CN111044334B - 一种模拟油藏孔道的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种模拟油藏孔道的制备方法。该模拟油藏孔道的制备方法，包括以下步骤：1)对目标油藏的岩心铸体薄片图进行处理，得到二值化图；2)对二值化图进行孔隙分割，根据等效圆法计算得到各个孔隙的直径；3)从二值化图中提取反映不同孔隙类别的分类二值化图；4)以不同孔隙类别对应的平均孔隙直径作为雕刻深度，分别按照不同孔隙类别对应的二值化图依次对基底进行雕刻。本发明提供的模拟油藏孔道的制备方法，所得油藏模拟孔道在水平方向上反映的是岩心中各孔隙的平面展布，纵向上反映的是孔隙的深度，实现了孔隙结构在平面和纵向上的立体表征，与实际油藏孔道的接近程度更高。

Description

一种模拟油藏孔道的制备方法
技术领域
本发明属于微观驱油试验中岩心仿真模板的制备领域，具体涉及一种模拟油藏孔道的制备方法。
背景技术
微观驱油实验通过模拟地层的孔隙结构特征，借助录像设备观察液体在多孔介质内的运移状况，可用于水驱、气驱、化学驱等开发方式的驱油机理研究，也可应用于地层损害的机理研究。
目前，微观模拟油藏孔道模型主要有四种：一是全直径天然岩心薄片，制作时将天然岩心磨成薄片，然后用两片玻璃进行夹持、密封得到；这种模型的切割难度大，承压能力差，流体易窜流；二是用环氧树脂胶结石英砂制作成模型，这种模型的基质透光性差，显微镜成像清晰度不高；三是采用紫外光固化胶铺砂制作成模型，胶结的方法是在钻孔的玻璃板上铺一层粗砂作为基质岩心，未钻孔的玻璃板上铺一层细砂模拟地层孔隙度，这种铺砂方法制作的岩心中各孔隙大小是均匀的，不符合实际地层孔隙分布状况；四是激光雕刻玻璃板，利用该方法制成的模型与储层孔隙结构的接近程度高，在微观驱油实验中的应用也最为广泛。
邵媛等人对可视化微观物理驱替模型的应用概况进行了说明(邵媛等，可视化微观物理驱替模型，内江科技，2010年第10期)，微观物理驱替模型是将天然岩心铸体薄片进行图像处理获得岩石骨架和孔隙二值化图，再经处理制成均质模型的蓝图，再通过光刻技术制作而成。该模型由于是在均质模型蓝图下进行光刻，其只能够反映真实岩心中各孔隙结构在平面上的分布状态，而不能反映孔隙结构在纵向上的展布特征，不具有模拟油藏真实孔道展布的功能，导致利用该模板开展的驱油机理研究的误差较大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种模拟油藏孔道的制备方法，从而解决现有方法只能模拟孔隙结构的平面展布特征，不能反映纵向展布特征的问题。
为实现上述目的，本发明的模拟油藏孔道的制备方法所采用的技术方案是：
一种模拟油藏孔道的制备方法，包括以下步骤：
1)对目标油藏的岩心铸体薄片图进行图像二值化处理，得到表征岩心中各孔隙展布特征的二值化图；
2)对步骤1)所得二值化图进行孔隙分割，利用孔隙分割后形成的各个孔隙的面积，根据等效圆法计算得到各个孔隙的直径；
3)对各个孔隙的直径大小进行统计，并将其归类到按孔隙直径范围划分的多个孔隙类别中，以所述孔隙直径范围的中值作为该孔隙直径范围下各孔隙的平均孔隙直径；从二值化图中提取反映不同孔隙类别的分类二值化图；
4)以不同孔隙类别对应的平均孔隙直径作为雕刻深度，分别按照不同孔隙类别对应的分类二值化图依次对基底进行雕刻即得。
本发明提供的模拟油藏孔道的制备方法，利用等效圆法，以天然岩心铸体薄片的孔隙直径作为雕刻孔隙深度，并将岩心中不同类别的孔隙绘制分类二值化图，通过逐次叠加雕刻制成油藏模拟孔道；该油藏模拟孔道在水平方向上反映的是岩心中各孔隙的平面展布特征，纵向上反映的是孔隙的深度，实现了孔隙结构在平面和纵向上的立体表征，与实际油藏孔道的接近程度更高。
