CN108825222B - 运用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法 - Google Patents
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Abstract
一种运用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法。主要目的在于克服剩余油运移规律研究方法过于单一的缺点，本发明提出采用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法。具体解决方案为：制作微观物理模型，通过微观驱油装置进行功能型聚合物驱油实验，收集渗流过程的连续图像，根据实际情况将驱替范围分区，通过图像处理，去除实际孔隙骨架，提取完整剩余油分布形态，按分区网格计算网格内剩余油计盒维数，总结相同网格及相邻网格计盒维数变化曲线，对比相邻网格计盒维数变化规律，确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律。
Description
技术领域
本发明隶属于油气田开发领域，尤其涉及到一种分形理论研究剩余油分布规律的装置与方法。
背景技术
随着油田开发的不断深入，国内大多数油田皆已进入高含水、高采出程度的“双高”阶段，针对二次采油未能采出的未波及区的剩余油和波及区的残余油，认识剩余油为油田二次采油及三次采油提供重要依据尤为重要。剩余油又分为宏观剩余油和微观剩余油两大类。目前微观方面关于剩余油的研究更侧重微观驱替机理及剩余油分布形态。更多的是采用微观可视模型，虽然直观，但是驱替过程中多区域同时流动，运移规律显得抽象，缺少对确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法。此外，剩余油研究方法较为单一，缺少用直观的规律曲线来分析剩余油分布及运移规律的方法。分形几何理论研究的是具有统计自相似性的对象，自诞生以来，在理论研究和实际应用方面都得到了快速发展，已有研究将分形理论用在孔隙结构、裂缝评价、储层非均质性描述，但关于剩余油方面目前只有计盒维数的计算公式，尚无具体运用分形理论研究剩余油分布及运移规律的方法。
发明内容
为了解决背景技术中所提到的技术问题，本发明提供一种运用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法，该种方法将分形理论运用到剩余油分布研究领域，采用分形计盒维数定量化确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律，从而克服现有技术中的缺陷。
本发明的技术方案是：该种运用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法，包括如下步骤：
步骤一，制备可视化驱替用的光刻玻璃岩心微观可视模型；
步骤二，将步骤一中获得的微观可视模型置入微观驱油装置中进行微观驱油实验，采集功能型聚合物驱替过程图像；本步骤中，不饱和水；
步骤三，将步骤二中采集到的功能型聚合物驱替过程图像进行剩余油图像提取；
步骤四，通过MATLAB软件对第三步获取的剩余油图像网格化处理并计算步骤二中未饱和水的微观可视模型的孔隙的计盒维数；
步骤五，通过Photoshop软件对步骤四中已进行完网格化处理的剩余油图像九等分，九等分后的区域分别为主流线区域、两翼区域、主流线与两翼之间的区域以及特征区域；
步骤六，对步骤五中得到的主流线区域、两翼区域、主流线与两翼之间的区域以及特征区，计算这些区域的计盒维数并绘制计盒维数随PV数变化的四组曲线；
步骤七，利用经过步骤六所获得的四组曲线，按照△R=R孔隙－R维数，确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律；其中R孔隙为孔隙的分形维数与x轴之间的长度；R维数为剩余油维数与x轴之间的长度；△R为初始饱和油维数与化学驱结束后剩余油计盒维数的差，△R反映了区域的驱替程度；
确定的具体路径如下：
（1）利用对应主流线区域的计盒维数随 PV 数变化曲线图，确定功能型聚合物驱条件下主流线剩余油分布及运移规律，当△R介于1.2-1.4之间时，剩余油呈孤立状，零散的分布在孔喉中，说明驱替程度完全；当△R处于1.1-1.2时，部分孔喉空间充满剩余油,呈斑块状形态分布，说明绝大多数剩余油被驱替；
