CN104866706A - 碳酸盐岩渗透率确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种碳酸盐岩渗透率确定方法及装置，该方法包括：读取碳酸盐岩的CT扫描图片；对碳酸盐岩的CT扫描图片进行二值化处理，从二值化处理后的碳酸盐岩的CT扫描图片中读取碳酸盐岩中多孔介质的二值化图像；根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率。本发明可以快速并准确地确定碳酸盐岩渗透率。

Description

碳酸盐岩渗透率确定方法及装置

技术领域

本发明涉及油田开采技术领域，尤其涉及碳酸盐岩渗透率确定方法及装置。

背景技术

对于碳酸盐岩储层的孔洞、裂缝发育的研究中，目前对碳酸盐岩储层的孔、洞、缝微观流动研究的方法和认识较少，主要采用常规的驱替实验、压汞法等手段，很难精确，快速求取岩心的相对渗透率。下面对驱替实验、压汞法进行说明。

一、流动规律研究中的微观分析技术之一：驱替实验。

驱替实验是将岩心饱和盐水，然后装入岩芯夹持器，设置好流量，在所设置的流量下测定岩芯入口端的压力，并用量杯和秒表测其出口端流量；待压力表数据趋于稳定，出口流速稳定时，记录此时的压力和流量，然后带入达西公式，求得岩心渗透率。此方法简单，成本低廉，是目前储层渗流规律研究中的常用方法。该分析方法的不足是：时间长，实验过程容易出现误差。具体如下：

1、利用驱替实验测定岩心渗透率，需要专业技术人士去判读，对操作人员的技术水平经验依赖性大，仪器的精度会直接影响驱替结果的好坏；实际工作中，因操作人员、摄像参数设置等的不同，分析结果可能存在差别；

2、测定时间长。由于碳酸盐岩连通性差、非均质性很强，做一组驱替实验需要花费比较长的时间，如出现差错，需要重新测定，同时，由于渗透率低，流量小，计量不准也会造成测试的误差；

3、驱替过程中，只能记录一些实时数据，时间和流量，不能实时动态的观察驱替的过程，反映不出真实的流体的流动规律。

二、储层研究中的微观分析技术之一：压汞法。

常规压汞法以毛细管束模型为基础，假设多孔介质由直径大小不同的毛细管束组成。将非润湿相的汞注入被抽空的岩样空间中去时，一定要克服岩石孔隙系统对汞的毛细管阻力。汞作为非润湿相，汞的注入过程中汞首先进入较大的孔隙喉道中；随着注入压力不断 增加，汞即不断进入较小的孔隙。岩样的毛细管压力与孔径分布、孔隙体积分布、孔喉连通关系、孔隙度、渗透率及流体饱和度等都有关。因此，利用毛管曲线可以分析不同渗透率岩心的孔喉分布及渗透率贡献率分布特征，探讨渗透率、平均喉道半径、分选系数等孔隙结构参数。

压汞法利用毛管曲线可以分析不同渗透率岩心的孔喉分布及渗透率贡献率分布特征，但有其不足在于：

1、压汞实验过程中，使用的汞有毒，会对人体和环境造成危害；

2、压汞法得到的岩石的孔隙结构特征，是一个平均参数，不能得到不同大小的孔喉的定量分布特征；

3、压汞实验时，汞的注入过程中会对原来的孔隙及其内部的粘土矿物等产生破坏，反映不出真实的岩石孔隙结构特征。注入压力越高，这种影响越大；

4、压汞实验时，只能记录一些实时数据，不能实时动态的观察驱替的过程，反映不出真实的流体的流动规律。

发明内容

本发明实施例提供一种碳酸盐岩渗透率确定方法，用以快速并准确地确定碳酸盐岩渗透率，该方法包括：

读取碳酸盐岩的CT扫描图片； 

对碳酸盐岩的CT扫描图片进行二值化处理，从二值化处理后的碳酸盐岩的CT扫描图片中读取碳酸盐岩中多孔介质的二值化图像；

根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；

对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；

根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；

根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率。

一个实施例中，根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型，包括：将所述多孔介质的二值化图像的图片参数转换为格子波尔兹曼参数。

