CN110441209A - 一种基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,包括以下步骤:(1)基于微纳米CT实验结果,建立致密储层岩心的复杂数字岩心,其中包括:岩石骨架、孔隙空间和微纳孔系统;(2)基于所建立的数字岩心,利用灰色格子Boltzmann方法模拟流体的流动;(3)流动方向的边界条件为循环边界,并且外加作用力,其他方向为封闭边界条件;(4)根据计算的流速和压力结果,结合量纲分析,得到岩石的渗透率。本发明利用灰色格子Boltzmann方法,在传统算法的基础上,综合考虑了微纳米孔隙的流动,高效准确地实现了岩石渗透率的求取,方法新颖、可推广性高。
Description
技术领域
本发明涉及岩土领域,具体的说涉及一种基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法。
背景技术
致密油藏的开发已成为石油工业增储上产的关键领域。致密储层渗透率的大小直接关系到油藏开发方案的选取,是储层重要的物性参数之一。目前室内试验测量难度大,稳态法几乎难以实施,脉冲测量方法不确定性高,而且会掺杂气体的非达西效应。基于致密储层的数字岩心来模拟计算岩石的渗透率被认为是一种有效的替代方法。但目前通常采用的微纳米CT精度不足,只能识别比较大的粒间孔隙,而对于微纳米孔隙系统无法识别,但致密岩心很多时候微纳米孔占比高达一半以上,而且微纳米孔起到了沟通粒间孔隙的作用,在此数字岩心上采用传统的格子Boltzmann方法会忽略微纳米孔对流动储存和流动的贡献,计算结果势必会致密储层复杂数字岩心的建立有很大的误差产生。
发明内容
本发明说是要解决的技术问题至少包括:现有技术中的岩石渗透率的计算会产生很大的误差的问题。
本发明提出一种基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,包括以下步骤:
(1)致密储层复杂数字岩心的建立:基于微纳米CT实验结果,建立致密储层岩心的复杂数字岩心,其中包括:岩石骨架、孔隙空间和微纳孔系统;
(2)利用灰色格子Boltzmann方法模拟流体的流动:基于所建立的数字岩心,利用灰色格子Boltzmann方法模拟流体的流动;
(3)流动条件的确定及流速的计算:流动方向的边界条件为循环边界,并且外加作用力,其他方向为封闭边界条件;
(4)岩石的渗透率的计算:根据计算的流速和压力结果,结合量纲分析,得到岩石的渗透率。
所述步骤1)中,利用微纳米CT扫描岩样得到岩心的三维数据体,依据体素灰度值的大小分布,识别出岩石骨架、孔隙空间和微纳米孔隙系统(大约对应于灰度直方图上的三个峰),分别标记为1、0和0.5,进行图像分割,这样就得到了致密储层的复杂数字岩心。
所述步骤2)中,在已生成的数字岩心上,基于灰色格子Boltzmann方法进行流动模拟计算。体素点为0时,流体存在,体素点为1时采用经典的half-way反弹格式,而体素点为0.5时(灰色格子)采用部分反弹格式,即乘以部分反弹率ns,当ns=0,即为孔隙空间,不存在反弹;当ns=1,即为岩石骨架,完全反弹;部分反弹介于两者之间。
部分反弹格式中的反弹率ns需要依据微纳米孔隙的渗透率获得。首先可通过氮气吸附或高压压汞所得到的孔隙半径进行估算得到微纳米孔隙的渗透率,转化到格子单位可以得到对应的kmicro,继而ns=v/(2kmicro+v)。
所述步骤3)中,流动方向上采用循环边界条件,而其他方向均采用封闭边界条件,即添加一层封闭的岩石骨架。在流动方向上施加作用力,在LBGK模型中,对应的作用力表达式为:其中pg为流动方向的压力梯度;ei是格子的方向向量,fi为粒子在各个方向上的密度分布函数。
在模拟计算过程中,时间步长取1ts,格子长度取1lu,密度取1mu/lu3,松弛因子τ取1,对应的动力粘度为保证算法的精度,调节pg的大小,使得任一格子中流体流速不高于0.1lu/ts。以实际体素点尺寸,密度和粘度为基础,即可建立格子单位与SI单位之间的关系,继而实现了两者的转化。
所述步骤4中,经过一定的迭代计算,等到格子的流速不发生变化时,计算流动方向上所有格子流速的平均值,即则可得到渗透率按照量纲转化,就可得到实际岩心的渗透率。
