波与图像增强
谴波后,灰度分布直方图不同物质差异宜提高10%以 上,提高不同物质边界的清晰度(图3),不宜采用使物质边界模糊的滤波算法dl
GB/T38531一2020 500nm 500nm 4284 181264892 16861 说明 重建后二维图像 非局部均值滤波处理后图像; -A图对应的图像灰度分布直方图 B图对应的图像灰度分布直方图
图3图像滤波前后对比实例 7.4.2孔隙识别与参数计算 利用闵值分割法、二维分割法,手动修正分割法等方法,确定岩石骨架与孔隙的灰度界限值,再根据 灰度界限值对岩石骨架与孔隙进行识别刀
计算孔隙度,形状因子及连通率参数
同一个试样两次处 理计算的孔隙度相对偏差不超过10%;否则,应重新重构或者重新采集数据
注:岩石包括孔隙与岩石骨架,其中岩石骨架组成较为复杂,以常见的砂岩为例,主体包括石英、钾长石、斜长石、黑 云母等,同时还含有方解石、白 ,白云石,黄铁矿,绿泥石,蒙脱石,伊利石、伊蒙混层等矿物,不同矿物的密度及粒度 均有明显差异,因此在岩石CT图像中,不同的矿物组成与含量在一定程度上影响了孔隙识别的精度,尤其是 密度较低、粒径较小且经常充填孔隙的黏土矿物,对孔隙识别的影响最为明显,如图3B可见孔隙内大多充填 部分矿物,这些矿物与孔隙灰度切分的准确性直接影响了孔隙识别的精度
因此在对岩石样品进行孔隙识别 时,在关注局部精细切分的前提下,应从图像灰度的整体分布范围进行考虑,保证孔隙识别的精度
8 分析报告 8.1报告要求 报告内容应满足GB/T27025的要求,包括基本信息、设备信息、样品信息、扫描参数与分析结果
具体可参见附录A实例
GB/38531一2020 8.2报告内容 8.2.1基本信息 包括实验室名称、报告编号、分析人、审核人,签发人与报告时间
8.2.2设备信息 包括设备型号、基本参数、采纳的标准规范
8.2.3样品信息 包括地区、层位、井号、深度、岩性、原编号与尺寸
8.2.4扫描参数 包括扫描模式、曝光时间、扫描张数 8.2.5分析结果 包括孔隙结构定量评价表及成果图件,其中孔隙结构定量评价表包括但不限于孔隙度、形状因子与 孔隙连通率,成果图件包括但不限于原始扫描二维切片、孔隙识别二维切片、三维岩石模型图、三维孔隙 模型图、孔隙直径分布直方图、,孔隙数量分布直方图、孔隙体积分布直方图、,孔隙面积分布直方图
二维 切片图像应标注分辨率,宜采用“.tifr”“,png”等格式的二维图片
三维重构图像,可用于图形图像定量 计算机分析,输出格式宜采用“.raw”标准格式
具体可参见附录B实例
GB/T38531一2020 附 录 A 资料性附录) 致密岩石微纳米级孔隙结构计算机层析成像分析报告格式示例 本附录给出了致密岩石微纳米级孔隙结构计算机层析成像分析的报告示例,见图A.1图A.6、 表A.l表A.5
分新检测说明 R 1执行标准 2使用仅器 检测报告 3测试条件 AnalysisReport 4联系人 5通悄地址 6地址" 必 7船 校"" 话 鼠电 送样单位 真 9传 10电子信箱， 地区/井 样品块数 报告页数 检测 审核 发 报告日期 单位名称 LaboratorNamt 图A.1检测报告基本信息实例 图A.2分析报告设备信息实例 表A.1检测报告中样品信息与扫描参数实例 深度！ 尺寸 扫描 曝光时间 扫描 分析号原编号 地区 层位 井号 岩性 模式 张数 m cm
GB/38531一2020 700nm 500nm 说明: 二维切片; A 三维孔隙模型
图A.3分析报告二维切片与三维孔隙模型图像实例 表A.2不同物质相像素点数量与体积统计表 物质相 像素点数量 体积/4m" 基质矿物 孔敞 表A.3孔隙度与连通率计算结果统计表 计算参数 计算结果/% 孔隙度 A类 孔隙连通率 B类 C类
GB/T38531一2020 表A.4孔隙直径、数量、面积与体积分布统计表 序号 孔隙直径/4m 面积/Hm" 体积/m 形状因子 0l 02 03 04 05 06 表A.5孔隙直径、数量、面积与体积分布统计表 面积百分比 体积百分比 体积/gm 孔隙直径/m 面积/m 数量 0~0.1 0.l一0.2 0.20.5 0.5~1 12 o吵 510 1020 2050 50 50 43.75. 45 35 0 23.80 s5 20 15 10 6.08 5.09 4 0.00 0.00 0.10.20.20.50.51 510 10202050 >50 孔隙直径/um 图A.4分析报告孔隙面积分布直方图实例 10