一个实施例中，对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化，包括：对碳酸盐岩的物理模型进行密度和速度初始化。

一个实施例中，根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量，包括：根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的密度、速度和压力。

一个实施例中，根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率，包括：

根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的格子波尔兹曼物理模型；LBGK演化方程如下：

$f_i(\stackrel{\→}{x}+{\stackrel{\→}{c}}_i\mathrm{\Δt},t+\mathrm{\Δt})-f_t(\stackrel{\→}{x},t)=-\frac{1}{\mathrm{\τ}}(f_i(\stackrel{\→}{x},t)-f_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t))$

其中，为格点位置；为离散速度；t为时间；Δt为时间增量；为t+Δt时刻的密度分布函数；为t时刻的密度分布函数；τ为松弛时间；为平衡态分布函数；在LBGK模型中采用DnQb模型，n代表空间维数，b代表离散速度个数，平衡态分布函数的统一形式如下：

$f_i^{\mathrm{eq}}=\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ω}}_i[1+\frac{c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u}}{c_s^2}+\frac{{(c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u})}^2}{2c_s^4}-\frac{{(\stackrel{\→}{u}\·\stackrel{\→}{u})}^2}{2c_s^2}]$

其中，ρ为密度；ω_i为权系数；c_s为声速，为离散速度单位矢量，离散速度粒子迁移速率c＝Δx/Δt；Δx为格子步长；为流速；在选择权系数ω_i时，使满足质量和动量守恒，及各向同性约束：

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{\stackrel{\→}{c}}_i{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u}\stackrel{\→}{u}+\mathrm{pI};$

p为压力；I为压力系数； 

DnQb模型选择D2Q9模型，在D2Q9模型中，离散速度：

${\stackrel{\→}{c}}_i=\left\{\begin{array}{cc}\left(\mathrm{0,0}\right)& i=0\\ (\cos \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right),\sin \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right))c& i=\mathrm{1,2,3,4}\\ \sqrt{2}(\cos (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4}),\sin (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4}))c& i=\mathrm{5,6,7,8}\end{array}\right.$

根据的对称特点，假设ω₀＝T₀，ω₁＝ω₂＝ω₃＝ω₄＝T₁，ω₅＝ω₆＝ω₇＝ω₈＝T₂，c＝1；T₀为t₀时刻的流体温度；T₁为t₁时刻的流体温度；T₂为t₂时刻的流体温度；将代入质量、动量守恒式及各向同性约束中，得到：

$T_0+4T_1+4T_2=1,\frac{2c^2}{c_s^2}(T_1+2T_2)=1,$

$c_s^2\mathrm{\ρ}+(\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T)-\frac{1}{2})\mathrm{\ρ}{\stackrel{\→}{u}}^2=p,4T_2{c}^4=c_s^2$

T为t时刻的流体温度；

对于理想流体，压力与速度无关，得到：

$\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T_2)=\frac{1}{2}$

求解上述方程组得到：

$c_s=1/\sqrt{3},T_1=1/9,T_2=1/36,T_0=4/9,p={\mathrm{\ρc}}_s^2$

通过LB方程，求出流体宏观流速，带入达西方程，求得碳酸盐岩渗透率。

本发明实施例还提供一种碳酸盐岩渗透率确定装置，用以快速并准确地确定碳酸盐岩渗透率，该装置包括：

图片读取模块，用于读取碳酸盐岩的CT扫描图片； 

图片处理模块，用于对碳酸盐岩的CT扫描图片进行二值化处理，从二值化处理后的碳酸盐岩的CT扫描图片中读取碳酸盐岩中多孔介质的二值化图像；

渗透率确定模块，用于根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率。

一个实施例中，所述渗透率确定模块具体用于：

在根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型时，将所述多孔介质的二值化图像的图片参数转换为格子波尔兹曼参数。

