CN105158287B - 一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，属于石油工程提高采收率技术和实验流体力学领域。本发明采用低场核磁共振成像技术研究凝胶在微孔道中分布，可通过核磁共振成像技术和T2谱分析技术，直接观察岩心驱替实验中凝胶在多孔介质微孔道内的分布。然后根据核磁共振图像提取凝胶图像，获得凝胶面积、凝胶前缘、凝胶后缘和凝胶中心等参数。最后通过对凝胶运移距离和运移速度的计算，定量表征凝胶在岩心中的运移性。本发明方法使凝胶在多孔介质中的运移特征得到比较直观的描述。

Description

一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法

技术领域

本发明涉及一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，属于石油工程提高采收率技术和实验流体力学领域。

背景技术

实验室内岩心驱替实验是一种公认的研究岩心内部流体流动的方法，被广泛应用于石油开发及环境科学等领域，但由于岩心具有不可视特征，流体在岩心内的流动只能用压力和流量两个指标来间接表达，或是根据压力——流量关系，利用数值模拟方法进行间接表征。低场核磁共振是一项近年来发展迅速的高新技术，已经在医疗以及食品行业有了很好的应用。如何使实验室内岩心驱替过程更加直接甚至可视，成为石油工程技术领域努力追求的目标和开展的重要工作。在石油工程中常常采用注入凝胶封堵多孔介质中的大孔道，调节注入液体的流动通道，提高波及面积和驱油效率。但是目前传统的岩心流动实验通常只能用端部或者边界的宏观参数（例如出口压力、入口压力、流速等）来描述或者推演流体在岩心内部的流动状况以及驱替效果。岩心对于研究者来说就相当于一个黑匣子，不能准确了解其内部的流体运移情况。

发明内容

针对目前凝胶在岩心中的运移性很难表征的难题，本发明的目的是提供一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，将岩心流动实验和核磁共振检测技术有机结合起来，使凝胶在多孔介质中的运移特征得到比较直观的描述。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，包括如下步骤：

（1）开启核磁共振设备，将饱和水的岩心放入磁体后，通过核磁成像确定岩心位置，使其处于磁场中心；对岩心矢状面和横截面的切片厚度、切片间隔和切片位置进行设置，利用低场核磁共振设备获得岩心驱替实验中岩石微通道内流体信号。

（2）灰度图像提取。灰度图像通过亮暗表征岩心内部不同位置处信号强弱（信号越强越亮，信号越弱越暗）。

（3）感兴趣区域（ROI）提取。核磁图像采集信号视窗为100mm×100mm的视窗，岩心矢状面为90mm×25mm的矩形，横截面为直径25mm的圆，所以需要提取灰度图像的有效区域。

（4）统一映射。每张核磁共振灰度图像按照自身信号强弱显示亮暗，为比较不同图片中的信号强弱，必须把同一切片的核磁共振图片按照统一标准进行亮暗显示。

（5）提取岩心骨架。为确定岩心的骨架结构，对饱和岩心的核磁图像进行二值化处理，分离岩心骨架和流体信息。

（6）添加伪彩。对灰度统一后的岩心，添加JET伪彩，使凝胶和水的区分更加明显。

（7）提取凝胶图像。根据核磁共振图像提取凝胶图像，获得凝胶面积、凝胶前缘、凝胶后缘和凝胶中心等参数。

（8）凝胶运移距离表征。凝胶候凝后，驱替一定孔隙体积（PV）的水，单位压差下凝胶主体在中心在轴向上的移动距离为凝胶的运移距离。首先计算每一个矢状面的运移距离，然后取平均值记为整个岩心中凝胶的运移距离。

式中：X为凝胶移动长度O₁O₂，mm；P为驱替压力，MPa；L为单位压差下的运移距离，mm/MPa。

（9）凝胶运移速度表征。定义单位压差条件下注入单位孔隙体积的水凝胶的运移距离为该注入条件下凝胶的运移速度。首先计算每一个矢状面的运移速度，然后取平均值记为整个岩心中凝胶的运移速度。

式中： L为单位压差下的运移距离，mm/MPa；PV-为注入液体的孔隙体积，无量纲；V-运移速度，mm/MPa •PV。

（10）通过运移距离和运移速度衡量凝胶运移性的变化。运移距离和运移速度越大，说明凝胶运移性越强；运移距离和运移速度越小，说明凝胶运移性越差。

所述岩心的尺寸范围直径25mm，长度60mm~180mm。

所述岩心渗透率范围500mD~5000mD。

所述步骤8）中驱替的压力范围为0.01MPa~20MPa。

所述步骤8）中驱替的流量变化范围为0.1ml/min~5ml/min。

与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：

本发明采用低场核磁共振成像技术研究凝胶在微孔道中运移性表征，将岩心流动实验和核磁共振检测技术有机结合起来，使凝胶在多孔介质中的运移特征得到比较直观的描述。

附图说明

图1为凝胶运移性表征示意图。

图2为凝胶在岩心中核磁分布图像。

图3为凝胶运移距离表征结果。

图4为凝胶运移速度表征结果。

图5为凝胶特征参数表。

具体实施方式

现将本发明结合附图的具体实施例叙述于后。

本实施例的一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，包括如下步骤：

（1）开启核磁共振设备，将饱和水的岩心放入磁体后，通过核磁成像确定岩心位置，使其处于磁场中心；对岩心矢状面和横截面的切片厚度设置为0.7cm、切片间隔设置为0.1cm以及切片位置进行设置，利用低场核磁共振设备获得岩心驱替实验中岩石微通道内流体信号；

