CN115563894A - 一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，具体涉及石油工程技术领域。本发明通过对扫描获取的岩石扫描图像预处理后，提取岩石扫描图像中的表征单元体进行图像二值化分割后，提取孔隙相，构建大尺寸三维分层数字岩心，并在三维坐标系中将大尺寸三维分层数字岩心分割为多个小尺寸三维数字岩心，利用CFD数值模拟方法进行单向流流动模拟，得到各小尺寸三维数字岩心的渗透率，基于各小尺寸三维数字岩心的渗透率，重新对小尺寸三维数字岩心拼接组合，计算三维分层数字岩心的渗透率。本发明通过将大尺寸三维分层数字岩心分割为小尺寸三维数字岩心，实现了对大尺寸岩心渗透率的准确计算，为指导非常规油气藏的精细开发奠定了基础。

Description

一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法
技术领域
本发明涉及石油工程技术领域，具体涉及一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法。
背景技术
随着世界经济社会的发展，全球各国对油气自然资源的依赖度日渐上升。我国非常规油气资源储量丰富，受沉积环境的影响，非常规油气储层存在层间渗透率差异大、非均质强的特点。为了研究渗透率分层变化对渗流过程的影响，不少学者采用人造层状岩心或拼接岩心进行相关研究。渗透率通常用于表征流体在油气藏内的流动能力，所以，准确计算岩心的渗透率对于指导非常规油气藏的精细开发具有重要意义。
现阶段，利用CT扫描技术构建三维数字岩心，能够直观地反映岩心的孔隙和固体骨架特征。基于数字岩心技术，研究学者大多通过进行单向流的流动数值模拟获取岩心的表观渗透率，但是，数字岩心的孔隙结构十分复杂，在进行流动模拟时，构建的网格数通常达到几百万，这对计算机的性能提出了巨大的挑战。目前，使用最多的数值模拟方法格子玻尔兹曼方法或基于网格的计算流体力学等方法，在计算大尺寸数字岩心渗透率时常会遇到计算不收敛的问题，无法准确获取岩心的渗透率。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，提出了一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，通过对大尺寸三维分层数字岩心进行分层拼接处理后，将大尺寸数字岩心转换为小尺寸数字岩心，解决了现有数值模拟技术无法准确计算大尺寸数字岩心渗透率的问题，为指导非常规油气藏的精细开发奠定了基础。
本发明采用以下的技术方案：
一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，具体包括以下步骤：
步骤1，选取岩心样品，通过CT扫描获取岩心样品的岩石扫描图像，对岩心扫描图像进行预处理后，再利用Avizo软件提取预处理后岩心扫描图像中的表征单元体，通过对表征单元体进行图像二值化分割，得到等间隔体素网格单元化的数字岩心三维空间，通过提取孔隙相，构建大尺寸三维分层数字岩心；
步骤2，将三维分层数字岩心置于三维坐标系中，并将三维分层数字岩心在三维坐标系的x轴方向上均匀分割为X等份、在三维坐标系的y轴方向上均匀分割为Y等份、在三维坐标系的z轴方向上均匀分割为Z等份，使得三维分层数字岩心被分割为多个小尺寸三维数字岩心；
步骤3，利用CFD数值模拟方法，分别针对各小尺寸三维数字岩心在孔隙尺度上进行单向流模拟，模拟得到各小尺寸三维数字岩心的渗透率；
步骤4，基于各小尺寸三维数字岩心的渗透率，计算得到三维分层数字岩心的渗透率。
优选地，所述预处理包括对岩心样品进行图像校准、表面单元体提取、对比度调整、滤波和锐化。
优选地，所述大尺寸三维分层数字岩心中仅含有孔隙结构。
优选地，所述步骤3中，利用CFD数值模拟方法，结合小尺寸三维数字岩心的结构参数，构建小尺寸三维数字岩心的CFD计算模型，模拟单向流在小尺寸三维数字岩心内的流动过程，小尺寸三维数字岩心的CFD计算模型以小尺寸三维数字岩心的顶部作为入口、底部作为出口，入口压力设置为4Pa，出口压力设置为0Pa，出口面积设置为A，进出口压差Δp为4Pa，单向流的流体密度ρ设置为1000kg/m3、动力粘度μ设置为0.001Pa·s，流动过程中小尺寸三维数字岩心单位质量内单向流的通量为qm；
小尺寸三维数字岩心内单向流流动模拟过程中，小尺寸三维数字岩心出口处的体积流量计算公式为：
Q＝qm·A·ρ (1)
式中，Q为小尺寸三维数字岩心出口处的体积流量；
小尺寸三维数字岩心的渗透率计算公式为：
Figure BDA0003867912820000021
式中，k为小尺寸三维数字岩心的渗透率，L为单向流流动方向上小尺寸三维数字岩心的长度。
优选地，所述步骤4中，根据各小尺寸三维数字岩心的渗透率，先沿单向流的流动方向获取三维分层数字岩心内各三维数字条状岩心的渗透率，再沿垂直于单向流的流动方向将各三维数字条状岩心相并联，计算得到三维分层数字岩心的渗透率。
优选地，所述三维数字条状岩心由底面在三维坐标系中xy平面投影位置相同的多个小尺寸三维数字岩心串联拼接而成，三维数字条状岩心的轴线平行于三维坐标系的z轴，用于获取三维分层数字岩心内不同位置处沿z轴方向的渗透率。
