CN109975336A - 一种基于ct扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量计算方法，包括：获取裂缝性岩心小柱样的孔隙度扫描小柱样获取岩心的三维灰度图像数据体，与进行对比，调整与实测孔隙度一致；对校正后的数字岩心进行标签分析，分离裂缝和基质孔隙；分离后的数字岩心，沿平行于裂缝方向选取一个包含裂缝的体积V1，求取沿平行于裂缝方向的裂缝渗透率kf，体积V1旁侧选取一个不包含裂缝的基质体积V2，取沿垂直于裂缝方向的基质岩块渗透率km。利用窜流系数的定义计算岩心的窜流系数。该方法直接根据窜流系数的定义来计算窜流系数，比试井拟合的方法更直观，避免了试井解释的多解性问题，可进行反复多次的计算模拟。
Description
技术领域
本发明属于裂缝性砂岩微观物理性质分析领域，具体地，涉及一种基于CT扫描技术来建立数字岩心并计算获得裂缝性岩心窜流系数的方法。
技术背景
裂缝性油气藏蕴含有大量的高品质油气资源，是现阶段勘探开发的重点。通过大量的地质研究发现，裂缝性油气藏具有裂缝-孔隙性双重介质的地质结构特征，表现为基质孔隙作为储集空间向裂缝进行流体供给。在进行生产动态分析时，通常利用窜流系数来衡量基质流体向裂缝窜流能力的大小。
对于裂缝性油气藏，目前主要采用油气井试井分析的方法，通过曲线拟合的方式来获取窜流系数，由此方法获得的窜流系数是对试井探测范围内的平均窜流能力的评价结果。而针对于岩心中孔隙向裂缝窜流的真实窜流能力并没有具体的评价方法，除此，窜流系数的实验测试手段也为空白。而在双重介质油气藏数值模拟的过程中，需要输入具体的窜流系数来进行流动模拟和生产预测，因此对该参数的测试计算方法就显得尤其重要。
目前获取窜流系数的主要手段是通过试井分析来拟合得到。该方法存在有三个问题：一是试井存在有多解性，不同的分析人员根据经验的不同可能会得到差距较大的评价结果；二是试井大多需要进行关井的压恢测试，这将会影响油气井的生产，经济性差；三是试井分析得到的窜流系数是平均窜流能力的体现，是通过压力的测量来间接反映窜流能力，并不能通过直接的手段来反映真实储层中孔隙向裂缝的窜流情况。因此，针对上述试井分析方法的局限性，找到一种能够通过室内物理实验来直观、经济、快速地获取窜流系数的方法就显得十分重要。
发明内容
本发明的目的是：提供一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法。
为达到上述目的，本发提供了一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，该方法包括：
(1)制备满足分辨率要求的裂缝性岩心小柱样，对岩样开展孔隙度测量实验，获取样品的孔隙度
(2)利用MicroCT-400扫描上述裂缝性岩心的小柱样，获取岩心的三维灰度图像数据体。
(3)根据步骤(2)得到的三维灰度图像数据体建立对应的数字岩心，计算空隙空间占扫描区域岩心总体积的体积百分比与实测的孔隙度进行对比，通过改变分割阈值的大小来不断调整的大小，使之与实测孔隙度一致。由此，得到经孔隙度校正后满足实际空隙分割的数字岩心。
(4)对步骤(3)得到的所述满足分割要求的数字岩心进行标签分析，分离裂缝和基质孔隙，并分别给予不同的标签。
(5)对步骤(4)所述的分离后的数字岩心，沿平行于裂缝方向选取一个包含裂缝的体积V1，根据Navier-Stokes方程式对体积V1求取沿平行于裂缝方向的裂缝渗透率kf。
(6)在步骤(5)中所述的体积V1旁侧选取一个不包含裂缝的基质体积V2，根据Navier-Stokes方程对体积V2求取沿垂直于裂缝方向的基质岩块渗透率km。
(7)利用窜流系数的定义式(1)可计算得到岩心的窜流系数。
式中，λ—窜流系数，无因次；α—形状因子，m-2；km—基质岩块渗透率，μm2；kf—裂缝渗透率，μm2；A—基质岩块与裂缝岩块接触的截面积，m2。
优选地，所述步骤(1)中的裂缝性岩心直径为5～15mm，长度为8～20mm。
优选地，所述步骤(2)中扫描所用镜头为4X镜，以满足小孔隙分辨率要求的情况下，完全扫描整个小柱样。
优选地，步骤(3)中，将所述三维灰度图像数据体转化为对应的数字岩心的方法包括：去掉所述三维灰度图像数据体中的背景和载物台部分，然后进行滤波处理和图像增强，接着选取不同的阈值范围计算骨架和空隙对应的梯度背景值，再利用分水岭算法对图像进行骨架和空隙分割。所述空隙包括基质孔隙和裂缝。
优选地，步骤(4)中所述的标签分析采用长宽比作为分析参数，完成标签分析后获得空隙标签的长宽比频数分布直方图，将长宽比频数变化最大的值作为裂缝与孔隙分割的分界值，由此对裂缝和基质孔隙进行分离。
优选地，步骤(5)中所述的体积V1是包括完整裂缝的最小岩石体积。所述的根据Navier-Stokes方程式求解渗透率的方法包括：
(a)对所选体积进行网格划分并确定网格编号；
