CN108593501A - 一种多孔介质的接触角确定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔介质的接触角确定方法及系统。所述确定方法包括：在驱替模拟实验中，向真实岩心中注入驱替流体且对不同实际出油时段的岩心进行计算机断层CT扫描，确定不同时刻的三维图像；对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像；根据所述分割后的三维图像，标记不同相之间的接触线；所述相为在所述驱替模拟实验中的地下流体或驱替流体以及岩石骨架；根据所述接触线确定不同位置不同时刻下所述多孔介质的接触角。采用本发明所提供的确定方法及系统能够获得岩心中不同位置处、不同驱替时刻的接触角动态变化过程，更准确的反映出真实油藏环境的润湿性，为油气田开发大幅度提高采收率提供基础。

Description

一种多孔介质的接触角确定方法及系统

技术领域

本发明涉及接触角确定领域，特别是涉及一种多孔介质的接触角确定方法及系统。

背景技术

研究流体在多孔介质(油藏是其中一种)中的多相流动，是油气田开发过程中必不可少的内容，而润湿性又是影响多孔介质中多相流动的关键因素；润湿性是材料表面所具有的特性，反映了相界面复杂的物理化学反应，对孔隙中的流体分布、相界面移动有重要影响。多相流动中的一些关键性质如剩余油分布、相对渗透率和毛管力等都要受到润湿性的影响；用于衡量润湿性的参数很多，接触角就是其中一个重要参数，通过测量接触角，就可以计算获得材料的固体表面能。接触角测量技术涉及范围非常广泛，可以应用在很多领域，如国防、农业、工业、科研等；测量接触角的技术有着悠久的历史，但是都存在着局限性，因此不能够满足各种行业的需求。在油气田开发领域，油藏中岩石的润湿性影响油气生产过程中油水渗流规律、相对渗透率、毛管力等重要参数，因此，快速准确的获得流体在实际油藏中的接触角对提高原油采收率具有重要意义。

现有的接触角测量方法如躺滴法、悬泡法、威廉米吊板法、竖板毛细升高法等。这些方法在实际使用时根据油藏储层岩石性质选择相似的固体表面进行测量，以保证测量结果与实际情况相近。然而，实际的油藏岩石成分复杂，有很强的非均质性；岩石孔隙壁面形状变化多样，具有一定粗糙度，在真实油藏环境下，粗糙度会引起接触角的变化，造成接触角的滞后性。因此，在使用传统方法进行测量时，这些复杂因素都被忽略掉，只在油藏储层岩石性质选择相似的固体表面进行测量，使得测量的接触角不符合实际情况，测量精度低，不能代表真实油藏环境(高温高压)下岩石的润湿性。

发明内容

本发明的目的是提供一种多孔介质的接触角确定方法及系统，以解决现有技术测量接触角的测量精度低，从而导致油藏环境下岩石的润湿性与实际情况存在偏差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多孔介质的接触角确定方法，包括：

在驱替模拟实验中，向真实岩心中注入驱替流体且对不同实际出油时段的岩心进行计算机断层CT扫描，确定不同时刻的三维图像；所述驱替流体为水、气体或化学药剂；所述驱替模拟实验用于模拟在原位状态下地下流体的流动状态；

对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像；

根据所述分割后的三维图像，标记不同相之间的接触线；所述相为在所述驱替模拟实验中的地下流体或驱替流体以及岩石骨架；

根据所述接触线确定不同位置不同时刻下所述多孔介质的接触角。

可选的，所述对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像，具体包括：

采用先局部再整体的分割方法对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像。

可选的，所述根据所述分割后的三维图像，标记不同相之间的接触线，具体包括：

根据所述分割后的三维图像，采用边界提取算法标记不同相之间的接触线。

可选的，所述根据所述接触线确定不同位置不同时刻下所述多孔介质的接触角，具体包括：

根据所述接触线，采用切线法确定所述多孔介质的接触角。

一种多孔介质的接触角确定系统，包括：

三维图像确定模块，用于在驱替模拟实验中，向真实岩心中注入驱替流体且对不同实际出油时段的岩心进行计算机断层CT扫描，确定不同时刻的三维图像；所述驱替流体为水、气体或化学药剂；所述驱替模拟实验用于模拟在原位状态下地下流体的流动状态；

