CN106324002A - 一种基于岩石分类和多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法 - Google Patents
一种基于岩石分类和多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，首先通过CT扫描技术获得不同分辨率的岩心图像，然后将获得的数字岩心二值分割，将优化后不同分辨率的数字岩心组合到一起，从而获得多尺度数字岩心，评价数字岩心的孔隙结构参数并与实验测得的数据作对比，最后对获得的多尺度数字岩心基于岩石层理、孔隙结构等进行区域划分，接着对这些区域进行性质分类，将分类结果进行汇总并填充到性质相同的区域。本发明将不同尺度的数字岩心进行组合，既能够表征介质的物理性质又满足了其对分辨率的要求；同时本发明对获得的多尺度数字岩心进行岩性分类，该方法可以极大减小分析计算难度，为处理更加复杂、非均质性更强的岩心奠定基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于岩石分类和多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，属于油气田开发工程数值模拟的技术领域。
背景技术
孔隙尺度的流动模拟是一种有效的计算多孔介质的微观流动特性的方法。对于真实的复杂多孔介质如碳酸盐岩，如何表征其孔隙结构是模拟成功与否的关键。高分辨率的CT扫描图像能够获得多孔介质准确的三维结构信息，但是扫描的范围有限无法表征岩心整体的物理性质且提取的孔隙网络模型计算量大。因此，对于含有多种尺度孔隙结构的介质来说，仅仅用单一的尺度来描述这种复杂的孔隙结构，无法兼顾样品尺寸和分辨率的要求。
同时，当多尺度的数字岩心包含一定尺度之后，尤其是我们期望能基于多尺度数字岩心表征更多内容的时候，由于碳酸盐岩孔隙结构复杂且获得的多尺度的数字岩心相对于普通的数字岩心来说所含信息量更大，为计算和分析带来极大的不便，因此，迫切的需要一种手段来解决该问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种基于岩石分类和多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法。
发明概述：
本发明首先通过CT扫描技术获得不同分辨率的岩心图像，然后将获得的数字岩心二值分割，将优化后不同分辨率的数字岩心组合到一起，从而获得多尺度数字岩心，评价数字岩心的孔隙结构参数并与实验测得的数据作对比，最后对获得的多尺度数字岩心基于岩石层理、孔隙结构等进行区域划分，并对这些区域进行性质分类，将分类结果进行汇总并填充到性质相同的区域。
本发明中，将不同尺度的数字岩心进行组合，考虑了复杂多孔介质孔隙结构的表征对尺寸和分辨率的要求，既能够表征介质的物理性质又满足了其对分辨率的要求，是目前对复杂多孔介质孔隙结构表征的最好方法之一，同时对获得的多尺度数字岩心进行岩性分类，该方法可以极大减小分析计算难度，为处理更加复杂、非均质性更强的岩心奠定基础。
本发明的技术方案为：
一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，包括：
首先，利用CT设备对岩心以不同的分辨率分别进行扫描和重构，得到不同分辨率的岩心三维图像，并建立不同分辨率的岩心三维模型，即数字岩心，同时获得数字岩心的孔隙结构信息；
其次，将上述不同分辨率的数字岩心进行组合，建立多尺度数字岩心；
再次，对多尺度数字岩心的按其岩石层理、孔隙结构进行区域划分；
最后，进行性质分类，用已经获得性质分类的区域代替与之具有相同性质的区域。
根据本发明优选的，根据不同分辨率的岩心三维图像建立不同分辨率的岩心三维模型的方法为：
将得到的岩心三维图像导入AVIZO软件中；
经过图像的定位、去噪、平滑、阈值分割，最后经过3D计算建立岩心三维模型；同时，通过AVIZO软件获得数字岩心中孔隙结构的信息。
根据本发明优选的，将上述不同分辨率的数字岩心进行组合的方法，包括：
基于物理尺寸相同的低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心，叠加数字岩心构建步骤如下：
首先，将低分辨三维数字岩心中每一个体素细化为i*i*i个更小体素(见图1)，其中不同分辨率的三维模型中相对低的分辨率为低分辨率，相对较高的分辨率为高分辨率，使细化后的低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心的物理尺寸和体素尺寸都完全相同，其中，i为低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心的分辨率之比，图1中i＝4；
其次，为了构建同时描述低分辨率和高分辨率的孔隙特征的叠加数字岩心，按照布尔叠加算法,将低分辨率数字岩心的孔隙系统和高分辨率数字岩心的孔隙系统进行叠加，进而构建出双孔隙或多孔隙数字岩心，双孔隙或多孔隙数字岩心的孔隙系统空间Ω：
Ω＝Ω1+Ω2 (1)