(b)利用有限体积法求解Navier-Stokes方程组得到压力分布；
(c)应用达西定律计算出该方向的裂缝渗透率kf。
式中，Q为通过多孔介质的整体流量，m3·s-1；S为流体经过体积V1的截面积，m2；k为绝对渗透率，m2；μ为流动流体的动力粘度，Pa·s；ΔP为试样周围施加的压差，Pa；L为试样沿流动方向上的长度，m。
优选地，步骤(6)中所述的体积V2与步骤(4)中所述的体积V1具有相同的接触面积A。所述的根据Navier-Stokes方程式求解渗透率的方法与步骤(5)类似，仅流动方向上相互垂直。
优选地，步骤(7)中所述形状因子α可由式(2)计算或查表得到。
式中，n—裂缝组数，整数；L—岩石特征长度，m。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：(1)该方法直接根据窜流系数的定义来计算窜流系数，比试井拟合的方法更直观，避免了试井解释的多解性问题；(2)在计算窜流系数的同时，还获取了裂缝的渗透率和基质岩块的渗透率，对裂缝性岩心双重介质的特性有了更深入的认识；(3)该发明基于室内CT扫描实验结果，建立对应的真实岩样数字岩心，可为后续的孔隙结构分析、流动机理研究以及生产动态预测提供模型条件，可进行反复多次的计算模拟，避免了重复物理实验的资源浪费。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是实施例得到的裂缝性岩心CT扫描灰度图像；
图2是实施例得到的孔隙度校正后的数字岩心；
图3是实施例得到的标签分析后的长宽比频数分布直方图；
图4是实施例得到的标签分析后的数字岩心；
图5是实施例得到的裂缝岩块；
图6是实施例得到的基质岩块；
图7是实施例得到的裂缝面内的流线分布；
图8是实施例得到的基质块内的流线分布。
具体实施方式
以下结合计算方法和附图详细叙述本发明的具体实施方式。所述实施例旨在进一步解释本发明，而不是限制本发明。
利用基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，详细说明如下：
(1)选取裂缝性油藏砂岩岩样，制备满足分辨率要求的裂缝性岩心小柱样，尺寸大小为8mm(直径)×15mm，然后对岩样开展孔隙度测量实验，该岩样孔隙度为7.2％。
(2)利用MicroCT-400扫描上述裂缝性岩心的小柱样，获取岩心的完整三维灰度图像数据体，如图1。
(3)建立数字岩心并进行孔隙度校正
去掉步骤(2)中所述三维灰度图像数据体中的背景和载物台部分，然后进行滤波处理和图像增强，接着选取不同的阈值范围计算骨架和空隙对应的梯度背景值，再利用分水岭算法对图像进行骨架和空隙分割。所述空隙包括基质孔隙和裂缝。由此，可建立所述灰度图像所对应的数字岩心。
基于第一次分割所建立的数字岩心，计算其空隙空间占扫描区域岩心总体积的体积百分比为6.5％，与实测的孔隙度进行对比，通过增大空隙的阈值范围、减小骨架的阈值范围来重新分割数字岩心(若则减小空隙的阈值范围、增加骨架的阈值范围来重新分割数字岩心)，再次计算体积占比，重复该过程直至与实测孔隙度一致。由此，得到经孔隙度校正后满足实际空隙分割的数字岩心，如图2。
(4)对步骤(3)得到的所述满足分割要求的数字岩心进行标签分析，采用长宽比作为分析参数，完成标签分析后获得空隙标签的长宽比频数分布直方图，如图3。以频数变化最大的长宽比值作为裂缝与孔隙分割的分界值，分离裂缝和基质孔隙，并分别给予不同的标签，由此可得到标签分析处理后的裂缝和基质孔隙分布图，如图4。
(5)对步骤(4)所述的分离后的数字岩心，沿平行于裂缝方向选取一个包含裂缝的体积V1，根据Navier-Stokes方程式对体积V1求取沿平行于裂缝方向的裂缝渗透率kf。
优选地，步骤(5)中所述的体积V1是包括完整裂缝的最小岩石体积，如图5。所述的根据Navier-Stokes方程式求解渗透率的方法包括：
(a)对所选体积进行网格划分并确定网格编号；
(b)利用有限体积法求解Navier-Stokes方程组得到裂缝中的压力分布及流线分布，如图7；
(c)基于步骤(b)所得到的计算结果，应用达西定律计算出该方向的裂缝渗透率kf＝23.33D。
式中，Q为通过多孔介质的整体流量，m3·s-1；S为流体经过体积V1的截面积，m2；k为绝对渗透率，m2；μ为流动流体的动力粘度，Pa·s；ΔP为试样周围施加的压差，Pa；L为试样沿流动方向上的长度，m。
(6)在步骤(5)中所述的体积V1旁侧选取一个不包含裂缝的基质体积V2，根据Navier-Stokes方程对体积V2求取沿垂直于裂缝方向的基质岩块渗透率km＝0.08D。
优选地，步骤(6)中所述的体积V2与步骤(4)中所述的体积V1具有相同的接触面积A，如图6。所述的根据Navier-Stokes方程式求解渗透率的方法与步骤(5)类似，仅流动方向上相互垂直，如图8。
