CN103091395A - 油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法及装置，其中方法包括：将超声波探头组阵布置于油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测的物理模型表面；所述超声波探头组阵在伺服系统的控制下，沿所述物理模型表面匀速往复运动，进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测。本发明实施例具有指向性好、价格低廉、对人体无害、适合高温高压下大尺寸模型等优点，通过对超声波探头进行组阵布置，结合信号分析与处理、数字成像和声时衍射等技术，超声波探测技术的应用将有助于改善其在油藏物理模拟中的适用性，提高检测的准确性、实时性、直观性以及检测结果的可靠性，推动油藏物理模拟实验向多孔介质等微观尺度发展。

Description

油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法及装置

技术领域

本发明涉及石油工业油藏物理模拟技术领域，尤其涉及油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法及装置。

背景技术

超声波技术具有无辐射、经济实用、适合高温高压条件下大尺寸模型探测等优点，目前在无损检测等领域应用。由于声波能够穿透多孔介质等不透光的物体，因此利用声波可以获得这些物体内部结构或流体饱和程度等声学信息，进而将该声学信息反演或重建为人眼可见的图像，从而获得多孔介质内物体或模型的内部结构或流体饱和程度等的参数信息及其分布规律。通过超声波技术与油藏物理模拟方法的有机结合，既能够进行传统的油藏物理基本参数测定及各种驱替实验研究，又能将多孔介质内微观尺度范围内的模型结构及流体分布进行反演重建，具有较强的实际应用价值。

然而，无论是单纯的超声波技术，还是传统油藏物理模拟技术，二者之间的平衡和匹配问题一直是学术界关注的焦点。实践也证明，由于油藏物理模拟高温高压的技术特点，模型探测需要耐温承压的载体，但不同声阻抗载体的存在势必增加超声波穿透的难度，此外，还存在超声波沿高声速载体绕射等诸多问题，因此，该技术的推广和应用受到了严重的制约。

发明内容

本发明实施例提供一种油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法，用以达到探测快速、操作方便、经济安全、能实现高温高压条件下大尺寸模型探测多孔介质中流体相态三维动态探测的目的，该方法包括：

将超声波探头组阵布置于油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测的物理模型表面；

所述超声波探头组阵在伺服系统的控制下，沿所述物理模型表面匀速往复运动，进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测。

一个实施例中，将所述超声波探头组阵线性或环绕式布置于所述物理模型表面。

一个实施例中，上述方法还包括：

根据多孔介质的尺寸、特性、温度压力条件和精度要求，确定所述超声波探头组阵的频率、尺寸和数量。

一个实施例中，所述超声波探头组阵的频率在20KHz至2MHz的频率范围内。

一个实施例中，所述超声波探头组阵采用一发多收、顺序发射的方式，在单位时间内完成所述物理模型表面的声学参数探测。

一个实施例中，上述方法还包括：

反演重建系统获得所述超声波探头组阵探测的声学参数，根据所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系，进行多孔介质内相态参数的反演和重建。

一个实施例中，上述方法还包括：

通过标定实验，确定所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系。

一个实施例中，根据所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系，进行多孔介质内相态参数的反演和重建，包括：

进行驱替实验或相态实验，通过所述声学参数，利用射线理论、波动理论及图像处理方法进行多孔介质内相态参数的反演和重建。

本发明实施例还提供一种油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置，用以达到探测快速、操作方便、经济安全、能实现高温高压条件下大尺寸模型探测多孔介质中流体相态三维动态探测的目的，该装置包括：

超声波探头组阵，布置于油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测的物理模型表面，用于在伺服系统的控制下，沿所述物理模型表面匀速往复运动，进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测；

伺服系统，与所述超声波探头组阵连接，用于控制所述超声波探头组阵沿所述物理模型表面匀速往复运动，以进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测。

一个实施例中，所述超声波探头组阵线性或环绕式布置于所述物理模型表面。

一个实施例中，所述超声波探头组阵的频率、尺寸和数量，是根据多孔介质的尺寸、特性、温度压力条件和精度要求确定的。

一个实施例中，所述超声波探头组阵的频率在20KHz至2MHz的频率范围内。

一个实施例中，上述装置还包括：

反演重建系统，与所述超声波探头组阵连接，用于获得所述超声波探头组阵探测的声学参数，根据所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系，进行多孔介质内相态参数的反演和重建。

