CN109142875A - 一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，涉及岩石物理领域。以致密砂岩气层岩石为研究对象，通过微CT扫描的切片图像建立数字岩心，提取岩心的孔隙结构参数。利用格子Boltzmann方法模拟不同饱和度下岩心中气水两相的分布情况，并以此为基础研究致密砂岩的微观孔隙结构及润湿性对其电阻率特性的影响。本发明利用数字岩心技术恰好能够弥补传统实验的不足。

Description

一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法
技术领域
本发明涉及岩石物理领域，特别涉及一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法。
背景技术
我国致密砂岩气资源丰富，潜力巨大，四川盆地早在20世纪70年代初就已发现致密砂岩气藏。截至2011年底，我国致密砂岩气累计探明可采储量为1.76×1012m3，占全国天然气探明总储量的2/5左右，2011年致密砂岩气产量占全国天然气产量的1/4左右（鲁雪松等，2014）。据国土资源部预测，我国的致密砂岩气产量在2030年将达到（400-600）×108m3，同时非常规天然气产量将约占天然气总产量的一半（王南等，2015）。致密砂岩气已成为我国天然气产量增长的重要力量。
致密砂岩储层由于沉积、成岩作用复杂，导致其具有孔隙结构复杂、孔隙度与渗透率低下、次生孔隙发育、毛管压力高等特点。致密砂岩储层结构的复杂性给勘探开发带来了许许多难题：测井解释符合率低、储层评价与试油气效果不好。岩石的电阻率特性在测井解释与储层评价中具有重要作用，其不仅依赖于微观孔隙结构，还受到孔隙中流体分布的影响。高质量岩电参数的获取，对于提高测井解释符合率有重要的意义。然而致密砂岩因其低孔低渗的特点，难以使用传统的两相驱替实验来建立饱和度，使得获取高质量的岩电参数较为困难。传统的岩石物理方法分析岩心物性较为耗时，且难以表征三维空间内孔隙的结构。因此，获取致密砂岩的孔隙结构及其对岩石电学特性的影响研究难以通过传统的实验手段开展。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，旨在以致密砂岩气层岩石为研究对象，通过微CT扫描的切片图像建立数字岩心，提取岩心的孔隙结构参数。利用格子Boltzmann方法模拟不同饱和度下岩心中气水两相的分布情况，并以此为基础研究致密砂岩的微观孔隙结构及润湿性对其电阻率特性的影响。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，其特征在于；其是将标准制样的岩心进行CT扫描获得一系列二维切片图像，然后进行滤波去噪、阈值分割后建立数字岩心模型，将模型中的每一个体素作为格子Boltzmann方法中的一个格子，模拟气和水在岩心孔隙空间中在不同含水饱和度时的分布状况；基于模型中气水分布信息获得岩心的电学特性参数。
进一步的技术方案在于，所述CT扫描是采用微CT扫描设备对样品进行扫描，然后利用滤波反投影算法进行重建获得一系列二维切片图像。
进一步的技术方案在于，所述滤波去噪采用中值滤波进行去噪。
进一步的技术方案在于，所述阈值分割是使用Avizo软件中提供的“I_threshold”方法进行交互式的阈值分割，阈值从0开始逐渐增加，当选中大部分部孔隙时停止，再用“tophat”算法自动进行细节填补。
进一步的技术方案在于，格子Boltzmann方法是采用Shan-Chen D3Q19格子模型进行模拟，在该模型中通过设置不同的固体壁面的虚拟密度来模拟不同的润湿性。
进一步的技术方案在于，基于模型中气水分布信息获得岩心的电学特性参数过程中，是利用有限元方法进行模拟，将图像的每一个像素点作为有限元当中的一个单元，随后设置单元属性时，将代表水的单元设置为导电，而其余单元不导电；通过计算岩心在不同饱和度下的电阻率，可以做出双对数坐标的Sw-I图，进行线性拟合得到阿尔奇公式参数b、n。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明公开一种基于数字岩心，通过格子Boltzmann方法确立岩心中气水分布，并进一步获取致密砂岩电学特性的方法。首先利用微CT扫描获得岩心的一系列二维切片图像，通过滤波去噪及阈值分割建立起数字岩心模型。第二步，利用格子Boltzmann方法模拟气和水在岩心孔隙空间中在不同含水饱和度时的分布状况。第三步，基于气水分布信息，利用有限元方法求解岩心的电阻率。该方法可以获取岩心的电阻率，并进一步获取岩心的阿尔奇公式参数b、n。