为便于各个孔隙面积的核算，提高各个孔隙面积计算的准确度，优选的，步骤2)中，采用网格法计算各个孔隙的面积，网格法中网格的尺寸小于岩心中最小孔隙在二值化图上的面积。
为便于雕刻的进行，提高油藏孔道模型的制作精度，优选的，步骤3)中，按以下步骤进行所述孔隙类别的划分：设定雕刻仪器的次刻蚀深度为h0μm，按照0～2h0μm、2h0～4h0μm、……、2(i-1)h0～2ih0μm、……的划分原则，将孔隙直径相应划分为第1、2、……、i、……个孔隙类别，然后统计岩心中各个孔隙类别下的孔隙数量。
为了使雕刻的油藏孔道模型的连通性更好，优选的，步骤4)中，先依据步骤1)得到的二值化图，按第1个孔隙类别的雕刻深度对各孔隙类别进行预雕刻，然后按照平均孔隙直径由小到大顺序依次完成其余孔隙类别的分类二值化图的雕刻。
采用上述优选方案进行油藏孔道模型的制备，提高了制备效率和模型精度，而且模型与实际油藏的孔道结构相近，能够模拟不同开发阶段残余油的分布，可清晰观察到残余油被驱替剂剥离的过程，有利于确定不同开发方式在油藏内的驱油效率、波及范围，指导现场方案的调整。
附图说明
图1为本发明的模拟油藏孔道的制备方法的流程图；
图2为本发明的实施例中的岩心铸体薄片图；
图3为本发明的实施例中岩心铸体薄片的二值化图；
图4为本发明的实施例中图3的二值化图经分割处理后的孔隙分割二值化图(不带网格)；
图5为本发明的实施例中带网格的孔隙分割二值化图；
图6为本发明的实施例中14.0≤孔隙直径＜28.0μm的二值化图；
图7为本发明的实施例中28.0≤孔隙直径＜42.0μm的二值化图；
图8为本发明的实施例中42.0≤孔隙直径＜56.0μm的二值化图；
图9为本发明的实施例中56.0≤孔隙直径＜70.0μm的二值化图；
图10为本发明的实施例中70.0≤孔隙直径＜84.0μm的二值化图；
图11为本发明的实施例中84.0≤孔隙直径＜98.0μm的二值化图；
图12为利用本发明的模拟油藏孔道的制备方法制备的岩心仿真模板的盖板的主视图；
图13为利用本发明的模拟油藏孔道的制备方法制备的岩心仿真模板的雕刻基板的主视图；
图14为利用本发明的模拟油藏孔道的制备方法制备的岩心仿真模板的雕刻基板的剖视图；
图中，1-盖板，101-螺栓孔，2-雕刻基板，201-环形密封槽，202-流道，203-进液口，204-出液口；3-圆形区域，4-岩石颗粒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明模拟油藏孔道的制备方法的实施例，流程图如图1所示，采用以下步骤：
1)绘制表征油藏孔道的平面分布图。
1.1提取真实岩心铸体薄片图：根据《GB/T 29172-2012岩心分析方法》及《DZ/T0275.4-2015盐矿鉴定技术第4部分：岩石薄片鉴定》规定的方法，使用偏光显微镜对濮2-396井的岩心铸体薄片进行观察分析，得到如图2所示的铸体薄片图，在图中显示了油藏孔道具有水平及纵向的展布特征。
1.2应用绘图软件对岩心铸体薄片图进行图像二值化处理，得到如图3所示的表征岩心中各孔隙展布特征的二值化图。
2)依据如图3所示的二值化图，运用等效圆法，确定岩心中各孔隙的直径，具体包括以下步骤：
2.1依据《SY/T 6103-2004岩石孔隙结构特征的测定图像分析法》规定的方法对孔隙进行分割，得到如图4所示的表征岩心铸体薄片分割后的孔隙分割二值化图，使用网格计算孔隙面积。
图5中，浅色区域为岩石颗粒4，深色区域为孔隙，圆形区域3为孔隙面积最小的孔隙，以网格尺寸小于最小孔隙面积为原则，可设定网格尺寸为5×5μm2。
2.2运用等效圆法，求取各个孔隙的等效面积圆直径。
孔隙的形状具有不规则性，将孔隙的面积等量为规则的正方形面积，再利用等效圆法求取孔隙直径。