综上,本发明所设计一种基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,该方法利用灰色格子Boltzmann方法,在传统算法的基础上,综合考虑了微纳米孔隙的流动,高效准确地实现了岩石渗透率的求取,方法新颖、可推广性高。本发明克服了传统计算中在此数字岩心上采用传统的格子Boltzmann方法会忽略微纳米孔对流动储存和流动的贡献而产生很大的误差的问题,计算的准确度更高。
附图说明
图1是本发明实施方式的基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法的流程图;
图2是本发明所涉及致密储层复杂数字岩心的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述,给出的实施例仅为了阐明本发明,而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南,并不以任何方式构成对本发明的限制。
如图1所示,本发明的一种基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,其包括以下步骤:
S10、采集并制作致密储层岩样,利用微纳米CT扫描岩样,得到由体素点组成的三维数字岩心数据体。根据三维数字岩心数据体绘制体素灰度值的频率分布图,从频率分布图中可以发现,所述频率分布图中存在三个峰,分别对应为岩石骨架、孔隙空间和微纳米孔隙系统。由于微纳米孔隙系统一般低于所用CT的分辨率,因此其体素点的灰度值介于岩石骨架和孔隙空间之间。根据频率分布图,选取三个峰之间的分界点作为界限,对原三维灰度数据体进行分割,最终得到致密储层的三维数字岩心,对三类体素点(岩石骨架、孔隙空间和微纳米孔隙系统)进行标注,如图2所示,图2是本发明所涉及致密储层的复杂数字岩心的示意图,图2上的黑色白色和灰色区域分别对应岩石骨架、孔隙空间和微纳米孔隙系统,并将其标注为1、0和0.5。
S20、依据步骤S10生成的致密储层的复杂数字岩心,以体素点中心为格子中心,建立灰色格子Boltzmann模拟方法的基本网格。灰色格子Boltzmann模拟方法是在LBGK模型的基础上发展而来的,LBGK模型是格子Boltzmann方法应用最为广泛的一类模拟算法。所谓灰色格子Boltzmann就是在微纳米孔隙系统的体素点采用介于0/1的反射条件。当体素点为0时,流体存在,体素点为1时采用经典的half-way反弹格式,而体素点为0.5时(灰色格子)采用部分反弹格式,即乘以部分反弹率ns,当ns=0,即为孔隙空间,不存在反弹;当ns=1,即为岩石骨架,完全反弹;部分反弹介于两者之间。
S30、选择一个流动方向,在流动方向上采用循环边界条件,而其他方向均采用封闭边界条件,即添加一层封闭的岩石骨架。在流动方向上施加作用力用以等效代替压力梯度的施加,在LBGK模型中,对应的作用力表达式为:其中pg为流动方向的压力梯度;ei是格子的方向向量,fi为粒子在各个方向上的密度分布函数,Fi表示体积力,τ表示松弛时间,ρ表示流体密度,u表示粒子速度,eq表示平衡态。初始时,设定格子的密度分布为1-ns,即,孔隙空间格子的流体密度为1,岩石骨架格子的流体密度为0,而微纳米孔格子的流体密度为1-ns。在存在边界条件的影响下,即可进行迭代计算直至流动稳定。
其中,在模拟计算过程中,时间步长取1ts,格子长度取1lu,密度取1mu/lu3,松弛因子τ取1,此时,对应的动力粘度其中,v表示动力粘度,为保证算法的精度,调节pg的大小,使得任一格子中流体流速不高于0.1lu/ts。以实际体素点尺寸,密度和粘度为基础,即可建立格子单位与SI单位之间的关系,继而实现了两者的转化。
同时,部分反弹格式中的反弹率ns需要依据微纳米孔隙的渗透率获得。首先可通过氮气吸附或高压压汞所得到的孔隙半径进行估算得到微纳米孔隙的渗透率。此估算可以利用经典的Kozeny公式,即其中φ为孔隙度,r为孔喉半径,T是迂曲度。将得到的渗透率转化到格子单位可以得到对应的kmicro,继而通过公式ns=v/(2kmicro+v)就可得到对应格子单位处的微纳米孔隙(灰色格子)的部分反射率。
S40、经过一定的迭代计算,等到格子的流速不发生变化时,计算流动方向上所有格子流速的平均值,即则可得到渗透率按照量纲转化(所述量纲转化是指不同的量纲之间的相互转化),就可得到实际岩心的渗透率,此时实际岩心的渗透率为:k*(lR)2,其中lR为一个格子(一个体素点)所对应实际物理长度。
综上,本发明利用灰色格子Boltzmann方法,在传统算法的基础上,综合考虑了微纳米孔隙的流动,高效准确地实现了岩石渗透率的求取,方法新颖、可推广性高。