分割模块，用于对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像；

接触线标记模块，用于根据所述分割后的三维图像，标记不同相之间的接触线；所述相为在所述驱替模拟实验中的地下流体或驱替流体以及岩石骨架；

接触角确定模块，用于根据所述接触线确定不同位置不同时刻下所述多孔介质的接触角。

可选的，所述分割模块具体包括：

分割单元，用于采用先局部再整体的分割方法对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像。

可选的，所述接触线标记模块具体包括：

接触线标记单元，用于根据所述分割后的三维图像，采用边界提取算法标记不同相之间的接触线。

可选的，所述接触角确定模块具体包括：

接触角确定单元，用于根据所述接触线，采用切线法确定所述多孔介质的接触角。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种多孔介质的接触角确定方法及系统，获取多孔介质的岩心并对该岩心进行驱替模拟实验，通过对不断注入驱替流体的岩心进行计算机断层(computed tomograhy，CT)扫描，再对不同实际出油时段所获得的三维图像进行分析，从而能够获得接触角的动态变化过程，即油水流动过程中接触角的变化过程。与只在油藏储层岩石性质选择相似的固体表面进行测量，得到接触角的现有技术相比，只在固体表面进行测量所得到的接触角单一，未能体现出接触角的动态变化过程，只用单一的接触角值描述岩石的润湿性，因此，以该接触角反映真实油藏环境的润湿性的精度低，而本发明的接触角动态变化过程，充分考虑了接触角在不同位置处随时间的变化过程，能够更好的反映真实油藏环境下的润湿性。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的接触角确定方法流程图；

图2a为本发明所提供的三维图像处理前后的对比图；

图2b为本发明所提供的处理后图像的局部分割图；

图3为本发明所提供的接触线标记示意图；

图4为本发明所提供的经平滑处理后的接触线示意图；

图5为本发明所提供的水平液滴情况示意图；

图6为本发明所提供的接触角确定系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种多孔介质的接触角确定方法及系统，能够更好的反映出真实油藏环境下的润湿性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

现有技术测量接触角在应用到油气田开发领域时，测量接触角忽略了很多影响因素，比如孔隙表面的粗糙程度，孔隙空间形状的不规则弯曲情况，岩石矿物成分的复杂性，接触角不能反映流体流动时在孔隙中的动态变化过程等缺点，因此，现有的技术实际上是以一个角度来描述岩石的润湿性的，导致以该接触角描述岩石的润湿性不能真实的反应出油藏的真实环境。

图1为本发明所提供的接触角确定方法流程图，如图1所示，一种多孔介质的接触角确定方法，包括：

步骤101：在驱替模拟实验中，向真实岩心中注入驱替流体且对不同实际出油时段的岩心进行计算机断层CT扫描，确定不同时刻的三维图像；所述驱替流体为水、气体或化学药剂；所述驱替模拟实验用于模拟在原位状态下地下流体的流动状态。

在模拟实验过程中，选取不同时段进行扫描，可以获取流动过程中接触角的动态变化过程，可得到时间上的变化，具有4D的概念。

步骤102：对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像。

将获得的油田实际岩心进行驱替模拟实验，模拟地下流体(油、气、水)流动情况，假设为两相流动(p1相\p2相)选择不同注入时刻，其中，注入时刻是模拟油气田开发过程，即为实际出油时段；油气田开发过程中，是通过注入水或者气体等驱替原油流动，不同的生产时间，地下的油气水流体分布情况不同。

此外，p1相和p2相通常为生产过程中涉及到的流体，通常有一相为油，另一相为水或者其它用于驱替油流动的液体或者气体，为了说明经过处理后不同相的流体灰度图中颜色不同，可以以此为依据进行分割。以水驱油过程为例，P1相为水，p2相为油，用P1、p2来表述，更有通用性。

不同生产时间注入的量不同，随着时间的延长，注入量越大，不同注入时刻对应实际生产过程中的相应时刻，可以根据研究的目的不同，人为控制CT扫描的时刻，对岩心进行CT扫描，获取三维图像。注入的流体可以是水、气体、化学药剂或者其他生产中可能使用的流体。