一个实施例中，所述渗透率确定模块具体用于：

在对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化时，对碳酸盐岩的物理模型进行密度和速度初始化。

一个实施例中，所述渗透率确定模块具体用于：

在根据处理后的碳酸盐岩的物理模型计算碳酸盐岩的宏观量时，计算碳酸盐岩的密度、速度和压力。

一个实施例中，所述渗透率确定模块具体用于：

根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的格子波尔兹曼物理模型；LBGK演化 方程如下：

$f_i(\stackrel{\→}{x}+{\stackrel{\→}{c}}_i\mathrm{\Δt},t+\mathrm{\Δt})-f_t(\stackrel{\→}{x},t)=-\frac{1}{\mathrm{\τ}}(f_i(\stackrel{\→}{x},t)-f_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t))$

其中，为格点位置；为离散速度；t为时间；Δt为时间增量；为t+Δt时刻的密度分布函数；为t时刻的密度分布函数；τ为松弛时间；为平衡态分布函数；在LBGK模型中采用DnQb模型，n代表空间维数，b代表离散速度个数，平衡态分布函数的统一形式如下：

$f_i^{\mathrm{eq}}=\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ω}}_i[1+\frac{c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u}}{c_s^2}+\frac{{(c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u})}^2}{2c_s^4}-\frac{{(\stackrel{\→}{u}\·\stackrel{\→}{u})}^2}{2c_s^2}]$

其中，ρ为密度；ω_i为权系数；c_s为声速，为离散速度单位矢量，离散速度粒子迁移速率c＝Δx/Δt；Δx为格子步长；为流速；在选择权系数ω_i时，使满足质量和动量守恒，及各向同性约束：

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{\stackrel{\→}{c}}_i{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u}\stackrel{\→}{u}+\mathrm{pI};$

p为压力；I为压力系数； 

DnQb模型选择D2Q9模型，在D2Q9模型中，离散速度：

${\stackrel{\→}{c}}_i=\left\{\begin{array}{cc}\left(\mathrm{0,0}\right)& i=0\\ (\cos \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right),\sin \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right))c& i=\mathrm{1,2,3,4}\\ \sqrt{2}(\cos (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4}),\sin (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4}))c& i=\mathrm{5,6,7,8}\end{array}\right.$

根据的对称特点，假设ω₀＝T₀，ω₁＝ω₂＝ω₃＝ω₄＝T₁，ω₅＝ω₆＝ω₇＝ω₈＝T₂，c＝1；T₀为t₀时刻的流体温度；T₁为t₁时刻的流体温度；T₂为t₂时刻的流体温度；将代入质量、动量守恒式及各向同性约束中，得到：

$T_0+4T_1+4T_2=1,\frac{2c^2}{c_s^2}(T_1+2T_2)=1,$

$c_s^2\mathrm{\ρ}+(\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T)-\frac{1}{2})\mathrm{\ρ}{\stackrel{\→}{u}}^2=p,4T_2{c}^4=c_s^2$

T为t时刻的流体温度；

对于理想流体，压力与速度无关，得到：

$\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T_2)=\frac{1}{2}$

求解上述方程组得到：

$c_s=1/\sqrt{3},T_1=1/9,T_2=1/36,T_0=4/9,p={\mathrm{\ρc}}_s^2$

通过LB方程，求出流体宏观流速，带入达西方程，求得碳酸盐岩渗透率。

本发明实施例中，读取碳酸盐岩的CT扫描图片；对碳酸盐岩的CT扫描图片进行二值化处理，从二值化处理后的碳酸盐岩的CT扫描图片中读取碳酸盐岩中多孔介质的二值化图像；根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率；无需人工参与，也无需采用水或者汞等的注入过程，因此能够快速并准确地确定碳酸盐岩的渗透率，不会对人体和环境造成危害；并且，求取碳酸盐岩的渗透率所依据的是碳酸盐岩的CT扫描图片，因此可以在岩心无损的情况下，可以准确确定碳酸盐岩的渗透率，并实时动态反映真实流体的流动规律。