（2）利用对应两翼区域的计盒维数随 PV 数变化曲线图按照如下规律确定功能型聚合物驱条件下两翼剩余油分布及运移规律，即：当△R处于1.1-1.2时，部分孔喉空间充满剩余油,呈斑块状形态分布，此时剩余油绝大多数被驱替；当△R处于0.8-1.1时，剩余油呈条带状形态分布在少数连通的孔喉中，此时剩余油多数被驱替；
（3）利用对应主流线与两翼之间的区域的计盒维数随PV数变化曲线图，定量分析主流线与两翼间剩余油分布及运移规律；
（4）利用对应特征区的计盒维数随 PV 数变化曲线图，按照如下规律确定功能型聚合物驱条件下特征区剩余油分布及运移规律，即:当计盒维数减小时，说明水驱波及到侧翼。
本发明具有如下有益效果：为了克服剩余油运移规律研究方法过于单一的缺点，本发明提出采用分形理论研究剩余油分布规律。在本发明中，制作微观物理模型，通过微观驱油装置进行驱油实验，收集渗流过程的连续图像，根据实际情况将驱替范围分区，通过图像处理，去除实际孔隙骨架，提取完整剩余油分布形态，按分区网格计算网格内剩余油计盒维数，总结相同网格及相邻网格计盒维数变化曲线，对比相邻网格计盒维数变化规律，获取剩余油的分布及运移规律。本发明通过计算剩余油分布的分形维数，能够准确描述不同区域剩余油分布的复杂程度，分形维数越大，剩余油分布越复杂，驱替效果越不好，通过分形维数曲线的变化趋势，来分析驱替过程中剩余油的分布及运移规律，对油田开发中的开发方案具有重要意义。
附图说明：
图1是本发明具体实施时所采用的驱替实验装置图。
图2是本发明具体实施时采集到的原始图像。
图3是本发明具体实施时锐化处理后的图像。
图4是本发明具体实施时，去骨架后完整剩余油图像的提取图。
图5是本发明具体实施时剩余油图像九等分的区域划分示意图。
图6是本发明具体实施时主流线区维数随注入PV数变化曲线图。
图7是本发明具体实施时侧翼区域维数随注入PV数变化曲线图。
图8是本发明具体实施时主流线及侧翼相邻区域维数随注入PV数变化曲线图。
图9是本发明具体实施时特征区维数随注入PV数变化曲线图。
图中1-注入端；2-注采中部；3-采出端；4、7分别为近井两翼；5、8分别为盲端；6、9分别为远井两翼；10、11分别为特征区；12-微量泵；13-注水活塞容器；14-摄像头；15-光刻玻璃岩心模型；16-计算机；17-量筒；18-六通；19-恒温箱；20-注功能型聚合物塞容器。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步说明：
步骤一：微观可视模型制备。
利用曝光技术将设计好的储层孔隙结构转移到涂有感光胶的玻璃片上并显影，然后利用氢氟酸腐蚀将显影部分刻蚀出具有一定深度的孔隙结构，而其他部分因分别被光刻胶和蜡保护而不被腐蚀，最后盖上盖玻片，这样便得到可视化驱替用的微观模型。
步骤二：将步骤一中获得的微观物理模型置入微观驱油装置中进行微观驱油实验，采集功能型聚合物驱替过程图像。
实验步骤如下：（1）用石油醚、乙醇、蒸馏水清洗微观仿真玻璃刻蚀模型；（2）将清洗干净后的玻璃可视模型抽真空后，饱和模拟地层水；（3）20℃条件下在模型中饱和油，并在此温度条件下静置老化24h；（4）以0.01ml/min的驱替速度向模型中注入水直至含水率98%，后注入功能型聚合物至残余油饱和度；（5）分析微观驱替图像。
步骤三：将步骤二中采集到的功能型聚合物驱替过程图像进行剩余油图像提取。（1）将步骤2中采集到的RGB图像通过photoshop软件转化为灰度图像，并对图像进行亮度、对比度、锐化等预处理如图2、图3所示；（2）采用迭代阀值法通过photoshop软件，对于预处理后的图像分割图像中的剩余油，提出剩余油分布完整图像；进行图像分割时，最重要的部分就是如何选取阈值，如果阈值选择不合理，很容易将目标对象理解成为背景图像,或者将背景图像理解为目标对象。以步骤2中所获得的驱替图像中的一张图像，渗流图像为例，来说明具体路径。具体路径如下：
①求出渗流图像的最大灰度值Zmax和最小灰度值Zmin，并设置初始值，T0=(Zmin+Zmax)/2；
②根据阈值Tk(k=0,1,2,3…)将渗流图像分割成目标图像和背景图像两部分，再按照公式(1)和公式(2)求出这两部分的平均灰度值ZO和ZB；