在实际应用中，三维图像的分割过程可以有以下操作：

将获取的三维图像导入图像处理软件，对图像进行滤波操作，降低图像噪声，提高图像清晰度，方便后续处理；图2a为本发明所提供的三维图像处理前后的对比图，如图2a所示，其中，A为处理前图像，B为处理后图像，白色为岩石骨架，灰色为p1相，黑色为p2相；图2b为本发明所提供的处理后图像的局部分割图，如图2b所示，先将需要分割的图像分割成若干个局部图像，在局部图像上进行分割，然后将分割结果应用于整体图像，避免了单一阈值导致的分割不准确。

将滤波后的图像根据不同的灰度值，分割成不同的相(p1\p2\岩石)。由于数据体通常较大对计算机要求较高，且由于CT特性导致数据体中各处的灰度阈值相差较大，采用单一的灰度阈值进行整体分割不能获得较好分割效果，本发明采用先局部再整体的分割方法，具体方法如下：

在灰度数据体中(如数据大小为100*100)截取一较小数据体(10*10)，将其中灰度值变化较大的值剔除，然后进行归一化处理，使其灰度区间转换为0-255，采用分水岭法进行分割；

重复上一步，使用相同的方法处理整个数据体，并对不同的相做标记(可以用“0，1，2”分别代表白色岩石骨架，灰色p1相，黑色p2相)；

步骤103：根据所述分割后的三维图像，标记不同相之间的接触线；所述相为在所述驱替模拟实验中的地下流体或驱替流体以及岩石骨架。

根据所述分割后的三维图像，采用边界提取算法标记不同相之间的接触线。包含所有标记类型的点为三相接触点，如图3所示，选取经过三相交界点的图像，对标记的接触线进行平滑处理，平滑处理后的图像如图4所示。

步骤104：根据所述接触线确定不同位置不同时刻下所述多孔介质的接触角。

在实际应用中，根据所述接触线，采用切线法确定所述多孔介质的接触角。切线法的基本思想是生成一个虚拟圆，并通过调整圆心的位置及半径的大小，力求使虚拟圆与液滴边界的轮廓相重合。图5为本发明所提供的水平液滴情况示意图，液滴的轮廓并非一个标准圆弧，以求取左接触角为例，为了求出正确的液滴左接触角，则需要寻找到一个最佳内切圆使其与原液滴左边界的轮廓尽可能多的重合，图5中的重合段为AB，即可以将弧段用标准圆弧代替，再对弧线段做切线即可求取接触角。

本发明所提供的接触角确定方法并非使用与测试材料相近的材料且无需对测试材料进行复杂处理，可应用于油田现场岩心，考虑到非均质性，粗糙度等因素的影响。

本发明所提供的接触角确定方法可应用于油田生产过程中多种流体间接触角测量，如水驱油、聚合物等化学法驱油、泡沫驱油、气体驱油以及二氧化碳埋存等，与传统测量方法相比应用范围更加广泛。

本发明采用真实岩心，模拟油气生产过程中流体的流动，在不同的流动时刻，采用CT技术获取流体岩心内部结构及其中流体的分布图像，通过处理获取的三维图像，计算接触角及其分布。由于该方案是在真实岩心中，CT技术可以获取岩心内部的情况，可以克服传统方法的缺点，在不同的驱替时刻进行CT扫描可以获取接触角动态变化过程，从而能够更准确的反映出真实油藏环境下流体接触角。

图6为本发明所提供的接触角确定系统结构图，如图6所示，一种多孔介质的接触角确定系统，包括：

三维图像确定模块601，用于在驱替模拟实验中，向真实岩心中注入驱替流体且对不同实际出油时段的岩心进行计算机断层CT扫描，确定不同时刻的三维图像；所述驱替流体为水、气体或化学药剂；所述驱替模拟实验用于模拟在原位状态下地下流体的流动状态.