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为本发明实施例中碳酸盐岩渗透率确定方法的示意图；

图2为本发明实施例中碳酸盐岩渗透率确定装置的示意图；

图3为本发明实施例中碳酸盐岩的CT扫描图片。

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。

针对目前常规岩心及非常规岩心流动模拟时间长，误差大的不足，在本发明实施例中 提供的技术方案中，通过图像处理技术，结合程序设计，利用CT扫描图像，以碳酸盐岩CT扫描图像为实例，模拟了流体在碳酸岩盐中的流动，计算了流体的绝对渗透率，为碳酸盐岩油藏开发提供了可靠的方法和技术。具体实施可以如下：

图1为本发明实施例中碳酸盐岩渗透率确定方法的示意图。如图1所示，该方法可以包括：

步骤101、读取碳酸盐岩的CT扫描图片； 

步骤102、对碳酸盐岩的CT扫描图片进行二值化处理，从二值化处理后的碳酸盐岩的CT扫描图片中读取碳酸盐岩中多孔介质的二值化图像；

步骤103、根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率。

由图1所示流程可以得知，本发明实施例方法无需人工参与，也无需采用水或者汞等的注入过程，因此能够快速并准确地确定碳酸盐岩的渗透率，不会对人体和环境造成危害；并且，求取碳酸盐岩的渗透率所依据的是碳酸盐岩的CT扫描图片，因此可以在岩心无损的情况下，可以准确确定碳酸盐岩的渗透率，并实时动态反映真实流体的流动规律。

具体实施时，先读取碳酸盐岩的CT扫描图片；再对碳酸盐岩的CT扫描图片进行二值化处理，从二值化处理后的碳酸盐岩的CT扫描图片中读取碳酸盐岩中多孔介质的二值化图像。然后，再根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型。实施例中，根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型，可以包括：将所述多孔介质的二值化图像的图片参数转换为格子波尔兹曼参数。

即，实施例中，利用格子波尔兹曼算法建立碳酸盐岩的物理模型。格子波尔兹曼算法的思想是利用统计物理的方法来研究连续的流体力学问题。该方法把流体力学方程在空间上离散为有质量、有速度而没有体积的微观粒子，微观粒子在每个时间步内进行碰撞、受力和迁移等操作，在时间演化过程中仿真流体从瞬态到稳态的过程。流体的宏观物理性质由微观粒子的统计结果得到。

在建立碳酸盐岩的物理模型后，对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率。实施例中，对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化，可以包括：对碳酸盐岩的物理模型进行密度和速度初始化。实施例 中，根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量，可以包括：根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的密度、速度和压力。

下面再详细介绍建立碳酸盐岩的物理模型以求取碳酸盐岩的渗透率的具体实例。本例中，建立根据多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的格子波尔兹曼物理模型。

格子波尔兹曼模型常表示为DnQb(具有n维和b个方向的速度)，其中最常用的模型有D2Q9模型、D3Q15模型和D3Q19模型。

LBGK演化方程为： 

$f_i(\stackrel{\→}{x}+{\stackrel{\→}{c}}_i\mathrm{\Δt},t+\mathrm{\Δt})-f_t(\stackrel{\→}{x},t)=-\frac{1}{\mathrm{\τ}}(f_i(\stackrel{\→}{x},t)-f_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t))$

其中为格点位置；为离散速度；t为时间；Δt为时间增量；为t+Δt时刻的密度分布函数；为t时刻的密度分布函数；τ为松弛时间；关键是选择恰当的平衡态分布函数在LBGK模型中，最常用的是Qian提出的DnQb模型。这里n代表空间维数，b代表离散速度个数。这类模型的格子是D维空间的立方体，平衡态分布函数的统一形式为：

$f_i^{\mathrm{eq}}=\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ω}}_i[1+\frac{c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u}}{c_s^2}+\frac{{(c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u})}^2}{2c_s^4}-\frac{{(\stackrel{\→}{u}\·\stackrel{\→}{u})}^2}{2c_s^2}]$