式(1)中，Ω1表示低分辨率数字岩心的孔隙系统空间,Ω2表示高分辨率数字岩心的孔隙系统空间；
上述数字岩心的孔隙系统空间是通过0和1的二进制数据来进行表征的，0表示岩石孔隙，1表示岩石骨架，因此上述Ω＝Ω1+Ω2满足以下叠加条件：
或者
进而得到基于不同分辨率数字岩心进行叠加的双孔隙数字岩心。
根据本发明优选的，所述对多尺度数字岩心的按其岩石层理、孔隙结构进行区域划分，包括：利用测量窗按照一定方向移动并进行测量，根据测量结果进行区域划分(二维展示)；
所述进行性质分类，用已经获得性质分类的区域代替与之具有相同性质的区域，包括：按照实际需要预设数字岩心的性质分类标准，然后对数字岩心的各个区域按照预设性质分类标准进行性质分类标记，最后，用已经获得性质分类的区域代替与之具有相同性质的区域。
根据本发明优选的，所述性质分类标准优选孔隙体积几何性质分类标准；所述性质分类标记优选数字标记或颜色标记。本发明如图3所示，相同颜色(相同灰度)代表性质相同；最后按计算需要可以采取等价替换的方法，将已经获得的区域代替具有相同孔隙体积几何性质的区域，从而简化计算量及计算难度。
本发明的有益效果为：
1.本发明将高分辨率和低分辨率的数字岩心进行组合，构建得到多尺度三维数字岩心，解决了碳酸盐岩复杂储层的孔隙结构表征。
2.本发明通过构建多尺度数字岩心，解决了高分辨率数字岩心提取的孔隙网络模型计算量大，低分辨率数字岩心提取孔隙网络模型不能完整的表征真实岩心孔隙结构的问题，使数字岩心最大程度与实际岩石相同。
3.本发明对获得的多尺度数字岩心基于岩石层理、孔隙结构等进行区域划分，接着对这些区域进行性质分类，最后将分类结果进行汇总并填充到性质相同的区域，该方法可以极大减小分析计算难度，为处理更加复杂、非均质性更强的岩心奠定基础。
附图说明
图1是本发明所述低分辨率数字岩心的体素细化过程示意图；
图2是本发明所述区域划分的示意图；
图3是本发明所述性质分类的示意图，图中X、Y、Z表示数字岩心的三维方向；坐标单位是体素单位(voxel)，乘以分辨率后的数值为实际物理尺寸；
图4是本发明叠加数字岩心的构建过程示意图；
图5岩心不同分辨率下的图像(1024×1024)。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步限定，但不限于此。
如图1-5所示。
实施例1、
一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，包括：
首先，利用CT设备对岩心以不同的分辨率分别进行扫描和重构，得到不同分辨率的岩心三维图像，分辨率分别为2.3、11.82、23.72微米的扫描图像如图5，并建立不同分辨率的岩心三维模型，即数字岩心，同时获得数字岩心的孔隙结构信息；
其次，将上述不同分辨率的数字岩心进行组合，建立多尺度数字岩心；
在组合不同的分辨率的数字岩心时，需要考虑以下几点：
a.为表征最大的孔隙特征，低分辨率模型需要足够大；
b.高分辨率的模型能够获得最微小孔隙的信息；
c.两种数字岩心的孔隙大小分布有足够多的重叠保证中等大小孔隙的表征。
基于以上原则，对于所获得的三个分辨率的数字岩心，选择不同分辨率的图像进行叠加成以下三种组合方式：
23.72-2.3、23.72-11.82、11.82-2.3。
再次，对多尺度数字岩心的按其岩石层理、孔隙结构进行区域划分；
最后，进行性质分类，用已经获得性质分类的区域代替与之具有相同性质的区域。
实施例2、
如实施例1所述的一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，其区别在于，根据不同分辨率的岩心三维图像建立不同分辨率的岩心三维模型的方法为：
将得到的岩心三维图像导入AVIZO软件中；
经过图像的定位、去噪、平滑、阈值分割，最后经过3D计算建立岩心三维模型；同时，通过AVIZO软件获得数字岩心中孔隙结构的信息。
实施例3、
如实施例1所述的一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，其区别在于，将上述不同分辨率的数字岩心进行组合的方法，包括：
基于物理尺寸相同的低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心，叠加数字岩心构建步骤如下：
首先，将低分辨三维数字岩心中每一个体素细化为i*i*i个更小体素(见图1)，其中不同分辨率的三维模型中相对低的分辨率为低分辨率，相对较高的分辨率为高分辨率，使细化后的低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心的物理尺寸和体素尺寸都完全相同，其中，i为低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心的分辨率之比，图1中i＝4；
其次，为了构建同时描述低分辨率和高分辨率的孔隙特征的叠加数字岩心，按照布尔叠加算法,将低分辨率数字岩心的孔隙系统和高分辨率数字岩心的孔隙系统进行叠加，进而构建出双孔隙或多孔隙数字岩心，双孔隙或多孔隙数字岩心的孔隙系统空间Ω：