式中，Z(i,j)为图像中像素点(i,j)的灰度值；N(l,j)为像素点(I,j)的加权系数,一般为1。
③求出新的阈值，Tk+1=(ZO+ZB)/2；
④如果Tk= Tk+1，则迭代结束,否则k=k+1，重复②—④。
经上述计算图像阀值T为28，通过photoshop软件选取上述阀值，即可得到分割的剩余油图像。如图4所示。
步骤四：通过MATLAB软件对第三步获取的剩余油图像网格化处理并计算步骤二中未饱和水的微观模型的孔隙的计盒维数，具体路径如下：
（1）设置像素点，图像大小为240×180个像素点；
（2）划分网格：用大小为n×n网格去覆盖孔隙全部图像。n是整数，则分割比率为r=n/A原图被分成了A/n个网格块，其中n序列为区域图像240和180的最大公约数的全部因数即（1，2，3，4，5，6，10，15，20，30，60）；
（3）被占用的判定规则：任何一个网格块只要包含孔隙就被认为是被占用的网格块，统计总共被占的网格块数并记为Nr，此时就获得了一组(r，Nr)；
（4）计算孔隙占有网格数：改变网格大小，重新获取r，Nr，具体步骤重复（2）、（3）过程，就能得到一系列(r，Nr)；
（5）计盒维数的计算：对（ln1/r，lnNr）进行线性拟合，运用最小二乘法，其中直线的斜率值D就是图像中孔隙的计盒维数。
发明步骤五：通过Photoshop软件对步骤四中已进行完网格化处理的剩余油图像九等分；其中，通过Photoshop软件添加图像长和宽的三等分点所在直线将图像分成九个区域；靠近注入介质端所在区域为注入端，靠近采出液体端所在区域为采出端，图像中心所在区域为注采中部，这三个区域为主流线区；所述主流线区的两侧区域为两翼区，其中，靠近注入端的区域为近井端，靠近采出端的区域为远井端，靠近注采中部的区域为盲端；在所述盲端与注采中部的边界上任意选取两处作特征区，用于观察主流线区域是否波及到盲端；上述区域如图5所示。
步骤六：对步骤五中得到的主流线区域、两翼区域、主流线与两翼之间的区域以及特征区，计算这些区域的计盒维数并绘制计盒维数随PV数变化曲线；
计算该区域的计盒维数具体路径如下：
（1）设置像素点，图像大小为A×B个像素点；
（2）划分网格：用大小为n×n网格去覆盖剩余油全部图像。n是整数，则分割比率为r=n/A，原图被分成了A/n个网格块，其中n序列为区域图像A和B的最大公约数的全部因数；
（3）被占用的判定规则：任何一个网格块只要包含剩余油就被认为是被占用的网格块，统计总共被占的网格块数并记为Nr，此时就获得了一组(r，Nr)；
（4）计算剩余油占有网格数：改变网格大小，重新获取r，Nr，具体步骤重复（2）、（3）过程，就能得到一系列(r，Nr)；
（5）计盒维数的计算：对（ln1/r，lnNr）进行线性拟合，运用最小二乘法，其中直线的斜率值D就是该图像的计盒维数
主流线区域的计盒维数并随PV数变化曲线如图6所示，两翼区域的计盒维数随PV数变化曲线如图7，主流线与两翼的相邻区域的计盒维数随PV数变化曲线如图8，特征区的计盒维数随PV数变化曲线如图9。
发明步骤七：利用经过步骤六所获得的四组曲线分析功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律，确定的具体路径如下：
（1）利用对应主流线区域的计盒维数随 PV 数变化曲线图按照如下规律确定功能型聚合物驱条件下主流线剩余油分布及运移规律，
△R=R孔隙—R维数 （1）
其中R孔隙为孔隙的分形维数与x轴之间的长度；R维数为剩余油维数与x轴之间的长度。△R反映了区域的驱替程度。当△R介于1.2-1.4之间时，剩余油呈孤立状，零散的分布在孔喉中，说明驱替程度完全。当△R处于1.1-1.2时，部分孔喉空间充满剩余油,呈斑块状形态分布。说明绝大多数剩余油被驱替。
