CN110992483A - 基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，根据测井、地震资料预先建立地质模型，并规划空间坐标，提取溶洞表面坐标；通过逆向建模方法将溶洞表面坐标生成溶洞实体数字模型；根据溶洞实体数字模型构建存在该数字模型中空的立方体数字模型，并对其进行切割得到真实缝洞型油藏数字模型；对缝洞型油藏数字模型依次进行等比例缩放、切片处理、轨迹扫描处理，利用3D打印技术初步得到实验所用物理模型；对打印好地物理模型进行一系列后处理操作，逐步达到实验可用要求。本发明解决了缝洞型油藏物理实验模型制作流程复杂、精度不高、形态不真实的问题，能够完美地按一定比例还原真实缝洞型油藏，并且可无限复制。

Description

基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法

技术领域

本发明属于石油开采的实验设备领域，具体地，涉及一种基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法。

背景技术

目前，缝洞型碳酸盐岩油藏地石油储量约占全球总储量的一半左右，但是其裂缝与溶洞的形态、大小、组合关系均不尽相同，开采难度较大，采收率较低。缝洞型油藏的物理实验研究对于研究缝洞型油藏的驱替机理、提高采收率措施具有重要作用。前人曾利用大理石、玻璃水槽、全直径岩心、有机玻璃板等材料制作缝洞型油藏物理实验模型，但这些物理模型均存在一定问题，比如，大理石模型和有机玻璃模型的缝洞刻画困难，难以制作不规则的溶洞和裂缝，不能准确模拟真实油藏；全直径岩心模型刻画的裂缝和溶洞随机性太强，难以达到既定要求；玻璃水槽模型制作方法复杂，难以批量制作，批量实验。

近些年来，利用3D打印机制作缝洞性油藏物理模型的方法逐渐开始发展起来，但是如何精确打印真实缝洞型油藏物理模型的难度较大。本文提出的基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，能够成功地按照一定比例还原真实油藏，且目前国内外未有类似方法的报道。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术问题，本发明提供一种基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，能够完美地按一定比例还原真实缝洞型碳酸盐岩油藏。

为实现上述目的，本发明采用下述方案：

步骤1：根据测井、地震资料预先建立地质模型，并规划空间坐标，提取溶洞表面坐标；

步骤2：利用溶洞表面坐标进行逆向建模，得到溶洞实体数字模型；

步骤3：根据溶洞实体数字模型构建存在该数字模型中空的立方体数字模型，并对其进行切割得到真实缝洞型油藏数字模型；

步骤4：对缝洞型油藏数字模型依次进行等比例缩放、切片处理、轨迹扫描处理，并完成3D打印，初步得到实验所用物理模型；

步骤5：待打印好的物理模型冷却后，将其取出，并进行一系列后处理操作，逐步达到实验可用要求。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：提供了一种基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，可根据预先设计的地质模型，真实地按照一定比例还原真实油藏；该方法可以实现模型地无限复制、无限打印，可为研究提供充足地实验对象；利用该方法制作物理模型精度高，且孔隙度和渗透率均可控制，能够模拟各种不同条件下的油藏。

附图说明

图1是基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法的流程示意图；

图2是地质模型空间坐标部分数据点；

图3是提取溶洞表面坐标的流程图；

图4是溶洞表面坐标点云；

图5A是网格补洞过程中生成第一个新增三角网格的示意图；

图5B是网格补洞过程中完成第一层新增三角网格的示意图；

图5C是网格补洞过程中生成第二层的第一个新增三角网格的示意图；

图5D是网格补洞过程中完成第二层新增三角网格的示意图

图5E是完成网格补洞的示意图；

图6是逆向建模得到的实体数字模型剖面图。

具体实施方式

以下结合附图1-6具体阐述本发明的基于逆向建模打印真实三维缝洞油藏物理模型的方法的内容。

基于逆向建模打印真实三维缝洞油藏物理模型的方法，步骤如下：

步骤1：根据测井、地震资料预先建立地质模型，并规划空间坐标，提取溶洞表面坐标，具体步骤如下：

(1)根据预先设计的地质模型，规划空间坐标(i，j，k，n)

其中，空间坐标四列数据分别包括空间坐标点(i，j，k)和附加列n，n的不同赋值代表不同的地质类型(n＝-99代表该数据点为无效点、n＝0代表该数据点为基质、n＝1代表该数据点为地下河溶洞、n＝2代表该数据点为孤立溶洞、n＝3代表该数据点为裂缝、n＝4代表该数据点为溶孔)，选取部分数据点如图2所示；

(2)提取空间坐标中的溶洞表面坐标(i，j，k)，提取流程如图3所示

第一步，删除无效点、基质部分数据点以及裂缝部分数据点，即判断每个数据点的附加列n的数值，若n的数值为-99、0或3，则剔除该数据点，若n的数值为1、2或4，则保留该数据点；