式中ρ为密度；ω_i为权系数；c_s为声速，为离散速度单位矢量，离散速度粒子迁移速率c＝Δx/Δt；Δx为格子步长；为流速。一旦选定了离散速度，只需确定权系数ω_i就可得到为了保证得到正确的宏观方程，在选择权系数时，应当使满足质量和动量守恒，及各向同性等约束：

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{\stackrel{\→}{c}}_i{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u}\stackrel{\→}{u}+\mathrm{pI}$

下面以D2Q9模型为例来介绍本例中应用的格子波尔兹曼算法。在D2Q9模型中，离散速度

${\stackrel{\→}{c}}_i=\left\{\begin{array}{cc}\left(\mathrm{0,0}\right)& i=0\\ (\cos \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right),\sin \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right))c& i=\mathrm{1,2,3,4}\\ \sqrt{2}(\cos (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4}),\sin (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4}))c& i=\mathrm{5,6,7,8}\end{array}\right.$

根据的对称特点，假设ω₀＝T₀，ω₁＝ω₂＝ω₃＝ω₄＝T₁，ω₅＝ω₆＝ω₇＝ω₈＝T₂，c＝1； T₀为t₀时刻的流体温度；T₁为t₁时刻的流体温度；T₂为t₂时刻的流体温度。利用上述恒等式，将代入质量、动量守恒式及各向同性等约束中，可得

$T_0+4T_1+4T_2=1,\frac{2c^2}{c_s^2}(T_1+2T_2)=1,$

$c_s^2\mathrm{\ρ}+(\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T)-\frac{1}{2})\mathrm{\ρ}{\stackrel{\→}{u}}^2=p,4T_2{c}^4=c_s^2$

T为t时刻的流体温度；

对于理想流体，压力与速度无关，所以

$\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T_2)=\frac{1}{2}$

求解上述方程组可得到

$c_s=1/\sqrt{3},T_1=1/9,T_2=1/36,T_0=4/9,p={\mathrm{\ρc}}_s^2$

通过LB方程，求出流体宏观流速，带入达西方程，即可求得渗透率。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种碳酸盐岩渗透率确定装置，如下面的实施例所述。由于该装置解决问题的原理与碳酸盐岩渗透率确定方法相似，因此该装置的实施可以参见碳酸盐岩渗透率确定方法的实施，重复之处不再赘述。

图2为本发明实施例中碳酸盐岩渗透率确定装置的示意图。如图2所示，该装置可以包括：

图片读取模块201，用于读取碳酸盐岩的CT扫描图片； 

图片处理模块202，用于对碳酸盐岩的CT扫描图片进行二值化处理，从二值化处理后的碳酸盐岩的CT扫描图片中读取碳酸盐岩中多孔介质的二值化图像；

渗透率确定模块203，用于根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率。

实施例中，渗透率确定模块具体可以用于：

在根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型时，将所述多孔介质的二值化图像的图片参数转换为格子波尔兹曼参数。

实施例中，渗透率确定模块具体可以用于：

在对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化时，对碳酸盐岩的物理模型进行密度和速度初始化。

实施例中，渗透率确定模块具体可以用于：

在根据处理后的碳酸盐岩的物理模型计算碳酸盐岩的宏观量时，计算碳酸盐岩的密度、速度和压力。

实施例中，渗透率确定模块具体可以用于：

根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的格子波尔兹曼物理模型；LBGK演化方程如下：

$f_i(\stackrel{\→}{x}+{\stackrel{\→}{c}}_i\mathrm{\Δt},t+\mathrm{\Δt})-f_t(\stackrel{\→}{x},t)=-\frac{1}{\mathrm{\τ}}(f_i(\stackrel{\→}{x},t)-f_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t))$

其中，为格点位置；为离散速度；t为时间；Δt为时间增量；为t+Δt时刻的密度分布函数；为t时刻的密度分布函数；τ为松弛时间；为平衡态分布函数；在LBGK模型中采用DnQb模型，n代表空间维数，b代表离散速度个数，平衡态分布函数的统一形式如下：