分割模块602，用于对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像。

所述分割模块602具体包括：分割单元，用于采用先局部再整体的分割方法对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像。

接触线标记模块603，用于根据所述分割后的三维图像，标记不同相之间的接触线；所述相为在所述驱替模拟实验中的地下流体或驱替流体以及岩石骨架。

所述接触线标记模块603具体包括：接触线标记单元，用于根据所述分割后的三维图像，采用边界提取算法标记不同相之间的接触线。

接触角确定模块604，用于根据所述接触线确定不同位置不同时刻下所述多孔介质的接触角。

所述接触角确定模块604具体包括：接触角确定单元，用于根据所述接触线，采用切线法确定所述多孔介质的接触角。

本发明将接触角测量与CT扫描技术相结合，在实际岩心中，在原位状态下，测量获得流体流动过程中接触角动态变化过程，可得到时间上的变化，具有4D的概念，因此，本发明的接触线确定方法及系统实际上为一种多孔介质的4D原位接触角确定方法及系统，以获取不同位置不同时刻下接触线的动态变化过程。

本发明采取局部分割，再整体处理的方法，从而提高图像分割处理的准确性。

本发明所提供的接触角确定方法及系统能够应用于不同的场景，对任意流动过程(如：水驱油、聚合物等化学法驱油、泡沫驱油、气体驱油以及二氧化碳埋存等)中接触角的动态变化过程均适用。

本发明的测量环境(原位状态)更接近真实环境，现有技术采用与测试材料相近的材料或需对测试材料进行处理，而本发明可直接使用油田现场岩心进行测量，测量接触角考虑到了非均质性，粗糙度等因素位置空间的影响，测量更加准确。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种多孔介质的接触角确定方法，其特征在于，包括：

在驱替模拟实验中，向真实岩心中注入驱替流体且对不同实际出油时段的岩心进行计算机断层CT扫描，确定不同时刻的三维图像；所述驱替流体为水、气体或化学药剂；所述驱替模拟实验用于模拟在原位状态下地下流体的流动状态；

对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像；

根据所述分割后的三维图像，标记不同相之间的接触线；所述相为在所述驱替模拟实验中的地下流体或驱替流体以及岩石骨架；

根据所述接触线确定不同位置不同时刻下所述多孔介质的接触角。

2.根据权利要求1所述的接触角确定方法，其特征在于，所述对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像，具体包括：

采用先局部再整体的分割方法对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像。

3.根据权利要求1所述的接触角确定方法，其特征在于，所述根据所述分割后的三维图像，标记不同相之间的接触线，具体包括：

根据所述分割后的三维图像，采用边界提取算法标记不同相之间的接触线。

4.根据权利要求1所述的接触角确定方法，其特征在于，所述根据所述接触线确定不同位置不同时刻下所述多孔介质的接触角，具体包括：

根据所述接触线，采用切线法确定所述多孔介质的接触角。

5.一种多孔介质的接触角确定系统，其特征在于，包括：

三维图像确定模块，用于在驱替模拟实验中，向真实岩心中注入驱替流体且对不同实际出油时段的岩心进行计算机断层CT扫描，确定不同时刻的三维图像；所述驱替流体为水、气体或化学药剂；所述驱替模拟实验用于模拟在原位状态下地下流体的流动状态；

分割模块，用于对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像；

接触线标记模块，用于根据所述分割后的三维图像，标记不同相之间的接触线；所述相为在所述驱替模拟实验中的地下流体或驱替流体以及岩石骨架；

接触角确定模块，用于根据所述接触线确定不同位置不同时刻下所述多孔介质的接触角。

6.根据权利要求5所述的接触角确定系统，其特征在于，所述分割模块具体包括：

分割单元，用于采用先局部再整体的分割方法对所述三维图像的不同相进行分割，确定分割后的三维图像。

7.根据权利要求5所述的接触角确定系统，其特征在于，所述接触线标记模块具体包括：

接触线标记单元，用于根据所述分割后的三维图像，采用边界提取算法标记不同相之间的接触线。

8.根据权利要求5所述的接触角确定系统，其特征在于，所述接触角确定模块具体包括：

接触角确定单元，用于根据所述接触线，采用切线法确定所述多孔介质的接触角。