CN109472112B - 一种页岩数字岩心建模方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种页岩数字岩心建模方法，包括以下步骤：步骤S1、获取建模条件；步骤S2、进行矿物颗粒的沉积，在沉积过程的颗粒膨胀半径中加入间距随机数；步骤S3、进行矿物颗粒的压实，在压实的所述矿物颗粒中嵌入有机质形成骨架；步骤S4、对所述骨架进行均匀化，在均匀骨架中嵌入孔隙，得到页岩的数字岩心。本发明提供的页岩数字岩心建模方法可以实现泥质含量的灵活精准调节。

Description

一种页岩数字岩心建模方法
技术领域
本发明涉及数字岩心技术领域，具体涉及一种页岩数字岩心建模方法。
背景技术
页岩地层非常致密，孔渗条件差。页岩孔隙直径的分布范围为5～400nm，渗透率的数值范围为(0.001～1)×10-6μm2。页岩孔隙的图像一般要通过聚焦离子束切片和电子显微镜观察方法获得。观测分辨率的提高一般伴随着观测范围的减小，所以实验观测建立的页岩数字岩心的尺寸往往很小。数学重建方法以二维或三维的图像为信息模板构建数字岩心，主要是马尔可夫链-蒙特卡洛法，即MCMC法。MCMC法利用SEM图像和X射线能谱图像区分孔隙、有机质、基质和颗粒矿物等并分别提取模板信息，然后分别建立它们的分布图像，最后将这些图像按照优先级高低叠合，得到完整的页岩数字岩心，MCMC法得到的数字岩心虽然完整，但是需要先进的成像设备，成本高昂，应用门槛高。相比于以上两种方法，过程法对于输入条件要求宽松，不需要采用先进的成像设备，且建立的数字岩心尺寸较大，但是在建模过程中对于泥质含量的调节仍然不够灵活。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提供一种页岩数字岩心建模方法，解决现有技术中建立页岩数字岩心时泥质含量调节不灵活的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种页岩数字岩心建模方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取建模条件；
步骤S2、进行矿物颗粒的沉积，在沉积过程的颗粒膨胀半径中加入间距随机数；
步骤S3、进行矿物颗粒的压实，在压实的所述矿物颗粒中嵌入有机质形成骨架；
步骤S4、对所述骨架进行均匀化，在均匀骨架中嵌入孔隙，得到页岩的数字岩心。
本发明还提供一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一所述的页岩数字岩心建模方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：在矿物颗粒沉积过程中，在颗粒膨胀半径中加入间距随机数，实现控制矿物颗粒之间的距离，间接实现泥质含量初步控制，然后通过压实过程再次调节颗粒距离，最终实现泥质含量调整。
附图说明
图1是本发明提供的页岩数字岩心建模方法的流程图；
图2是本发明提供的控制脆性矿物颗粒距离的图；
图3是通过本发明提供的页岩数字岩心建模方法得到的数字岩心示例图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如图1所示，本发明的实施例1提供了一种页岩数字岩心建模方法，包括以下步骤：
步骤S1、获取建模条件；
步骤S2、进行矿物颗粒的沉积，在沉积过程的颗粒膨胀半径中加入间距随机数；
步骤S3、进行矿物颗粒的压实，在压实的所述矿物颗粒中嵌入有机质形成骨架；
步骤S4、对所述骨架进行均匀化，在均匀骨架中嵌入孔隙，得到页岩的数字岩心。
本发明将过程法应用于页岩的数字岩心建立，简化了页岩数字岩心建立过程。同时，在页岩中泥质含量变化范围大，有机质和孔隙包含在泥质内，石英等矿物颗粒可能接触也可能分离，针对这一问题，本发明对现有的过程法进行了改进，调节过程法中的颗粒膨胀半径，在颗粒膨胀半径中加入了间距随机数，通过调节间距随机数调节矿物颗粒之间的间距，进而调节泥质含量，实现泥质含量的灵活调节。
具体的，如图2所示，图2中左图为现有技术中颗粒膨胀半径Rexp＝Rdep+Rnow，右图为本发明提供的颗粒膨胀半径Rexp＝Rdep+Rnow+Rrdm，其中，Rexp为所述颗粒膨胀半径，Rdep为已沉积颗粒的半径，Rnow为当前沉积颗粒的半径，Rrdm为所述间距随机数。本发明提供的颗粒膨胀半径加入了随机数Rrdm，实现泥质含量的灵活控制。
优选的，所述建模条件包括孔隙度、各类矿物颗粒的含量、各类矿物颗粒的颗粒大小以及各类矿物颗粒之间的接触关系。
括孔隙度、各类矿物颗粒的含量、各类矿物颗粒的颗粒大小以及各类矿物颗粒之间的接触关系均采用现有技术获取即可。例如孔隙度通过岩心分析获取，各类矿物颗粒的含量、各类矿物颗粒的颗粒大小以及各类矿物颗粒之间的接触关系可通过激光粒度分析或薄片观察获取。本发明并不涉及建模条件获取方法的改进，因此，在此不再赘述。
优选的，所述步骤S2还包括：将预设区间分为与所述矿物颗粒的种类一一对应的多个连续子区间，所述子区间的宽度与对应种类的矿物颗粒的含量成正比，每一所述矿物颗粒对应一个所述预设区间之间的含量调节随机数，通过调节所述含量调节随机数调节矿物含量。
通过随机数的数值分布范围体现矿物颗粒的含量。不同种类的矿物颗粒的含量用受控随机方法进行调控。每种矿物颗粒都对应一个连续的数值子区间，子区间宽度与对应的矿物颗粒的含量成正比。只需调整子区间的宽度即可调整矿物颗粒含量，实现泥质含量的灵活调节。