等效圆法：将正方形面积等效成圆形面积，假设正方形的边长为d，正方形等效面积圆的直径为D，则正方形的面积为d2，正方形等效面积圆的面积为πD2/4，则d＝0.88623D或D＝1.12838d。
图5中，圆形区域3的孔隙直径计算如下：
a)求取圆形区域3的面积S1：由图5查得圆形区域3的孔隙所占网格数N为1.5，每个网格的面积S0为5×5μm2，则S1＝N×S0＝1.5×5×5＝37.5μm2。
b)将圆形区域3转化为正方形，求该正方形的边长d：设定该正方形的面积为S2，依据S1＝S2，计算得到d＝6.12μm。
c)使用等效圆法，求取圆形区域3的孔隙直径：等效圆直径D＝1.12838d＝6.9μm，即圆形区域3的孔隙直径为6.9μm。
2.3重复步骤2.2，依次求得图4中所有孔隙的(等效圆)直径。
3)设定雕刻仪器的次刻蚀深度为h0μm，按照0～2h0μm、2h0～4h0μm、……、2(i-1)h0～2ih0μm、……的划分原则，将孔隙直径相应划分为第1、2、……、i、……个孔隙类别，统计岩心中各个孔隙类别下的孔隙数目，由图4所示的孔隙分割二值化图上提取自第2个孔隙类别起的各个孔隙类别的分类二值化图。
以上第1、2、……、i、……个孔隙类别，各个孔隙类别的平均孔隙直径分别为h0μm、3h0μm、……、(2i-1)h0μm、……；i为大于1的自然数。
本实施例中，雕刻仪器使用激光雕刻切割机，其主要技术参数如下：定位精度≤±1μm，频率为20000Hz，步距为380，刻蚀深度为7μm/次。
各个孔隙按孔隙类别的分类统计结果如表1所示。
表1濮2-396井岩心中各孔隙的分类统计结果
类别 孔隙直径范围/μm 平均孔隙直径/μm 孔隙数目/个 附图号
1 0.0＜D＜14.0 7 66
2 14.0≤D＜28.0 21 18 图6
3 28.0≤D＜42.0 35 11 图7
4 42.0≤D＜56.0 49 7 图8
5 56.0≤D＜70.0 63 5 图9
6 70.0≤D＜84.0 77 5 图10
7 84.0≤D＜98.0 91 2 图11
从图4中提取直径在14.0≤D＜28.0μm范围的孔隙，得到如图6所示的反映该直径范围的分类二值化图。
从图4中依次提取直径在28.0≤D＜42.0μm、42.0≤D＜56.0μm、56.0≤D＜70.0μm、70.0≤D＜84.0μm、84.0≤D＜98.0μm范围的孔隙，分别得到相应直径范围的分类二值化图，如图7-图11所示。
4)各个孔隙类别的平均孔隙直径反映了相应孔隙类别下各孔隙的平均深度，以该平均深度数据进行雕刻，即可模拟不同孔隙类别的纵向分布特征。
具体地，先按照二值化图对第1个孔隙类别进行雕刻，然后依次完成自第2个孔隙类别二值化图起的各个孔隙类别相应的二值化图的雕刻，完成岩心仿真模板的制作，具体过程如下：
4.1首先对图3进行雕刻，单次刻蚀深度为7μm，刻蚀后形成的孔道不仅包含第1个孔隙类别(0＜D＜14.0μm)下的所有孔隙，而且还包含了其他孔隙类别的第一次刻蚀。通过首次雕刻，可形成油藏孔道的平面展布特征，避免刻蚀误差对油藏孔道连通性的影响，形成连通性好的首次刻蚀孔道。
4.2依次确定图6-图11所示的分类二值化图的雕刻次数。
第2个孔隙类别的直径范围为14.0≤D＜28.0μm，其平均直径为21μm，依据雕刻仪器的单次刻蚀深度，其需雕刻3次来达到平均直径要求。由于该孔隙类别已经经过步骤4.1的首次雕刻过程，第2个孔隙类别的二值化图(图6)实际雕刻2次即可达到平均直径要求。
按此原则，依次计算出图7-图11的雕刻次数分别为4次、6次、8次、10次、12次。
4.3按照步骤4.1和4.2确定的图3以及图6-图11的雕刻次数，依次在雕刻区域对图3以及图6-图11进行雕刻。