$f_i^{\mathrm{eq}}=\mathrm{\ρ}{\mathrm{\ω}}_i[1+\frac{c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u}}{c_s^2}+\frac{{(c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u})}^2}{2c_s^4}-\frac{{(\stackrel{\→}{u}\·\stackrel{\→}{u})}^2}{2c_s^2}]$

其中，ρ为密度；ω_i为权系数；c_s为声速，为离散速度单位矢量，离散速度粒子迁移速率c＝Δx/Δt；Δx为格子步长；为流速；在选择权系数ω_i时，使满足质量和动量守恒，及各向同性约束：

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{\stackrel{\→}{c}}_i{f}_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u}\stackrel{\→}{u}+\mathrm{pI};$

p为压力；I为压力系数； 

DnQb模型选择D2Q9模型，在D2Q9模型中，离散速度：

${\stackrel{\→}{c}}_i=\left\{\begin{array}{cc}\left(\mathrm{0,0}\right)& i=0\\ (\cos \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right),\sin \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right))c& i=\mathrm{1,2,3,4}\\ \sqrt{2}(\cos (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4}),\sin (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4}))c& i=\mathrm{5,6,7,8}\end{array}\right.$

根据的对称特点，假设ω₀＝T₀，ω₁＝ω₂＝ω₃＝ω₄＝T₁，ω₅＝ω₆＝ω₇＝ω₈＝T₂，c＝1；T₀为t₀时刻的流体温度；T₁为t₁时刻的流体温度；T₂为t₂时刻的流体温度；将代入质量、动量守恒式及各向同性约束中，得到：

$T_0+4T_1+4T_2=1,\frac{2c^2}{c_s^2}(T_1+2T_2)=1,$

$c_s^2\mathrm{\ρ}+(\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T)-\frac{1}{2})\mathrm{\ρ}{\stackrel{\→}{u}}^2=p,4T_2{c}^4=c_s^2$

T为t时刻的流体温度；

对于理想流体，压力与速度无关，得到：

$\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T_2)=\frac{1}{2}$

求解上述方程组得到：

$c_s=1/\sqrt{3},T_1=1/9,T_2=1/36,T_0=4/9,p={\mathrm{\ρc}}_s^2$

通过LB方程，求出流体宏观流速，带入达西方程，求得碳酸盐岩渗透率。

下面以实例说明。

图3为本例中碳酸盐岩的CT扫描图片，以此图为例，利用格子玻尔兹曼方法模拟了流体在多孔介质中的流动，计算了渗透率。实施时，利用格子玻尔兹曼方法，模拟了流体在多孔介质中不同时刻t的流动过程，计算得到岩心绝对渗透率为328kd。

由上述实施例可以得知，本发明实施例可以在岩心无损的情况下，基于微纳米CT扫描可以准确的分析出岩心的绝对渗透率，动态的观察流体的流动过程，解决像碳酸盐岩油藏这样非均质性强、非常规储层岩石的微观流动问题，为非常规储层物性参数计算、有效驱替和调堵提供明确的孔隙特征和动态效果描述，有非常规储层的高效、合理开发提供有力的条件。基于本发明实施例，可以很好地解决非均质性强的碳酸盐岩储层、致密油气层的岩石微观流动问题，特别是结合微纳米CT的多尺度岩心扫描，可以很好地对不同尺度岩心进行渗透率计算。可以广泛用到页岩气、煤层气、致密油气等非常规油气的勘探开发。

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 (10)

1.一种碳酸盐岩渗透率确定方法，其特征在于，包括：

读取碳酸盐岩的CT扫描图片；

对碳酸盐岩的CT扫描图片进行二值化处理，从二值化处理后的碳酸盐岩的CT扫描图片中读取碳酸盐岩中多孔介质的二值化图像；

根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；

对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；

根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；

根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型，包括：将所述多孔介质的二值化图像的图片参数转换为格子波尔兹曼参数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化，包括：对碳酸盐岩的物理模型进行密度和速度初始化。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量，包括：根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的密度、速度和压力。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率，包括：