（2）灰度图像提取。通过核磁共振提取凝胶在岩心中的灰度图像。

（3）感兴趣区域（ROI）提取。提取90mm×25mm的矩形为灰度图像的有效区域。

（4）统一映射。所有矢状面统一映射的范围为1~100000无因次等效亮度。

（5）提取岩心骨架。对饱和岩心的核磁图像进行二值化处理，定义岩心骨架和流体的分离阀值为15000无因次等效亮度。

（6）添加伪彩：对灰度统一后的岩心，添加JET伪彩，使凝胶和水的区分更加明显。

（7）提取凝胶图像。根据核磁共振图像提取凝胶图像，提取结果见图2。获得凝胶面积、凝胶前缘、凝胶后缘和凝胶中心等参数。提取结果见图5。

（8）凝胶运移距离表征：凝胶候凝后，驱替一定孔隙体积的水，凝胶主体的中心在轴向上的移动距离为凝胶的运移距离；首先计算每一个矢状面的运移距离，如图1所示，然后取平均值记为整个岩心中凝胶的运移距离，并将计算结果绘图，绘图结果见图3：

式中：X为凝胶移动长度O₁O₂，mm；P为驱替压力，MPa；L为单位压差下的运移距离，mm/MPa；

（9）凝胶运移速度表征：定义单位压差条件下注入单位孔隙体积的水凝胶的运移距离为该注入条件下凝胶的运移速度；首先计算每一个矢状面的运移速度，然后取平均值记为整个岩心中凝胶的运移速度，并将计算结果绘图，绘图结果见图4：

式中：L为单位压差下的运移距离，mm/MPa；PV为注入液体的孔隙体积，无量纲；V为运移速度，mm/MPa •PV；

（10）通过运移距离和运移速度的表征，可得凝胶在运移过程中运移距离逐渐增大，运移速度成起伏状变化。

Claims (2)

1.一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）开启核磁共振设备，将饱和水的岩心放入磁体后，通过核磁成像确定岩心位置，使其处于磁场中心；对岩心矢状面和横截面的切片厚度、切片间隔和切片位置进行设置，利用低场核磁共振设备获得岩心驱替实验中岩石微通道内流体信号；

2）灰度图像提取：灰度图像通过亮暗表征岩心内部不同位置处流体信号强弱，信号越强越亮，信号越弱越暗；

3）感兴趣区域提取：在核磁图像采集信号视窗提取灰度图像的有效区域，其中核磁图像采集信号视窗为100mm×100mm的视窗，其中岩心矢状面为90mm×25mm的矩形，横截面为直径25mm的圆；

4）统一映射：同一切片的核磁共振图片按照统一标准进行亮暗显示；

5）提取岩心骨架：对饱和岩心的核磁图像进行二值化处理，分离岩心骨架和流体信息，确定岩心的骨架结构；

6）添加伪彩：对灰度统一后的岩心，添加JET伪彩，使凝胶和水的区分更加明显；

7）提取凝胶图像：根据核磁共振图像提取凝胶图像，获得凝胶面积、凝胶前缘、凝胶后缘和凝胶中心参数；

8）凝胶运移距离表征：凝胶候凝后，驱替一定孔隙体积的水，凝胶主体的中心在轴向上的移动距离为凝胶的运移距离；首先计算每一个矢状面的运移距离，然后取平均值记为整个岩心中凝胶的运移距离：

式中：X为凝胶移动长度O₁O₂，mm；P为驱替压力，MPa；L为单位压差下的运移距离，mm/MPa；所述的驱替压力的范围为0.01MPa~20MPa；驱替的流量变化范围为0.1ml/min~5ml/min；

9）凝胶运移速度表征：定义单位压差条件下注入单位孔隙体积的水凝胶的运移距离为该注入条件下凝胶的运移速度；首先计算每一个矢状面的运移速度，然后取平均值记为整个岩心中凝胶的运移速度：

式中：L为单位压差下的运移距离，mm/MPa；PV为注入液体的孔隙体积，无量纲；V为运移速度，mm/MPa •PV；

10）通过运移距离和运移速度衡量凝胶运移性的变化：运移距离和运移速度越大，说明凝胶运移性越强；运移距离和运移速度越小，说明凝胶运移性越差。

2.根据权利要求1所述的凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，其特征在于，所述岩心的尺寸范围直径25mm，长度60mm~180mm。