第二步，删除所有附加列n；

第三步，删除溶洞内部数据点，即判断每个数据点相邻点的个数，如果相邻点个数等于6，说明该点是内部点，则删除；如果相邻点个数小于6，说明该点为表面点，则保留；

第四步，最终保留数据点组成完整的溶洞表面坐标。

步骤2：利用溶洞表面坐标进行逆向建模，得到溶洞实体数字模型，具体步骤如下：

(1)将溶洞表面坐标在空间上进行排列形成坐标点云，坐标点云如图4所示

(2)检测坐标点云中是否存在偏离点云主体较大的异常数据点，若存在该类数据点，则将其剔除。

(3)将异常数据点剔除后的表面坐标点云的各个数据点依据最近点相连的原则构造网格曲面，其中网格类型为三角网格。

(4)判断构造出的网格曲面是否连续封闭，若不连续封闭，即存在孔洞，则需对其进行修补，即首先以孔洞边界每个边或每组相邻两边为基础向内构造一个新增三角网格，新增三角网格与网格曲面共同组成新的网格曲面，从而使原孔洞变小，然后再在新的孔洞边界处继续向内构造新增三角网格，使孔洞更小，形成更新的网格曲面，以此类推，最终将网格曲面修补完成，得到封闭网格曲面，网格补洞示意图如图5所示。

其中，新增三角网格生成的方式有三种，包括

①当孔洞边界相邻两边夹角α≤π/2时，以边界两边为新增三角网格两边确定第三边，从而确定新增三角网格；

②当孔洞边界相邻两边夹角π/2≤α≤2π/3时，在两边的角平分线上新增一点与两边及其顶点共同生成两个新增三角网格，其中至少一个为等腰三角形；

③当孔洞边界相邻两边夹角α＞2π/3，以两边各自构造一个新增三角网格，且使两个新增三角网格尽可能为等边三角形。

(5)选择封闭网格曲面的一个三角网格顶点，将该顶点与它周围相邻顶点的平均值代替原三角网格顶点，并逐步将所有三角网格顶点进行该操作，使整个网格曲面平滑化。

(6)将平滑化的封闭网格曲面内部填充得到溶洞实体数字模型，实体数字模型剖面图如图6所示。

步骤3：根据溶洞实体数字模型构建存在该数字模型中空的立方体数字模型，并对其进行切割得到真实缝洞型油藏数字模型，具体步骤如下：

(1)在溶洞实体数字模型原位置处构建一个立方体数字模型，并使其完全包裹原模型；

(2)对立方体数字模型和溶洞实体数字模型进行布尔差集运算，得到一个新的存在溶洞实体模型相同特征中空的立方体数字模型；

(3)依据地质模型中裂缝位置、裂缝宽度对新的立方体数字模型进行切割得到真实缝洞型油藏数字模型。

步骤4：对缝洞型油藏数字模型依次进行等比例缩放、切片处理、轨迹扫描处理，并完成3D打印，初步得到实验所用物理模型，具体步骤如下：

(1)对缝洞型油藏数字模型进行等比例缩放，达到3D打印机可打印的大小，具体大小视打印机型号而定，一般为10～100cm；

(1)对缩放后的缝洞型油藏数字模型进行切片处理，每层厚度为0.2mm；

(2)待切片结束后进行轨迹扫描，确定打印轨迹；

(3)在3D打印机中填入一定数量的打印原料，并保证打印原料厚度高于模型厚度，其中打印原料为覆膜树脂砂；

(4)设定3D打印机激光温度进行并完成3D打印，初步得到实验所用物理模型，其中温度设定一般为65℃，打印方式为选择性激光烧结。

步骤5：待打印好的物理模型冷却后，将其取出，并进行一系列后处理操作，逐步达到实验可用要求，具体步骤如下：

(1)将打印结束并冷却后的模型取出，利用软毛刷将模型表面附着的未被激光烧结的覆膜树脂砂清扫干净；

(2)用装载液化丁烷气的喷枪对清扫后的物理模型表面来回烘烤，直至模型颜色明显变深，从而使模型表面硬度得以提高；

(3)待表面烘烤过的模型冷却后，再将其放在烘箱中以190摄氏度的温度加热5h，使模型内部硬度得以提高；

(4)待加热后的模型冷却后，将其浸在硅溶胶水溶液中，放入70摄氏度的恒温箱中加热，直到水溶液内水分完全蒸发，这表示硅溶胶完全渗进模型，模型渗透率得到大幅降低，其中，硅溶胶水溶液中，硅溶胶溶液与蒸馏水的比例为1：50；