(7)利用窜流系数的定义式(1)及形状因子的定义式(2)可计算得到岩心的窜流系数λ＝0.0059。
式中，λ—窜流系数，无因次；α—形状因子，m-2；km—基质岩块渗透率，μm2；kf—裂缝渗透率，μm2；A—基质岩块与裂缝岩块接触的截面积，m2。
优选地，步骤(7)中所述形状因子α可由式(2)计算或查表得到。
式中，n—裂缝组数，整数；L—岩石特征长度，m。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，本发明中所提及的任何范围端点值和任何值均不限于该精确范围或值，应当理解为包含和接近这些范围或值的值，这些值都属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在本发明的技术构思范围内，可以对技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备满足分辨率要求的裂缝性岩心小柱样，对岩样开展孔隙度测量实验，获取样品的孔隙度
(2)利用MicroCT-400扫描上述裂缝性岩心的小柱样，获取岩心的三维灰度图像数据体；
(3)根据步骤(2)得到的三维灰度图像数据体建立对应的数字岩心，计算空隙空间占扫描区域岩心总体积的体积百分比与实测的孔隙度进行对比，通过改变分割阈值的大小来不断调整的大小，使之与实测孔隙度一致；由此，得到经孔隙度校正后满足实际空隙分割的数字岩心；
(4)对步骤(3)得到的所述满足分割要求的数字岩心进行标签分析，分离裂缝和基质孔隙，并分别给予不同的标签；
(5)对步骤(4)所述的分离后的数字岩心，沿平行于裂缝方向选取一个包含裂缝的体积V1，根据Navier-Stokes方程式对体积V1求取沿平行于裂缝方向的裂缝渗透率kf；
(6)在步骤(5)中所述的体积V1旁侧选取一个不包含裂缝的基质体积V2，根据Navier-Stokes方程对体积V2求取沿垂直于裂缝方向的基质岩块渗透率km；
(7)利用窜流系数的定义式(1)可计算得到岩心的窜流系数；
式中，λ—窜流系数，无因次；α—形状因子，m-2；km—基质岩块渗透率，μm2；kf—裂缝渗透率，μm2；A—基质岩块与裂缝岩块接触的截面积，m2。
2.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中的裂缝性岩心小柱样直径为5～15mm，长度为8～20mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中扫描所用镜头为4X镜。
4.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，其特征在于，所述步骤(3)中，将所述三维灰度图像数据体转化为对应的数字岩心的方法包括：去掉所述三维灰度图像数据体中的背景和载物台部分，然后进行滤波处理和图像增强，接着选取不同的阈值范围计算骨架和空隙对应的梯度背景值，再利用分水岭算法对图像进行骨架和空隙分割；所述空隙包括基质孔隙和裂缝。
5.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，其特征在于，所述步骤(4)中所述的标签分析采用长宽比作为分析参数，完成标签分析后获得空隙标签的长宽比频数分布直方图，将长宽比频数变化最大的值作为裂缝与孔隙分割的分界值，由此对裂缝和基质孔隙进行分离。
6.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，其特征在于，所述步骤(5)中所述的体积V1是包括完整裂缝的最小岩石体积；所述的根据Navier-Stokes方程式求解渗透率的方法包括：
(a)对所选体积进行网格划分并确定网格编号；
(b)利用有限体积法求解Navier-Stokes方程组得到压力分布；
(c)应用达西定律计算出该方向的裂缝渗透率kf；
式中，Q为通过多孔介质的整体流量，m3·s-1；S为流体经过体积V1的截面积，m2；k为绝对渗透率，m2；μ为流动流体的动力粘度，Pa·s；ΔP为试样周围施加的压差，Pa；L为试样沿流动方向上的长度，m。
7.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，其特征在于，所述步骤(6)中所述的体积V2与步骤(4)中所述的体积V1具有相同的接触面积A；所述的根据Navier-Stokes方程式求解渗透率的方法与步骤(5)相同，仅流动方向上相互垂直。
8.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的裂缝性岩心窜流系数测量方法，其特征在于，所述步骤(7)中所述形状因子α由式(2)计算或查表得到；
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