如图6所示为主流线上区域计盒维数的变化曲线，在功能型聚合物驱结束后，注入端与注采中部△R1、△R2 介于1.2-1.4之间，说明剩余油呈孤立状，化学驱替完全。采出端△R3 介于1.1-1.2之间，说明剩余油斑块状，绝大多数剩余油被驱替。随着功能型聚合物的进行，注入端计盒维数在注入量0至0.1PV区间略微下降，说明注入端在水驱过程中绝大部分剩余油已被驱替，注入端少量的剩余油受功能型聚合物驱替导致剩余油不断运移，注入端剩余油不断减少，在注入量为0.1PV之后，计盒维数趋于平缓，说明注入端已无功能型聚合物可动剩余油，功能型聚合物已无动用潜力。而注采中部在注入端维数下降中计盒维数上下波动，说明注采中部的剩余油受到注入聚合物的波及以及注入端剩余油的运移，计盒维数在注入量为0.1PV至0.3PV区间快速下降，说明功能型聚合物已进入注采中部驱替剩余油，注入量在0.3PV后，计盒维数趋于平缓，说明注采中部已无可动剩余油，聚驱再无动用潜力。采出端计盒维数在0.2PV前上下波动，说明采出端受功能型聚合物的波及以及注采中部剩余油的运移，在0.2PV至0.4PV维数大幅下降，说明功能型聚合物进入并驱替了采出端的剩余油，在注入量为0.4PV后1、2、3区域计盒维数趋于平缓，说明功能型聚合物已无动用潜力。
（2）利用对应两翼区域的计盒维数随 PV 数变化曲线图按照如下规律确定功能型聚合物驱条件下两翼剩余油分布及运移规律，即：当△R处于1.1-1.2时，部分孔喉空间充满剩余油,呈斑块状形态分布，此时剩余油绝大多数被驱替。当△R处于0.8-1.1时，剩余油呈条带状形态分布在少数连通的孔喉中，此时剩余油多数被驱替。
如图7所示为侧翼区域计盒维数的变化曲线，功能型聚合物驱结束后，近井端与远井端△R4、△R6 介于1.1-1.2之间，说明剩余油呈斑块状，绝大多数剩余油被驱替，而盲端△R5 介于0.8-1.1之间，说明剩余油呈条带状，部分剩余油未被驱替。随着聚驱的进行，近井端在注入量为0至0.2PV维数大幅下降，说明功能型聚合物进入近井端驱替剩余油导致剩余油发生运移，在注入量为0.2PV后，计盒维数趋于平缓，说明近井端已无聚驱可动剩余油。盲端的计盒维数在注入量为0至0.15PV区间上下波动，说明盲端受聚合物的波及以及近井端剩余油的运移，在注入量0.15PV至0.3PV区间计盒维数大幅下降，说明聚合物已注入到盲端，驱替剩余油，后在0.3PV时盲端已无聚驱可动剩余油。远井端在注入量为0至0.2PV区间时，计盒维数上下波动，说明受聚合物波及以及盲端剩余油的运移，在注入量为0.2PV至0.35PV区间计盒维数快速下降，说明剩余油被大幅动用，在0.35PV时各区计盒维数趋于平缓，说明聚驱再无动用潜力。
（3）利用对应主流线与两翼之间的区域的计盒维数随PV数变化曲线图，定量分析主流线与两翼间剩余油分布及运移规律。
Claims (5)
1.一种运用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，制备可视化驱替用的光刻玻璃岩心微观可视模型；
步骤二，将步骤一中获得的微观可视模型置入微观驱油装置中进行微观驱油实验，采集功能型聚合物驱替过程图像；本步骤中，不饱和水；
步骤三，将步骤二中采集到的功能型聚合物驱替过程图像进行剩余油图像提取；
步骤四，通过MATLAB软件对第三步获取的剩余油图像网格化处理并计算步骤二中未饱和水的未饱和水的微观模型的计盒维数；
步骤五，通过Photoshop软件对步骤四中已进行完网格化处理的剩余油图像九等分，按照如下路径进行：
通过Photoshop软件添加图像长和宽的三等分点所在直线将图像分成九个区域；靠近注入介质端所在区域为注入端，靠近采出液体端所在区域为采出端，图像中心所在区域为注采中部，这三个区域为主流线区；所述主流线区的两侧区域为两翼区，其中，靠近注入端的区域为近井端，靠近采出端的区域为远井端，靠近注采中部的区域为盲端；在所述盲端与注采中部的边界上任意选取两处作为特征区，用于观察主流线区域是否波及到盲端；
步骤六，对步骤五中得到的主流线区域、两翼区域、主流线与两翼之间的区域以及特征区，计算这些区域的计盒维数并绘制计盒维数随PV数变化的四组曲线；
步骤七，利用经过步骤六所获得的四组曲线，按照△R=R孔隙－R维数，确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律；其中R孔隙为未饱和水的微观模型的计盒维数与x轴之间的长度；R维数为剩余油维数与x轴之间的长度；△R为初始饱和油维数与聚合物驱结束后剩余油计盒维数的差，△R反映了区域的驱替程度；
确定的具体路径如下：
（1）利用对应主流线区域的计盒维数随 PV 数变化曲线图，确定功能型聚合物驱条件下主流线剩余油分布及运移规律，当△R介于1.2-1.4之间时，剩余油呈孤立状，零散的分布在孔喉中，说明驱替程度完全；当△R处于1.1-1.2时，部分孔喉空间充满剩余油,呈斑块状形态分布，说明绝大多数剩余油被驱替；