Ω＝Ω1+Ω2 (3)
式(1)中，Ω1表示低分辨率数字岩心的孔隙系统空间,Ω2表示高分辨率数字岩心的孔隙系统空间；
上述数字岩心的孔隙系统空间是通过0和1的二进制数据来进行表征的，0表示岩石孔隙，1表示岩石骨架，因此上述Ω＝Ω1+Ω2满足以下叠加条件：
或者
基于碳酸盐岩低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心，通过叠加法构建出同时描述大孔隙和微孔隙特征的双孔隙数字岩心。如图4所示为通过叠加法构建的碳酸盐岩双孔隙数字岩心。
通过叠加算法来构建的碳酸盐岩双孔隙数字岩心，既保留了碳酸盐岩粒间孔隙和粒内孔隙的几何拓扑信息，又保留了粒间大孔隙和粒内微孔隙的空间位置信息，能够同时描述碳酸盐岩中粒间孔隙和粒内孔隙的分布特征。
实施例4、
如实施例3所述的一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，其区别在于，
所述对多尺度数字岩心的按其岩石层理、孔隙结构进行区域划分，包括：利用测量窗按照一定方向移动并进行测量，根据测量结果进行区域划分(二维展示)；
所述进行性质分类，用已经获得性质分类的区域代替与之具有相同性质的区域，包括：按照实际需要预设数字岩心的性质分类标准，然后对数字岩心的各个区域按照预设性质分类标准进行性质分类标记，最后，用已经获得性质分类的区域代替与之具有相同性质的区域。
所述性质分类标准优选孔隙体积几何性质分类标准；所述性质分类标记优选数字标记或颜色标记。本发明如图3所示，相同颜色(相同灰度，实际显示时是彩色的图像，届时即按照相同颜色来表示相同性质)代表性质相同；最后按计算需要可以采取等价替换的方法，将已经获得的区域代替具有相同孔隙体积几何性质的区域，从而简化计算量及计算难度。
Claims (5)
1.一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，其特征在于，该表征方法包括：
首先，利用CT设备对岩心以不同的分辨率分别进行扫描和重构，得到不同分辨率的岩心三维图像，并建立不同分辨率的岩心三维模型，即数字岩心，同时获得数字岩心的孔隙结构信息；
其次，将上述不同分辨率的数字岩心进行组合，建立多尺度数字岩心；
再次，对多尺度数字岩心的按其岩石层理、孔隙结构进行区域划分；
最后，进行性质分类，用已经获得性质分类的区域代替与之具有相同性质的区域。
2.根据权1所述的一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，其特征在于，根据不同分辨率的岩心三维图像建立不同分辨率的岩心三维模型的方法为：
将得到的岩心三维图像导入AVIZO软件中；
经过图像的定位、去噪、平滑、阈值分割，最后经过3D计算建立岩心三维模型；同时，通过AVIZO软件获得数字岩心中孔隙结构的信息。
3.根据权1所述的一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，其特征在于，将上述不同分辨率的数字岩心进行组合的方法，包括：
基于物理尺寸相同的低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心，叠加数字岩心构建步骤如下：
首先，将低分辨三维数字岩心中每一个体素细化为i*i*i个更小体素使细化后的低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心的物理尺寸和体素尺寸都完全相同，其中，i为低分辨率数字岩心和高分辨率数字岩心的分辨率之比；
其次，按照布尔叠加算法,将低分辨率数字岩心的孔隙系统和高分辨率数字岩心的孔隙系统进行叠加，进而构建出双孔隙或多孔隙数字岩心，双孔隙或多孔隙数字岩心的孔隙系统空间Ω：
Ω＝Ω1+Ω2 (1)
式(1)中，Ω1表示低分辨率数字岩心的孔隙系统空间,Ω2表示高分辨率数字岩心的孔隙系统空间；
上述数字岩心的孔隙系统空间是通过0和1的二进制数据来进行表征的，0表示岩石孔隙，1表示岩石骨架，因此上述Ω＝Ω1+Ω2满足以下叠加条件：
或者
4.根据权1所述的一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，其特征在于，所述对多尺度数字岩心的按其岩石层理、孔隙结构进行区域划分，包括：利用测量窗按照一定方向移动并进行测量，根据测量结果进行区域划分；
所述进行性质分类，用已经获得性质分类的区域代替与之具有相同性质的区域，包括：按照实际需要预设数字岩心的性质分类标准，然后对数字岩心的各个区域按照预设性质分类标准进行性质分类标记，最后，用已经获得性质分类的区域代替与之具有相同性质的区域。
5.根据权1所述的一种基于岩石分类的多尺度数字岩心的碳酸盐岩孔隙结构表征方法，其特征在于，所述性质分类标准优选孔隙体积几何性质分类标准；所述性质分类标记优选数字标记或颜色标记。
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