根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的格子波尔兹曼物理模型；LBGK演化方程如下：

$f_i(\stackrel{\→}{x}+{\stackrel{\→}{c}}_i\mathrm{\Δt},t+\mathrm{\Δt})-f_i(\stackrel{\→}{x},t)=-\frac{1}{\mathrm{\τ}}(f_i(\stackrel{\→}{x},t)-{f_i}^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t))$

其中，为格点位置；为离散速度；t为时间；Δt为时间增量；为t+Δt时刻的密度分布函数；为t时刻的密度分布函数；τ为松弛时间；为平衡态分布函数；在LBGK模型中采用DnQb模型，n代表空间维数，b代表离散速度个数，平衡态分布函数的统一形式如下：

${f_i}^{\mathrm{eq}}={\mathrm{\ρ\ω}}_i[1+\frac{c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u}}{c_s^2}+\frac{{(c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u})}^2}{{2c}_s^4}-\frac{{(\stackrel{\→}{u}\·\stackrel{\→}{u})}^2}{{2c}_s^2}]$

其中，ρ为密度；ω_i为权系数；c_s为声速，为离散速度单位矢量，离散速度粒子迁移速率c＝Δx/Δt；Δx为格子步长；为流速；在选择权系数ω_i时，使f_i ^eq满足质量和动量守恒，及各向同性约束：

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{f_i}^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{f_i}^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{\stackrel{\→}{c}}_i{f_i}^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u}\stackrel{\→}{u}+\mathrm{PI};$

p为压力；I为压力系数；

DnQb模型选择D2Q9模型，在D2Q9模型中，离散速度：

${\stackrel{\→}{c}}_i=\left\{\begin{array}{cc}\left(\mathrm{0,0}\right)& i=0\\ (\cos \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right),\sin 1\left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right))c& i=\mathrm{1,2,3,4}\\ \sqrt{2}(\cos (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4}),\sin \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right)+\frac{\mathrm{\π}}{4})& i=\mathrm{5,6,7,8}\end{array}\right.$

根据的对称特点，假设ω₀＝T₀，ω₁＝ω₂＝ω₃＝ω₄＝T₁，ω₅＝ω₆＝ω₇＝ω₈＝T₂，c＝1；T₀为t₀时刻的流体温度；T₁为t₁时刻的流体温度；T₂为t₂时刻的流体温度；将f_i ^eq代入质量、动量守恒式及各向同性约束中，得到：

$T_0+{4T}_1+{4T}_2=1,\frac{{2c}^2}{c_s^2}(T_1+{2T}_1)=1,$

$c_s^2\mathrm{\ρ}+(\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T)-\frac{1}{2})\mathrm{\ρ}{\stackrel{\→}{u}}^2=p,4T_2{c}^4=c_s^2$

T为t时刻的流体温度；

对于理想流体，压力与速度无关，得到：

$\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-{2T}_2)=\frac{1}{2}$

求解上述方程组得到：

$c_s=1/\sqrt{3},T_1=1/9,T_2=1/36,T_0=4/+,p={\mathrm{\ρc}}_s^2$

通过LB方程，求出流体宏观流速，带入达西方程，求得碳酸盐岩渗透率。

6.一种碳酸盐岩渗透率确定装置，其特征在于，包括：

图片读取模块，用于读取碳酸盐岩的CT扫描图片；

图片处理模块，用于对碳酸盐岩的CT扫描图片进行二值化处理，从二值化处理后的碳酸盐岩的CT扫描图片中读取碳酸盐岩中多孔介质的二值化图像；

渗透率确定模块，用于根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型；对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化、内节点碰撞迁移及边界点处理；根据处理后的碳酸盐岩的物理模型，计算碳酸盐岩的宏观量；根据达西公式，以碳酸盐岩的宏观量求取碳酸盐岩的渗透率。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述渗透率确定模块具体用于：