具体的，在沉积过程中对每个矿物颗粒生成一个0-1间的含量调节随机数N，这里0-1就是设定区间，将设定区间为五个子区间，五个子区间分别为0-N1、N1-N2、N2-N3、N3-N4、N4-1，子区间0-N1对应石英颗粒，N1-N2对应长石颗粒，N2-N3对应方解石颗粒，N3-N4对应白云石颗粒，N4-1对应黄铁矿颗粒，根据含量调节随机数N所在的区间来确定矿物颗粒的种类，进而可以通过调节含量调节随机数N调节泥质含量。
以上示出了设定区间以及子区间的一种示例，仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
优选的，所述步骤S3中，对所述矿物颗粒进行压实，具体为：
调节所述矿物颗粒的平移量dxi＝(1-λi)xi，其中，i＝1,2,3分别表示笛卡尔坐标系的三个方向，dxi为所述矿物颗粒在i方向上的平移量，λi为所述矿物颗粒在i方向上的压实系数，xi为所述矿物颗粒在i方向上的坐标值。
确定颗粒矿物的沉积位置后，可通过压实作用进一步调节泥质含量。压实过程通过矿物颗粒的平移实现。由于平移量与坐标大小有关，接近坐标系原点的矿物颗粒平移量小，远离坐标系原点的矿物颗粒平移量大，故矿物颗粒之间的相互距离减小，矿物颗粒含量增加，泥质含量减小。
优选的，所述步骤S4中，对所述骨架进行均匀化，具体为：
利用数值模拟对所述骨架进行均匀化。
嵌入有机质后，利用数值模拟方法对骨架进行均匀化，将页岩除孔隙之外固体部分均匀化，数值模拟为现有技术，在此不再赘述。
优选的，所述步骤S4中，在均匀骨架中嵌入孔隙，具体为：
通过有限元数值模拟计算所述均匀骨架的弹性参数，根据所述弹性参数在所述均匀骨架中嵌入椭圆形的孔隙。
嵌入有机质后，将页岩除孔隙之外固体部分视为均匀介质，用有限元数值模拟计算的弹性参数作为该均匀介质的弹性参数，在其中嵌入椭圆形孔隙，形成等效页岩数字岩心。图3示出了通过本发明提供的页岩数字岩心建模方法得到的数字岩心示例图。
实施例2：
本发明的实施例2提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-6任一所述的页岩数字岩心建模方法。
本发明提供的计算机存储介质，用于实现上述页岩数字岩心建模方法，因此，上述页岩数字岩心建模方法所具备的技术效果，计算机存储介质同样具备，在此不再赘述。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种页岩数字岩心建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、获取建模条件；
步骤S2、进行矿物颗粒的沉积，在沉积过程的颗粒膨胀半径中加入间距随机数；
步骤S3、进行矿物颗粒的压实，在压实的所述矿物颗粒中嵌入有机质形成骨架；
步骤S4、对所述骨架进行均匀化，在均匀骨架中嵌入孔隙，得到页岩的数字岩心；
所述步骤S2还包括：将预设区间分为与所述矿物颗粒的种类一一对应的多个连续子区间，所述子区间的宽度与对应种类的矿物颗粒的含量成正比，每一所述矿物颗粒对应一个所述预设区间之间的含量调节随机数，通过调节所述含量调节随机数调节矿物含量；
其中，每种矿物颗粒都对应一个连续的数值子区间，子区间宽度与对应的矿物颗粒的含量成正比；在沉积过程中对每个矿物颗粒生成一个0-1间的含量调节随机数N，将设定区间为五个子区间，五个子区间分别为0-N1、N1-N2、N2-N3、N3-N4、N4-1，子区间0-N1对应石英颗粒，N1-N2对应长石颗粒，N2-N3对应方解石颗粒，N3-N4对应白云石颗粒，N4-1对应黄铁矿颗粒，根据含量调节随机数N所在的区间来确定矿物颗粒的种类，进而可以通过调节含量调节随机数N调节泥质含量。
2.根据权利要求1所述的页岩数字岩心建模方法，其特征在于，所述建模条件包括孔隙度、各类矿物颗粒的含量、各类矿物颗粒的颗粒大小以及各类矿物颗粒之间的接触关系。
3.根据权利要求1所述的页岩数字岩心建模方法，其特征在于，所述步骤S3中，对所述矿物颗粒进行压实，具体为：
调节所述矿物颗粒的平移量
Figure QLYQS_3
，其中，/>
Figure QLYQS_4
分别表示笛卡尔坐标系的三个方向，/>
Figure QLYQS_6
为所述矿物颗粒在/>
Figure QLYQS_2
方向上的平移量，/>
Figure QLYQS_5
为所述矿物颗粒在/>
Figure QLYQS_7
方向上的压实系数，/>
Figure QLYQS_8
为所述矿物颗粒在/>
Figure QLYQS_1
方向上的坐标值。
4.根据权利要求1所述的页岩数字岩心建模方法，其特征在于，所述步骤S4中，对所述骨架进行均匀化，具体为：
利用数值模拟对所述骨架进行均匀化。
5.根据权利要求1所述的页岩数字岩心建模方法，其特征在于，所述步骤S4中，在均匀骨架中嵌入孔隙，具体为：
通过有限元数值模拟计算所述均匀骨架的弹性参数，根据所述弹性参数在所述均匀骨架中嵌入椭圆形的孔隙。
6.一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-5任一所述的页岩数字岩心建模方法。
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