经过对上述逐次叠加雕刻过程，最终获得模拟油藏孔道。
对比例
对比例的模拟油藏孔道的制作方法，其采用以下方法：
1)对目标油藏的岩心铸体薄片图进行图像二值化处理，得到表征岩心中各孔隙特征的二值化图；
2)确定一个唯一值作为雕刻深度，将步骤1)得到的二值化图按确定的雕刻深度雕刻在玻璃板上，即得到模拟油藏孔道均质模型。
试验例
本试验例以表面活性剂驱替为例，在相同实验条件下采用相同实验方法对实施例和对比例的微观可视化岩心仿真模板以及天然岩心进行驱替实验。
驱替实验所用的岩心仿真模板的示意图如图12-14所示，包括雕刻基板2和与雕刻基板2配合的盖板1，盖板1上开设有螺栓孔101，雕刻基板2上开设有环形密封槽201，环形密封槽201内的区域形成雕刻区域，利用实施例的方法在雕刻区域雕刻后形成表面凹凸不平的雕刻凹面，盖板1与雕刻基板2盖合后，雕刻凹面和盖板1的相对表面之间形成反映油藏水平和纵向展布的流道202，雕刻基板2上还开设有与流道202相连通的进液口203和出液口204。
在进行驱替实验时，首先将微观可视化岩心仿真模板或天然岩心抽空，然后饱和水，计算孔隙体积；再将岩心仿真模板或天然岩心饱和油，计算含油饱和度，水驱油至一定含油饱和度，再以0.07ml/min的速度注入表面活性剂直至岩心仿真模板或天然岩心不出油，依据驱出的油量计算驱油效率，结果如表2所示。
表2油藏岩心试样注表面活性剂驱油效率定量评价表
序号 实验对象 含油饱和度/％ 驱油效率/％
1 天然岩心 42.6 56.7
2 对比例的雕刻模板 42.2 80.3
3 实施例的雕刻模板 42.4 57.1
驱替实验通过分析残余油被表面活性剂剥离的情况来计算驱油效率。由表2的试验结果可知，对比例的雕刻模板的驱油效率为80.3％，其值偏高，与油藏实际开采状况不符。实施例的方法所得岩心仿真模板的驱油效率为57.1％，其值与天然岩心的驱油效率接近，可以反映油藏孔道的不均匀分布，能够真实反映注水开发后期油藏孔隙的实际展布特征。

Claims (3)

1.一种模拟油藏孔道的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对目标油藏的岩心铸体薄片图进行图像二值化处理，得到表征岩心中各孔隙展布特征的二值化图；
2)对步骤1)所得二值化图进行孔隙分割，利用孔隙分割后形成的各个孔隙的面积，根据等效圆法计算得到各个孔隙的直径；
3)对各个孔隙的直径大小进行统计，并将其归类到按孔隙直径范围划分的多个孔隙类别中，以所述孔隙直径范围的中值作为该孔隙直径范围下各孔隙的平均孔隙直径；从二值化图中提取反映不同孔隙类别的分类二值化图；
4)以不同孔隙类别对应的平均孔隙直径作为雕刻深度，分别按照不同孔隙类别对应的分类二值化图依次对基底进行雕刻即得；
所述步骤3)中，按以下步骤进行所述孔隙类别的划分：设定雕刻仪器的次刻蚀深度为h0μm，按照0～2h0μm、2h0～4h0μm、……、2(i-1)h0～2ih0μm、……的划分原则，将孔隙直径相应划分为第1、2、……、i、……个孔隙类别，然后统计岩心中各个孔隙类别下的孔隙数量。
2.如权利要求1所述的模拟油藏孔道的制备方法，其特征在于，步骤2)中，采用网格法计算各个孔隙的面积，网格法中网格的尺寸小于岩心中最小孔隙在二值化图上的面积。
3.如权利要求1所述的模拟油藏孔道的制备方法，其特征在于，步骤4)中，先依据步骤1)得到的二值化图，按第1个孔隙类别的雕刻深度对各孔隙类别进行预雕刻，然后按照平均孔隙直径由小到大顺序依次完成其余孔隙类别的分类二值化图的雕刻。
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