在根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的物理模型时，将所述多孔介质的二值化图像的图片参数转换为格子波尔兹曼参数。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述渗透率确定模块具体用于：

在对碳酸盐岩的物理模型进行物理场初始化时，对碳酸盐岩的物理模型进行密度和速度初始化。

9.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述渗透率确定模块具体用于：

在根据处理后的碳酸盐岩的物理模型计算碳酸盐岩的宏观量时，计算碳酸盐岩的密度、速度和压力。

10.如权利要求6至9任一项所述的装置，其特征在于，所述渗透率确定模块具体用于：

根据所述多孔介质的二值化图像建立碳酸盐岩的格子波尔兹曼物理模型；LBGK演化方程如下：

$f_i(\stackrel{\→}{x}+{\stackrel{\→}{c}}_i\mathrm{\Δt})-f_i(\stackrel{\→}{x},t)=-\frac{1}{\mathrm{\τ}}(f_i(\stackrel{\→}{x},t)-f_i^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t))$

其中，为格点位置；为离散速度；t为时间；Δt为时间增量；为t+Δt时刻的密度分布函数；为t时刻的密度分布函数；τ为松弛时间；为平衡态分布函数；在LBGK模型中采用DnQb模型，n代表空间维数，b代表离散速度个数，平衡态分布函数的统一形式如下：

$f_i^{\mathrm{eq}}={\mathrm{\ρ\ω}}_i[1+\frac{c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u}}{c_s^2}+\frac{({c{\stackrel{\→}{e}}_i\·\stackrel{\→}{u})}^2}{{2c}_s^4}-\frac{{(\stackrel{\→}{u}\·\stackrel{\→}{u})}^2}{{2c}_s^2}]$

其中，ρ为密度；ω_i为权系数；c_s为声速，为离散速度单位矢量，离散速度粒子迁移速率c＝Δx/Δt；Δx为格子步长；为流速；在选择权系数ω_i时，使f_i ^eq满足质量和动量守恒，及各向同性约束：

$\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{f_i}^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{f_i}^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u},\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{\stackrel{\→}{c}}_i{\stackrel{\→}{c}}_i{f_i}^{\mathrm{eq}}(\stackrel{\→}{x},t)=\mathrm{\ρ}\stackrel{\→}{u}\stackrel{\→}{u}+\mathrm{pI};$

p为压力；I为压力系数；

DnQb模型选择D2Q9模型，在D2Q9模型中，离散速度：

${\stackrel{\→}{c}}_i=\left\{\begin{array}{cc}\left(\mathrm{0,0}\right)& i=0\\ (\cos \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right),\sin \left(\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}\right))c& i=\mathrm{1,2,3,4}\\ \sqrt{2}\left(\cos (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4})\right),\sin (\frac{(i-1)\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4})c& i=\mathrm{5,6,7,8}\end{array}\right.$

根据的对称特点，假设ω₀＝T₀，ω₁＝ω₂＝ω₃＝ω₄＝T₁，ω₅＝ω₆＝ω₇＝ω₈＝T₂，c＝1；T₀为t₀时刻的流体温度；T₁为t₁时刻的流体温度；T₂为t₂时刻的流体温度；将代入质量、动量守恒式及各向同性约束中，得到：

$T_0+{4T}_1+{4T}_2=1,\frac{{2c}^2}{c_s^2}(T_1+{2T}_1)=1,$

$c_s^2\mathrm{\ρ}+(\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-2T)-\frac{1}{2})\mathrm{\ρ}{\stackrel{\→}{u}}^2=p,4T_2{c}^4=c_s^2$

T为t时刻的流体温度；

对于理想流体，压力与速度无关，得到：

$\frac{c^4}{c_s^4}(T_1-{2T}_2)=\frac{1}{2}$

求解上述方程组得到：

$c_s=1/\sqrt{3},T_1=1/9,T_2=1/36,T_0=4/+,p={\mathrm{\ρc}}_s^2$

通过LB方程，求出流体宏观流速，带入达西方程，求得碳酸盐岩渗透率。