GB/T38531一2020 60 55.20 50 40 30.29 30 20 10 3.00 2.49 0.67 .07 0.08 0.00 0.0o 0~0.10.1~0.20.20.50.5~1 1~2 25 5~1010~2020~50>50 孔隙直径/um 图A.5分析报告 -孔隙体积分布直方图实例 5000 450o 1283 400o 350o 3 00o 2567 2500 2000 500 000 500 20 50 12 0~0.10.1~0.20.2~0.50.5~1 2~5 5~10 10~20 20~50 孔败直径/um 图A.6分析报告 -孔隙数量分布直方图实例 11
GB/T38531一2020 录 附 B 资料性附录) 不确定度影响因素及典型样品多家实验室对比结果 B.1影响不确定度的主要因素 包括 试样的不均匀性(例如矿物组成复杂、孔隙结构差异大); a b) 试样的粗糙度(例如形状不规则); 射线源的不稳定性(例如电压,束流、能量); c 小 探测器老化(例如稳定度、分辨率、校正、污染、坏点); 扫描参数设置不当例如电压、分辨率、曝光时间、X射线穿透率) e fD 孔隙识别误差例如孔隙与矿物基质): 图像处理不当例如滤波、平滑不当); 8 h)基本校正误差例如没有公认的表格、数据.
B.2多家单位典型样品分析结果比对 针对典型的致密砂岩与页岩样品,选择行业内具有多年分析经验的、技术较成熟的四家实验室开展 孔隙结构分析,四家单位按照7.4.1与7.4.2计算了孔隙度、孔隙连通率、孔隙直径分布,分析结果具有 较好的一致性,孔隙度计算相对偏差小于10%,具体见表B.1表B.3 12
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3 二 二 多 二 oo S 8 3 3 5 8 N" S 兽 器 m 兽 8 复 S cm 9 二 3 e 出 s 14
GB/38531一2020 参 考文献 [1]孙亮,王晓琦,金旭,等，微纳米孔隙空间三维表征与连通性定量分析[J]，石油勘探与开发 2016.43(3);490-498. [2]曾更生.医学图像重建人门[M]
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Experimentalvalidationofpore-levelcealeula ionsofstaticanddynamicpetrophysicalpropertiesofclasticrocks.SPE109547
NaummDerzhi，JackDvorkin，ElizabethDiaz，etal.Comparisonoftraditionalanddigital rockphysicstechniquestodeterminetheelasticcoreparametersinCretacerousformations，Abu Dhabi[].SPE138586.
微束分析致密岩石微纳米级孔隙结构计算机层析成像（CT）分析方法GB/T38531-2020
在地质勘探领域，对致密岩石的微纳米级孔隙结构进行分析至关重要。然而，由于其高度致密和复杂性，传统的分析方法往往难以达到理想效果。
近年来，微束分析技术得到了广泛应用。微束分析利用了聚焦离子束、电子束等精细探针，可以对样品进行高精度的表征分析。相比传统方法，微束分析具有更高的分辨率和更好的空间解析度。
在GB/T38531-2020标准中，提出了一种利用计算机层析成像（CT）技术结合微束分析对致密岩石微纳米级孔隙结构进行分析的方法。该方法通过采集样品交叉切片的图像，使用CT技术重建出三维模型，并利用微束分析技术对其进行分析，从而得到更为精确的结果。
此外，在GB/T38531-2020标准中，还对该方法的具体操作流程和分析要点进行了详细描述，使得该方法能够更好地应用于实际生产中。
综上所述，微束分析致密岩石微纳米级孔隙结构计算机层析成像（CT）分析方法是一种高效、精准的分析方法，能够帮助地质勘探领域的工作者更好地了解致密岩石的内部结构。
