CN105891083A - 一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于侵蚀‑膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法及其应用，本发明利用侵蚀‑膨胀算法提取数字岩心的孔隙网络模型，实现数字岩心中两相流动直接模拟结果的定量化表征。本发明准确描述了每一个孔隙和喉道的两相流体的饱和度，描述了不同直径的孔隙或喉道中两相流体的饱和度，避免了孔隙网络模型流动模拟误差大的缺点，同时又借鉴了孔隙网络模型的孔隙表征方法，将直接流动模拟的结果进行定量化描述；不同直径孔隙和喉道的饱和度分布对认识数字岩心中的两相流动具有重要意义，根据结果能够表征流体在数字岩心内部的流动能力，得到限制流体流动的孔隙和喉道的直径等。

Description

一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法及其应用

技术领域

本发明涉及一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法及其应用，属于油气田开发工程数值模拟的技术领域。

背景技术

随着CT扫描技术的进步，能够准确得到岩心的孔隙结构，即数字岩心，数字岩心是真实岩心在一定分辨率下的骨架和孔隙准确标识的数字矩阵。数字岩心为模拟流体在岩心内部的流动提供了重要研究平台，克服了真实岩心加工复杂、实验成本高且周期长的弊端，而且实验结果无法得到岩心内部的流体分布。但是，在数字岩心上，进行直接模拟两相流体流动(以水驱替油为例)的时候，虽然数字岩心内部的油水分布能够准确得到，但是，由于真实孔隙的几何结构的极其不规则性，传统方法是针对整个岩心给出一个油水饱和度的平均值，无法准确确定每一个孔隙内的情况，由于无法确定每一个孔隙的半径，从而无法对结果中的一些参数进行定量化表征，例如统计水相侵入的孔隙半径分布，或者油相滞留孔隙的半径分布，多大的孔隙中油水两相共存，以及不同半径范围内孔隙中两相流体的饱和度等。

基于数字岩心的流动模拟除了直接模拟以外，还有通过对数字岩心的孔隙进行简化成规则的几何结构，即孔隙网络模型，然后在孔隙网络模型上进行模拟，但是由于模拟基于稳态方法，因此模拟结果误差比较大。

侵蚀-膨胀算法是一种常用的提取孔隙网络模型的方法，算法分为侵蚀和膨胀两步，岩心孔隙空间的侵蚀是为了得到岩心孔隙空间的中轴线，即由位于孔隙空间中心位置的体素连接得到的曲线；然后通过膨胀方法，可以将数字岩心中的孔隙空间精确分割出孔隙和喉道单元体所占据的空间，为孔喉单元体表征提供依据。

中国专利文献CN103278436A公开了特低渗透双重介质砂岩油藏微观孔隙结构的定量表征方法，从实验样品的选取，各种实验之间的有效结合、样品的分配到实验测试数据的处理和分析，将宏观背景与微观岩心相结合，静态分析与动态生产实际相结合，从定性分析到半定量评价再到定量表征了特低渗透双重介质砂岩油藏微观孔隙结构，但是，该专利存在以下缺陷：根据高压压汞实验结果，利用公式计算得到岩心的最大孔喉半径、中值半径等参数，这个结果无法具体到最大孔喉在岩心中的详细坐标位置。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法；

本发明还提供了上述基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法的应用；

本发明给出每一个孔隙的半径、坐标位置，能够给出岩心内部每一像素点的信息。

术语解释

饱和度，某种流体所占的数量占总的孔隙体积的百分比。

本发明的技术方案为：

一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法，具体步骤包括：

(1)获取数字岩心的几何结构数据文件及两相流动模拟结果文件；所述几何结构数据文件包括每个像素点及该像素点对应的几何结构，几何结构包括孔隙和固体；例如，所述几何结构数据文件包括每个像素点对应的0、1数据体，0表示当前像素点为孔隙，1表示当前像素点为固体，所述两相流动模拟结果文件是指数字岩心中每个像素点位置的两相流体的饱和度；所述两相包括水相、油相；其中，获取数字岩心的几何结构数据文件的方法参考文献为：赵秀才.数字岩心及孔隙网络模型重构方法研究[D].东营:中国石油大学(华东),2009.博士论文第2章内容；

(2)利用侵蚀-膨胀算法提取步骤(1)所述数字岩心的孔隙网络模型，所述孔隙网络模型包括多个孔隙及多个喉道，每个孔隙包括多个空隙像素点，每个喉道包括多个喉道像素点，获取每个孔隙的半径及体积，并获取每个喉道的半径及体积；其中，所述侵蚀-膨胀算法的参考文献为：王晨晨.碳酸盐岩介质双孔隙网络模型构建理论与方法[D].青岛:中国石油大学(华东),2013.博士论文第2章内容；