(5)将渗入硅溶胶的物理模型取出，利用环氧树脂胶将其所有外表面粘上一层厚度为0.3cm～0.5cm的有机玻璃板，且要求有机玻璃板完全包裹物理模型。

(6)结合矿场资料和实验需要，利用电钻在裹有有机玻璃板的物理模型的合适位置钻取若干个直径为0.6cm的井孔，井孔深度确定依据是钻遇中空便停钻，以此模拟实际储层的注采井。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：根据测井、地震资料预先建立地质模型，并规划空间坐标，提取溶洞表面坐标；

步骤2：利用溶洞表面坐标进行逆向建模，得到溶洞实体数字模型；

步骤3：根据溶洞实体数字模型构建存在该数字模型中空的立方体数字模型，并对其进行切割得到真实缝洞型油藏数字模型；

步骤4：对缝洞型油藏数字模型依次进行等比例缩放、切片处理、轨迹扫描处理，并完成3D打印，初步得到实验所用物理模型；

步骤5：待打印好的物理模型冷却后，将其取出，并进行一系列后处理操作，逐步达到实验可用要求。

2.根据权利要求1所述的基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，其特征在于，步骤1的具体实现方法如下：

(1)根据预先设计的地质模型，规划空间坐标(i，j，k，n)；

(2)提取空间坐标中的溶洞表面坐标(i，j，k)。

3.根据权利要求1-2所述的基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，其特征在于，步骤2的具体实现方法如下：

(1)将溶洞表面坐标在空间上进行排列形成坐标点云；

(2)检测坐标点云中是否存在偏离点云主体较大的异常数据点，若存在该类数据点，则将其剔除；

(3)将异常数据点剔除后的表面坐标点云的各个数据点依据最近点相连的原则构造网格曲面，其中网格类型为三角网格；

(4)判断构造出的网格曲面是否连续封闭，若不连续封闭，即存在孔洞，则需对其进行修补；

(5)选择封闭网格曲面的一个三角网格顶点，将该顶点与它周围相邻顶点的平均值代替原三角网格顶点，并逐步将所有三角网格顶点进行该操作，使整个网格曲面平滑化；

(6)将平滑化的封闭网格曲面内部填充得到溶洞实体数字模型。

4.根据权利要求1-3所述的基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，其特征在于，步骤3的具体实现方法如下：

(1)在溶洞实体数字模型原位置处构建一个立方体数字模型，并使其完全包裹原模型；

(2)对立方体数字模型和溶洞实体数字模型进行布尔差集运算，得到一个新的存在溶洞实体模型相同特征中空的立方体数字模型；

(3)依据地质模型中裂缝位置、裂缝宽度对新的立方体数字模型进行切割得到真实缝洞型油藏数字模型。

5.根据权利要求1-4所述的基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，其特征在于，步骤4的具体实现方法如下：

(1)对缝洞型油藏数字模型进行等比例缩放，达到3D打印机可打印的大小，具体大小视打印机型号而定，一般为10～100cm；

(1)对缩放后的缝洞型油藏数字模型进行切片处理，每层厚度为0.2mm；

(2)待切片结束后进行轨迹扫描，确定打印轨迹；

(3)在3D打印机中填入一定数量的打印原料，并保证打印原料厚度高于模型厚度，其中打印原料为覆膜树脂砂；

(4)设定3D打印机激光温度进行并完成3D打印，初步得到实验所用物理模型，其中温度设定一般为65℃，打印方式为选择性激光烧结。

6.根据权利要求1-5所述的基于逆向建模打印真实三维缝洞型油藏物理模型的方法，其特征在于，步骤5的具体实现方法如下：

(1)将打印结束并冷却后的模型取出，利用软毛刷将模型表面附着的未被激光烧结的覆膜树脂砂清扫干净；

(2)用装载液化丁烷气的喷枪对清扫后的物理模型表面来回烘烤，直至模型颜色明显变深，从而使模型表面硬度得以提高；

(3)待表面烘烤过的模型冷却后，再将其放在烘箱中以190摄氏度的温度加热5h，使模型内部硬度得以提高；

(4)待加热后的模型冷却后，将其浸在硅溶胶水溶液中，放入70摄氏度的恒温箱中加热，直到水溶液内水分完全蒸发，这表示硅溶胶完全渗进模型，模型渗透率得到大幅降低，其中，硅溶胶水溶液中，硅溶胶溶液与蒸馏水的比例为1：50；

(5)将渗入硅溶胶的物理模型取出，利用环氧树脂胶将其所有外表面粘上一层厚度为0.3cm～0.5cm的有机玻璃板，且要求有机玻璃板完全包裹物理模型；

(6)结合矿场资料和实验需要，利用电钻在裹有有机玻璃板的物理模型的合适位置钻取若干个直径为0.6cm的井孔，井孔深度确定依据是钻遇中空便停钻，以此模拟实际储层的注采井。

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