本发明实施例与射线CT成像技术、核磁共振成像技术等相比，具有指向性好、价格低廉、对人体无害、适合高温高压下大尺寸模型等优点。随着电子技术、计算机技术的发展，通过对超声波探头进行组阵布置，结合信号分析与处理、数字成像和声时衍射等技术，超声波探测技术的应用将有助于改善其在油藏物理模拟中的适用性，提高检测的准确性、实时性、直观性以及检测结果的可靠性，推动油藏物理模拟实验向多孔介质等微观尺度发展，避免了单纯研究油、气、水体系相态关系，忽视多孔介质对其相态特征影响的弊端。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法的流程图；

图2为本发明实施例中驱替实验的示意图；

图3为本发明实施例中油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置的结构示意图；

图4为本发明实施例中油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置的具体实例的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

为了解决油藏条件下多孔介质中油、气、水等流体相态三维动态探测的问题，本发明实施例提供一种成本低廉、安全实用的利用超声波技术进行探测的方法。图1为本发明实施例中油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法的流程图，如图1所示，本发明实施例中油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法可以包括：

步骤101、将超声波探头组阵布置于油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测的物理模型表面；

步骤102、所述超声波探头组阵在伺服系统的控制下，沿所述物理模型表面匀速往复运动，进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测。

具体实施时，所述油藏条件下多孔介质包括但不限于天然岩心、人造岩心和填砂模型等多孔介质。流体包括但不限于油、气、水等流体。

具体实施时，可以将所述超声波探头组阵环绕式布置于所述物理模型表面，也可以将所述超声波探头组阵线性布置于所述物理模型表面。

具体实施时，可以根据多孔介质的尺寸、特性、温度压力条件和精度要求，确定所述超声波探头组阵的频率、尺寸和数量。例如可以确定所述超声波探头组阵的频率在20KHz至2MHz的频率范围内。

为了更快捷地进行声学参数探测，所述超声波探头组阵可以采用一发多收、顺序发射的方式，在单位时间内完成所述物理模型表面的声学参数探测。例如，可以通过在物理模型表面环绕式布置超声波探头组阵，进行一发多收、顺序发射，单位时间内完成模型某一截面的探测，同时，探头组阵在伺服系统的带动下沿模型表面匀速往复运动，实现油藏条件下多孔介质内油、气、水体系相态三维动态探测。

具体实施时，所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法中，还可以由反演重建系统获得所述超声波探头组阵探测的声学参数，根据所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系，进行多孔介质内相态参数的反演和重建。

具体的，可以通过标定实验，确定所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系。可以进行驱替实验或相态实验（Pressure-Volume-Temperature，PVT），通过所述声学参数，利用射线理论、波动理论及图像处理方法进行多孔介质内相态参数的反演和重建。图2为驱替实验的示意图。实施中，可以基于的射线理论透析成像方法，包括但不局限于变换重建法和技术展开法等反演方法，重建算法包括但不局限于射线追踪、迭代重建等重建算法。而超声波反演图像在采集、传输和保存的过程中易受到噪声影响，可以通过图像分割等进行超声波反演图像的处理。

举一例，本发明实施例中油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法中，可以根据待测多孔介质的特性、精度要求和温度压力条件，选择合适的探头频率、尺寸和数量，并确保超声波探头组阵与物理模型的匹配关系，在做好标定的基础上，进行油藏条件下多孔介质中油、气、水体系相态三维动态超声波探测，通过所测声学参数与多孔介质内流体相态之间的关系，利用射线理论、波动理论及图像处理方法进行多孔介质内相态参数的反演和重建。其中，超声波探头组阵频率范围一般为20KHz至2MHz；可以通过标定实验，确定超声波声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系，之后进行驱替实验或相态实验，通过所测声学参数，利用射线理论、波动理论及图像处理方法进行多孔介质内相态参数的反演和重建。探测过程中，伺服系统控制超声波探头组阵在物理模型表面匀速往复运动，单位时间内完成物理模型轴向上的声学参数探测。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置，如下面的实施例所述。由于油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置解决问题的原理与油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法相似，因此油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置的实施可以参见油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法的实施，重复之处不再赘述。

图3为本发明实施例中油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置的结构示意图。如图3所示，本发明实施例中油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置可以包括：

超声波探头组阵301，布置于油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测的物理模型表面，用于在伺服系统302的控制下，沿所述物理模型表面匀速往复运动，进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测；

伺服系统302，与所述超声波探头组阵301连接，用于控制所述超声波探头组阵301沿所述物理模型表面匀速往复运动，以进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测。