(3)求取每个孔隙的两相流体的饱和度：求取每个孔隙包括的每个空隙像素点的两相流体的饱和度，并求和取平均值，该平均值即为该孔隙的两相流体的饱和度；求取每个喉道的两相流体的饱和度：求取每个喉道包括的每个喉道像素点的两相流体的饱和度，并求和取平均值，该平均值即为该喉道的两相流体的饱和度；

(4)利用体积平均方法，获取每个直径相同的孔隙的两相流体的平均饱和度并获取每个直径相同的喉道的两相流体的平均饱和度即数字岩心两相流模拟结果定量表征结果。

根据定量表征结果，可以得到以下结果：水相侵入的孔隙半径分布范围，滞留油相的孔隙半径分布范围，以及不同半径范围内孔隙中油、水两相各自的饱和度，能够对注入驱油有更明确的认识。

根据本发明优选的，所述步骤(4)中的所述体积平均方法，具体是指：

$\stackrel{\‾}{S_1}=\frac{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}{S}_{1i}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}{S}_{1j}}{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}}---\left(I\right)$

$\stackrel{\‾}{S_2}=\frac{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}{S}_{2i}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}{S}_{2j}}{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}}---\left(II\right)$

式(I)、(II)中，i表示具有相同直径的孔隙的个数，j表示具有相同直径的喉道的个数，V_Pi表示相同直径的孔隙中第i个孔隙的体积，S_1i表示第i个孔隙中第一相流体的饱和度，S_2i表示第i个孔隙中第二相流体的饱和度；V_Tj表示相同直径的喉道中第j个喉道的体积，S_1j表示第j个喉道中第一相流体的饱和度，S_2j表示第j个喉道中第二相流体的饱和度。

根据本发明优选的，所述步骤(1)中，通过CT扫描技术或者数学随机生成算法获取数字岩心的几何结构数据文件。数学随机生成算法包括马尔科夫链蒙特卡罗算法、模拟退火算法、过程模拟算法等。

根据本发明优选的，所述步骤(1)中，通过格子玻尔兹曼方法获取数字岩心的两相流动模拟结果文件。

上述基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法的应用，包括获得：水相侵入的孔隙半径分布范围，滞留油相的孔隙半径分布范围，不同半径范围内孔隙中油、水两相各自的饱和度。

本发明的有益效果为：

本发明准确描述了每一个孔隙和喉道的两相流体的饱和度，描述了不同直径的孔隙或喉道中两相流体的饱和度，避免了孔隙网络模型流动模拟误差大的缺点，同时又借鉴了孔隙网络模型的孔隙表征方法，将直接流动模拟的结果进行定量化描述；不同直径孔隙和喉道的饱和度分布对认识数字岩心中的两相流动具有重要意义，根据结果能够表征流体在数字岩心内部的流动能力，得到限制流体流动的孔隙和喉道的直径等。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。

实施例

一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法，应用于数字岩心中水驱替油问题的流动模拟中，模拟初始状态设定为数字岩心中饱和油相，然后水在入口以固定压力注入，模拟到出口见水停止，具体步骤包括：

(1)获取数字岩心的几何结构数据文件及两相流动模拟结果文件；所述几何结构数据文件包括每个像素点对应的0、1数据体，0表示当前像素点为孔隙，1表示当前像素点为固体，所述两相流动模拟结果文件是指数字岩心中每个像素点位置的两相流体的饱和度；所述两相包括水相、油相；

(2)利用侵蚀-膨胀算法提取步骤(1)所述数字岩心的孔隙网络模型，所述孔隙网络模型包括多个孔隙及多个喉道，每个孔隙包括多个空隙像素点，每个喉道包括多个喉道像素点，获取每个孔隙的半径及体积，并获取每个喉道的半径及体积；

(3)求取每个孔隙的两相流体的饱和度：求取每个孔隙包括的每个空隙像素点的两相流体的饱和度，并求和取平均值，该平均值即为该孔隙的两相流体的饱和度；求取每个喉道的两相流体的饱和度：求取每个喉道包括的每个喉道像素点的两相流体的饱和度，并求和取平均值，该平均值即为该喉道的两相流体的饱和度；