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说,在不脱离本发明的宗旨和范围,以及无需进行不必要的实验情况下,可在等同参数、浓度和条件下,在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例,应该理解为,可以对本发明作进一步的改进。总之,按本发明的原理,本申请欲包括任何变更、用途或对本发明的改进,包括脱离了本申请中已公开范围,而用本领域已知的常规技术进行的改变。按以下附带的权利要求的范围,可以进行一些基本特征的应用。
Claims (8)
1.一种基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)致密储层复杂数字岩心的建立;
2)利用灰色格子Boltzmann方法模拟流体的流动;
3)流动条件的确定及流速的计算;
4)岩石的渗透率的计算。
2.如权利要求1所述的基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)基于微纳米CT实验结果,建立致密储层岩心的复杂数字岩心;
2)基于步骤1)所建立的数字岩心,利用灰色格子Boltzmann方法模拟流体的流动;
3)以流动方向的边界条件为循环边界,并且外加作用力,其他方向为封闭边界条件,进行迭代计算直至压力场稳定;
4)根据计算的流速和压力结果,结合量纲分析,得到岩石的渗透率。
3.如权利要求2所述的基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,其特征在于:所述步骤1)中,利用微纳米CT扫描岩样得到由体素点组成的三维数据体,根据三维数字岩心数据体体素灰度值的大小分布,识别出岩石骨架、孔隙空间和微纳米孔隙系统,进行图像分割,得到致密储层的复杂数字岩心。
4.如权利要求2所述的基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,其特征在于:所述步骤2)中,基于灰色格子Boltzmann方法,其中,体素点为0时,流体存在,体素点为1时采用经典的half-way反弹格式,而体素点为0.5时采用部分反弹格式,即乘以部分反弹率ns,当ns=0,即为孔隙空间,不存在反弹;当ns=1,即为岩石骨架,完全反弹;部分反弹介于两者之间。
5.如权利要求4所述的基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,其特征在于:所述部分反弹率ns依据微纳米孔隙的渗透率获得:首先可通过氮气吸附或高压压汞所得到的孔隙半径进行估算得到微纳米孔隙的渗透率,转化到格子单位可以得到对应的kmicro,继而其中kmicro表示微纳米孔隙的渗透率,ν表示运动粘度。
6.如权利要求2所述的基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,其特征在于,所述步骤3)中,在流动方向上施加作用力,在LBGK模型中,对应的作用力表达式为:其中pg为流动方向的压力梯度;ei是格子的方向向量,fi为粒子在各个方向上的密度分布函数,Fi表示体积力,τ表示松弛时间,ρ表示流体密度,u表示粒子速度,eq表示平衡态。
7.如权利要求6所述的基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,其特征在于,所述步骤3)中,时间步长取1ts,格子长度取1lu,密度取1mu/lu3,松弛因子τ取1,对应的动力粘度为保证算法的精度,调节pg的大小,使得任一格子中流体流速不高于0.1lu/ts。以实际体素点尺寸,密度和粘度为基础,即可建立格子单位与SI单位之间的关系,继而实现了两者的转化。
8.如权利要求2所述的基于致密储层数字岩心计算岩石渗透率的方法,其特征在于:所述步骤4)中,经过所述步骤3)中的迭代计算至格子的流速不发生变化时,计算流动方向上所有格子流速的平均值,即则可得到渗透率量纲转化,得到实际岩心的渗透率,其中表示平均速度,ei表示格子的方向向量,fi表示粒子在各个方向上的密度分布函数,ρ表示流体密度,v表示运动粘度,pg表示流动方向的压力梯度。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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