附图说明
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。
图1是岩心微CT扫描结果二维切片；
图2是岩心微CT扫描结果三维结果；
图3是岩心中值滤波对比图滤波前；
图4是岩心中值滤波对比图滤波后；
图5是岩心阈值分割图的阈值分割前；
图6是岩心阈值分割图的阈值分割后；
图7是数字岩心模型；
图8模拟区域；
图9是气水分布图Sw=10%；
图10是气水分布图Sw=20%；
图11是气水分布图Sw=30%；
图12是气水分布图Sw=40%；
图13是Sw-I图；
图14是实施例岩心微CT扫描结果二维切片；
图15是实施例数字岩心模型；
图16是实施例双对数坐标图中作I-Rw图。
具体实施方式
下面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的一部分实施例，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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
数字岩心技术是开展岩石物理研究的一个新兴手段，利用岩心的数字模型，研究人员通过划分岩心的孔隙空间来获得孔喉分布、配位数及形状因子等参数，并用这些参数来定量地描述岩心的孔隙结构特征。同时也可以利用建立好的数字模型进行数值模拟，更快的获得多项岩石的物理参数，如绝对渗透率、相对渗透率、岩电参数及力学参数等。
本文以致密砂岩气层岩石为研究对象，利用数字岩心技术恰好能够弥补传统实验的不足。
本发明公开了一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，其特征在于；其是将标准制样的岩心进行CT扫描获得一系列二维切片图像，然后进行滤波去噪、阈值分割后建立数字岩心模型，将模型中的每一个体素作为格子Boltzmann方法中的一个格子，模拟气和水在岩心孔隙空间中在不同含水饱和度时的分布状况；基于模型中气水分布信息获得岩心的电学特性参数。
优选的，所述CT扫描是采用微CT扫描设备对样品进行扫描，然后利用滤波反投影算法进行重建获得一系列二维切片图像。
优选的，所述滤波去噪采用中值滤波进行去噪。
优选的，所述阈值分割是使用Avizo软件中提供的“I_threshold”方法进行交互式的阈值分割，阈值从0开始逐渐增加，当选中大部分部孔隙时停止，再用“tophat”算法自动进行细节填补。
优选的，格子Boltzmann方法是采用Shan-Chen D3Q19格子模型进行模拟，在该模型中通过设置不同的固体壁面的虚拟密度来模拟不同的润湿性。
优选的，基于模型中气水分布信息获得岩心的电学特性参数过程中，是利用有限元方法进行模拟，将图像的每一个像素点作为有限元当中的一个单元，随后设置单元属性时，将代表水的单元设置为导电，而其余单元不导电；通过计算岩心在不同饱和度下的电阻率，可以做出双对数坐标的Sw-I图，进行线性拟合得到阿尔奇公式参数b、n。
对本发明进行详细说明：
1.数字岩心模型建立
1.1 微CT扫描
将岩心制成扫描所需的大小，然后利用微CT扫描设备对样品进行扫描，对扫描结果利用滤波反投影算法进行重建，得到扫描样品的最终结果，如图1-2所示。
1.2图像滤波
得到岩心的CT图片后，并不能直接用来构建数字岩心，因为此时图片还存在着很多噪声，会对之后的分析产生很大影响，因此要对原始图像进行滤波去噪。本方法采用中值滤波进行去噪，不仅可以有效去除系统噪声，还可以较好的保护图像的细节。滤波效果对比如图3-4所示。
1.3阈值分割
本文使用Avizo软件中提供的“I_threshold”方法进行交互式的阈值分割，阈值从0开始逐渐增加，当选中大部分部孔隙时停止，再用“tophat”算法自动进行细节填补，图5-6是岩心的阈值分割结果，白灰色部分为孔隙，黑色部分为岩石骨架。
至此，数字岩心模型建立完毕，三维效果图如图7所示。