(4)利用体积平均方法，获取每个直径相同的孔隙的两相流体的平均饱和度并获取每个直径相同喉道的两相流体的平均饱和度即数字岩心两相流模拟结果定量表征结果。

所述步骤(4)中的所述体积平均方法，具体是指：

$\stackrel{\‾}{S_1}=\frac{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}{S}_{1i}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}{S}_{1j}}{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}}---\left(I\right)$

$\stackrel{\‾}{S_2}=\frac{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}{S}_{2i}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}{S}_{2j}}{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}}---\left(II\right)$

式(I)、(II)中，i表示具有相同直径的孔隙的个数，j表示具有相同直径的喉道的个数，V_Pi表示相同直径的孔隙中第i个孔隙的体积，S_1i表示第i个孔隙中第一相流体的饱和度，S_2i表示第i个孔隙中第二相流体的饱和度；V_Tj表示相同直径的喉道中第j个喉道的体积，S_1j表示第j个喉道中第一相流体的饱和度，S_2j表示第j个喉道中第二相流体的饱和度。

所述步骤(1)中，通过CT扫描技术或者数学随机生成算法获取数字岩心的几何结构数据文件。

所述步骤(1)中，通过格子玻尔兹曼方法获取数字岩心的两相流动模拟结果文件。

定量表征结果为每个孔隙和喉道油相和水相的饱和度，以及每个直径的孔隙和喉道的油相和水相的饱和度。其中，水相饱和度大于0对应的最小孔隙喉道直径，即为水相在当前模拟实验中能够突破的孔隙喉道半径下限；水相饱和度等于0对应的孔隙喉道，即为未被水驱替到的孔隙和喉道；水相饱和度越大的孔隙和喉道的驱替效果越好。

Claims (5)

1.一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法，其特征在于，具体步骤包括：

(1)获取数字岩心的几何结构数据文件及两相流动模拟结果文件；所述几何结构数据文件包括每个像素点及该像素点对应的几何结构，几何结构包括孔隙和固体；所述两相流动模拟结果文件是指数字岩心中每个像素点位置的两相流体的饱和度；所述两相包括水相、油相；

(2)利用侵蚀-膨胀算法提取步骤(1)所述数字岩心的孔隙网络模型，所述孔隙网络模型包括多个孔隙及多个喉道，每个孔隙包括多个空隙像素点，每个喉道包括多个喉道像素点，获取每个孔隙的半径及体积，并获取每个喉道的半径及体积；

(3)求取每个孔隙的两相流体的饱和度：求取每个孔隙包括的每个空隙像素点的两相流体的饱和度，并求和取平均值，该平均值即为该孔隙的两相流体的饱和度；求取每个喉道的两相流体的饱和度：求取每个喉道包括的每个喉道像素点的两相流体的饱和度，并求和取平均值，该平均值即为该喉道的两相流体的饱和度；

(4)利用体积平均方法，获取每个直径相同的孔隙的两相流体的平均饱和度并获取每个直径相同的喉道的两相流体的平均饱和度即数字岩心两相流模拟结果定量表征结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法，其特征在于，所述步骤(4)中的所述体积平均方法，具体是指：

$\stackrel{\‾}{S_1}=\frac{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}{S}_{1i}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}{S}_{1j}}{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}}---\left(I\right)$

$\stackrel{\‾}{S_2}=\frac{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}{S}_{2i}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}{S}_{2j}}{\underset{i}{\Σ}{V}_{Pi}+\underset{j}{\Σ}{V}_{Tj}}---\left(II\right)$

式(I)、(II)中，i表示具有相同直径的孔隙的个数，j表示具有相同直径的喉道的个数，V_Pi表示相同直径的孔隙中第i个孔隙的体积，S_1i表示第i个孔隙中第一相流体的饱和度，S_2i表示第i个孔隙中第二相流体的饱和度；V_Tj表示相同直径的喉道中第j个喉道的体积，S_1j表示第j个喉道中第一相流体的饱和度，S_2j表示第j个喉道中第二相流体的饱和度。

3.根据权利要求1所述的一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法，其特征在于，所述步骤(1)中，通过CT扫描技术或者数学随机生成算法获取数字岩心的几何结构数据文件。

4.根据权利要求1-3任一所述的一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法，其特征在于，所述步骤(1)中，通过格子玻尔兹曼方法获取数字岩心的两相流动模拟结果文件。

5.权利要求4所述的一种基于侵蚀-膨胀算法的数字岩心两相流模拟结果定量表征方法的应用，其特征在于，包括获得：水相侵入的孔隙半径分布范围，滞留油相的孔隙半径分布范围，不同半径范围内孔隙中油、水两相各自的饱和度。