（2）利用对应两翼区域的计盒维数随 PV 数变化曲线图按照如下规律确定功能型聚合物驱条件下两翼剩余油分布及运移规律，即：当△R处于1.1-1.2时，部分孔喉空间充满剩余油,呈斑块状形态分布，此时剩余油绝大多数被驱替；当△R处于0.8-1.1时，剩余油呈条带状形态分布在少数连通的孔喉中，此时剩余油多数被驱替；
（3）利用对应主流线与两翼之间的区域的计盒维数随PV数变化曲线图，定量分析主流线与两翼间剩余油分布及运移规律；
（4）利用对应特征区的计盒维数随 PV 数变化曲线图，按照如下规律确定功能型聚合物驱条件下特征区剩余油分布及运移规律，即:当计盒维数减小时，说明聚合物驱波及到侧翼。
2.根据权利要求1所述的运用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法，其特征在于：步骤三中所述的将步骤二中采集到的功能型聚合物驱替过程图像进行剩余油图像提取，按照如下路径进行：
（1）将步骤二中采集到的功能型聚合物驱替阶段的RGB图像通过photoshop软件转化为灰度图像，并对图像进行亮度、对比度、锐化等预处理；
（2）采用迭代阀值法通过photoshop软件，对于预处理后的图像分割图像中的剩余油，提出剩余油分布完整图像。
3.根据权利要求2所述的运用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法，其特征在于：步骤四中所述的通过MATLAB软件对第三步获取的剩余油图像网格化处理并计算步骤二中未饱和水的微观模型的计盒维数，具体路径如下：
（1）设置像素点，图像大小为A×B个像素点；
（2）划分网格：用大小为n×n网格去覆盖孔隙全部图像；n是整数，则分割比率为r=n/A，原图被分成了A/n个网格块，其中n序列为区域图像A和B的最大公约数的全部因数；
（3）被占用的判定规则：任何一个网格块只要包含孔隙就被认为是被占用的网格块，统计总共被占的网格块数并记为Nr，此时就获得了一组(r，Nr)；
（4）计算孔隙占有网格数：改变网格大小，重新获取r，Nr，具体步骤重复（2）、（3）过程，就能得到一系列(r，Nr)；
（5）计盒维数的计算：对（ln1/r，lnNr）进行线性拟合，运用最小二乘法，其中直线的斜率值D就是该图像中孔隙的计盒维数。
4.根据权利要求3所述的运用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法，其特征在于：步骤五中所述的通过Photoshop软件对步骤四中已进行完网格化处理的剩余油图像九等分，按照如下路径进行：
通过Photoshop软件添加图像长和宽的三等分点所在直线将图像分成九个区域；靠近注入介质端所在区域为注入端，靠近采出液体端所在区域为采出端，图像中心所在区域为注采中部，这三个区域为主流线区；所述主流线区的两侧区域为两翼区，其中，靠近注入端的区域为近井端，靠近采出端的区域为远井端，靠近注采中部的区域为盲端；在所述盲端与注采中部的边界上任意选取两处作为特征区，用于观察主流线区域是否波及到盲端。
5.根据权利要求4所述的运用分形理论确定功能型聚合物驱剩余油分布及运移规律的方法，其特征在于：步骤六中所述的对步骤五中得到的主流线区域、两翼区域、主流线与两翼之间的区域以及特征区，计算这些区域的计盒维数并绘制计盒维数随PV数变化曲线，计算区域的计盒维数具体路径如下：
（1）设置像素点，图像大小为A×B个像素点；
（2）划分网格：用大小为n×n网格去覆盖剩余油全部图像；n是整数，则分割比率为r=n/A，原图被分成了A/n个网格块，其中n序列为区域图像A和B的最大公约数的全部因数；
（3）被占用的判定规则：任何一个网格块只要包含剩余油就被认为是被占用的网格块，统计总共被占的网格块数并记为Nr，此时就获得了一组(r，Nr)；
（4）计算剩余油占有网格数：改变网格大小，重新获取r，Nr，具体步骤重复（2）、（3）过程，就能得到一系列(r，Nr)；
（5）计盒维数的计算：对（ln1/r，lnNr）进行线性拟合，运用最小二乘法，其中直线的斜率值D就是该图像的计盒维数。
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