具体实施时，所述超声波探头组阵301可以线性或环绕式布置于所述物理模型表面。

具体实施时，所述超声波探头组阵301的频率、尺寸和数量，是可以根据多孔介质的尺寸、特性、温度压力条件和精度要求确定的。

具体实施时，所述超声波探头组阵的频率可以在20KHz至2MHz的频率范围内。

图4为本发明实施例中油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置的具体实例的示意图。如图4所示，具体实施时，所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置还可以包括：

反演重建系统401，与所述超声波探头组阵301连接，用于获得所述超声波探头组阵301探测的声学参数，根据所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系，进行多孔介质内相态参数的反演和重建。

综上所述，本发明实施例适于油气田开发等物理模拟实验中高温高压条件下饱和流体多孔介质的相态参数，如流体饱和度分布等的探测和反演，通过在物理模型表面布置探头组阵，进行一发多收、顺序发射，利用超声波声学参数，如声速、衰减或频率等与多孔介质内流体相态之间的关系，基于射线理论、波动理论的层析成像方法，对多孔介质内流体相态参数进行反演和重建。本发明实施例探测快速、操作方便、经济安全，能实现高温高压条件下大尺寸模型的探测，有利于物理模拟实验中饱和流体多孔介质微观领域内相态特征及规律的研究和应用。

本发明实施例适于在油藏条件下对多孔介质内流体相态参数测试过程中使用，与射线CT（Computed Tomography，计算机断层扫描）成像技术、核磁共振成像技术等相比，具有指向性好、价格低廉、对人体无害、适合高温高压下大尺寸模型等优点。随着电子技术、计算机技术的发展，通过对超声波探头进行环绕式或线性布置，结合信号分析与处理、数字成像和声时衍射等技术，超声波探测技术的应用将有助于改善其在油藏物理模拟中的适用性，提高检测的准确性、实时性、直观性以及检测结果的可靠性，推动油藏物理模拟实验向多孔介质等微观尺度发展，避免了单纯研究油、气、水体系相态关系，忽视多孔介质对其相态特征影响的弊端。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法，其特征在于，包括：

将超声波探头组阵布置于油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测的物理模型表面；

所述超声波探头组阵在伺服系统的控制下，沿所述物理模型表面匀速往复运动，进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测。

2.如权利要求1所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法，其特征在于，将所述超声波探头组阵线性或环绕式布置于所述物理模型表面。

3.如权利要求1所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法，其特征在于，还包括：

根据多孔介质的尺寸、特性、温度压力条件和精度要求，确定所述超声波探头组阵的频率、尺寸和数量。

4.如权利要求1所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法，其特征在于，所述超声波探头组阵的频率在20KHz至2MHz的频率范围内。

5.如权利要求1所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法，其特征在于，所述超声波探头组阵采用一发多收、顺序发射的方式，在单位时间内完成所述物理模型表面的声学参数探测。

6.如权利要求1至5任一项所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法，其特征在于，还包括：

反演重建系统获得所述超声波探头组阵探测的声学参数，根据所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系，进行多孔介质内相态参数的反演和重建。

7.如权利要求6所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法，其特征在于，还包括：

通过标定实验，确定所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系。

8.如权利要求6所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测方法，其特征在于，根据所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系，进行多孔介质内相态参数的反演和重建，包括：

进行驱替实验或相态实验，通过所述声学参数，利用射线理论、波动理论及图像处理方法进行多孔介质内相态参数的反演和重建。

9.一种油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置，其特征在于，包括：

超声波探头组阵，布置于油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测的物理模型表面，用于在伺服系统的控制下，沿所述物理模型表面匀速往复运动，进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测；

伺服系统，与所述超声波探头组阵连接，用于控制所述超声波探头组阵沿所述物理模型表面匀速往复运动，以进行油藏条件下多孔介质中流体相态的声学参数探测。

10.如权利要求9所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置，其特征在于，所述超声波探头组阵线性或环绕式布置于所述物理模型表面。

11.如权利要求9所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置，其特征在于，所述超声波探头组阵的频率、尺寸和数量，是根据多孔介质的尺寸、特性、温度压力条件和精度要求确定的。

12.如权利要求9所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置，其特征在于，所述超声波探头组阵的频率在20KHz至2MHz的频率范围内。

13.如权利要求9至12任一项所述的油藏条件下多孔介质中流体相态三维动态探测装置，其特征在于，还包括：

反演重建系统，与所述超声波探头组阵连接，用于获得所述超声波探头组阵探测的声学参数，根据所述声学参数与多孔介质内流体相态参数之间的关系，进行多孔介质内相态参数的反演和重建。

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