2.岩心中气两相分布模拟
利用格子Boltzmann方法与数字岩心模型无缝衔接。将模型中的每一个体素作为格子Boltzmann方法中的一个格子。采用Shan-Chen D3Q19格子模型进行模拟，在该模型中，可以通过设置不同的固体壁面的虚拟密度来模拟不同的润湿性。
模拟时为了使用周期性边界，需要在岩心的入口及出口两端加入虚拟层，来确保使用周期性边界的条件，模拟区域如图8所示。模拟初始化时，根据人为设置的不同含水饱和度，在岩心模型中随机加入符合比例的两组分流体。模拟开始后对两组分流体施加质量力，使其流动起来，待模型中两组分流体所占据的格子不再发生变化，认为达到稳定状态，模拟停止，将此时的气水分布信息保存下来，图9-12所示为不同饱和度下岩心中的气水分布情况，其中白灰色部分代表水，黑色部分代表气。
3.电阻率模拟
岩心中的气水分布情况同样是以一系列二维图片进行保存的，在用有限元方法进行模拟时，将图像的每一个像素点作为有限元当中的一个单元，在设置单元属性时，将代表水的单元设置为导电，而其余单元不导电。
通过计算岩心在不同饱和度下的电阻率，可以做出双对数坐标的Sw-I图，如图13，进行线性拟合得到阿尔奇公式参数b、n。
实施例：
1.选取某岩心，进行微CT扫描得到一系列二维图片，如图14所示（图中仅为其中的一张）：
2.利用中值滤波进行去噪处理，选取合适的灰度阈值将孔隙选取出来，选取结果如图15所示：
3.利用格子玻尔兹曼方法的Shan-Chen 多组分 D3Q19模型进行计算，得到数字岩心在不同含水饱和度下的气水分布结果。
4.利用有限元方法，将图像中每一个像素点视为一个单元，并将上一步得到的结果水所占据的像素的电导率设置为1，气所占据的像素的电导率设为0，模型的出入口施加电压差，其余四个面绝缘，最终得到出口处电流，通过欧姆定律求出岩石的电阻。通过计算不同含水饱和度的模型，得到一系列的电阻。将所有结果与100%饱和水时岩石的电阻作比，得到电阻率增大系数I，并在双对数坐标图中作I-Rw图，如16所示。

Claims (6)

1.一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，其特征在于；其是将标准制样的岩心进行CT扫描获得一系列二维切片图像，然后进行滤波去噪、阈值分割后建立数字岩心模型，将模型中的每一个体素作为格子Boltzmann方法中的一个格子，模拟气和水在岩心孔隙空间中在不同含水饱和度时的分布状况；基于模型中气水分布信息获得岩心的电学特性参数。
2.根据权利要求1所述的一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，其特征在于，所述CT扫描是采用微CT扫描设备对样品进行扫描，然后利用滤波反投影算法进行重建获得一系列二维切片图像。
3.根据权利要求1所述的一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，其特征在于，所述滤波去噪采用中值滤波进行去噪。
4.根据权利要求1所述的一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，其特征在于，所述阈值分割是使用Avizo软件中提供的“I_threshold”方法进行交互式的阈值分割，阈值从0开始逐渐增加，当选中大部分部孔隙时停止，再用“tophat”算法自动进行细节填补。
5.根据权利要求1所述的一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，其特征在于，格子Boltzmann方法是采用Shan-Chen D3Q19格子模型进行模拟，在该模型中通过设置不同的固体壁面的虚拟密度来模拟不同的润湿性。
6.根据权利要求1所述的一种利用数字岩心获取致密砂岩岩石电学特性的方法，其特征在于，基于模型中气水分布信息获得岩心的电学特性参数过程中，是利用有限元方法进行模拟，将图像的每一个像素点作为有限元当中的一个单元，随后设置单元属性时，将代表水的单元设置为导电，而其余单元不导电；通过计算岩心在不同饱和度下的电阻率，可以做出双对数坐标的Sw-I图，进行线性拟合得到阿尔奇公式参数b、n。
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