优选地，所述三维分层数字岩心渗透率计算公式为：
Figure BDA0003867912820000031
式中，kXYZ为三维分层数字岩心的渗透率，i为小尺寸三维数字岩心在三维坐标系x轴方向上的序号，j为小尺寸三维数字岩心在三维坐标系y轴方向上的序号，p为小尺寸三维数字岩心在三维坐标系z轴方向上的序号，kijp为三维坐标系中x轴序号为i、y轴序号为j、z轴序号为p的小尺寸三维数字岩心的渗透率，X为三维坐标系x轴方向上小尺寸三维数字岩心的个数，Y为三维坐标系y轴方向上小尺寸三维数字岩心的个数，Z为三维坐标系z轴方向上小尺寸三维数字岩心的个数。
本发明具有如下有益效果：
本发明利用CT扫描获取岩心扫描图像构建大尺寸三维分层数字岩心，通过在三维坐标系中对大尺寸三维分层数字岩心进行均匀分割，将大尺寸三维分层数字岩心转换为多个小尺寸三维数字岩心，利用CFD数值模拟方法进行单向流模拟得到各小尺寸三维数字岩心的渗透率，将底面投影位置相同的多个小尺寸三维数字岩心串联形成三维数字条状岩心，获取各三维数字条状岩心的渗透率后，再将各三维数字条状岩心相并联，得到大尺寸三维分层数字岩心的渗透率。
本发明方法通过对大尺寸三维分层数字岩心进行分类分块处理，利用小尺寸三维数字岩心的连接方式和渗透率值解决了大尺寸三维分层数字岩心渗透率的求解问题，解决了现有数值模拟技术无法用于计算大尺寸数字岩心渗透率的难题，实现了对大尺寸岩心渗透率的准确计算，为指导非常规油气藏的精细开发奠定了基础。
附图说明
图1为一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法的流程图。
图2为构建大尺寸三维分层数字岩心的流程图。
图3为三维分层数字岩心分割重构过程的流程图。
图4为小尺寸三维数字岩心的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和某油田的岩心样品为例，对本发明的具体实施方式做进一步说明：
以某油田的岩心样品为例，采用本发明提出的一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1，通过CT扫描获取岩心样品的岩石扫描图像，对岩心扫描图像进行预处理，预处理包括对岩心样品进行图像校准、表面单元体提取、对比度调整、滤波和锐化，再利用Avizo 软件提取预处理后岩心扫描图像中的表征单元体，通过对表征单元体进行图像二值化分割，得到等间隔体素网格单元化的数字岩心三维空间，通过提取孔隙相，构建仅含有孔隙结构的大尺寸三维分层数字岩心，如图2所示，本实施例中大尺寸三维分层数字岩心的体素大小为 400×400×1600。
步骤2，将三维分层数字岩心置于三维坐标系中，并对三维分层数字岩心进行分割处理，使得三维分层数字岩心被分割为多个小尺寸三维数字岩心，如图3所示。本实施例中将三维分层数字岩心在三维坐标系的x轴方向上均匀分割为2等份、y轴方向上均匀分割为2等份，在z轴方向上被均匀分割为8等份，使得三维分层数字岩心被分割为32个小尺寸三维数字岩心，各小尺寸三维数字岩心的体素大小为200×200×200。
步骤3，利用CFD数值模拟方法，结合小尺寸三维数字岩心的结构参数，分别针对各小尺寸三维数字岩心构建小尺寸三维数字岩心的CFD计算模型，在孔隙尺度上模拟单向流在各小尺寸三维数字岩心内的流动过程，得到各小尺寸三维数字岩心的渗透率。
小尺寸三维数字岩心的CFD模拟过程中，利用blockMesh网格剖分工具对各小尺寸三维数字岩心进行网格划分后，如图4所示，以小尺寸三维数字岩心的顶部作为入口、底部作为出口，入口压力设置为4Pa，出口压力设置为0Pa，出口面积设置为A，进出口压差Δp为4Pa，单向流的流体密度ρ设置为1000kg/m3、动力粘度μ设置为0.001Pa·s，流动过程中小尺寸三维数字岩心单位质量内单向流的通量为qm。
根据各小尺寸三维数字岩心的单向流流动模拟结果，计算各小尺寸三维数字岩心出口处的体积流量，结合各小尺寸三维数字岩心出口处的体积流量，计算得到小尺寸三维数字岩心的渗透率。
其中，小尺寸三维数字岩心出口处的体积流量计算公式为：
Q＝qm·A·ρ (1)
式中，Q为小尺寸三维数字岩心出口处的体积流量；
小尺寸三维数字岩心的渗透率计算公式为：
Figure BDA0003867912820000051
式中，k为小尺寸三维数字岩心的渗透率，L为单向流流动方向上小尺寸三维数字岩心的长度。
步骤4，基于各小尺寸三维数字岩心的渗透率，计算得到三维分层数字岩心的渗透率。
三维分层数字岩心的渗透率求解过程中，先沿单向流的流动方向获取三维分层数字岩心内各三维数字条状岩心的渗透率，三维数字条状岩心由底面在三维坐标系中xy平面投影位置相同的多个小尺寸三维数字岩心串联拼接而成(即当三维分层数字岩心在三维坐标系的x轴方向上均匀分割为X等份、在三维坐标系的y轴方向上均匀分割为Y等份时，三维分层数字岩心内三维数字条状岩心的数量为X×Y，本实施例中三维分层数字岩心内三维数字条状岩心的数量为4个，各三维数字条状岩心的轴线均平行于三维坐标系的z轴)，再沿垂直于单向流的流动方向将各三维数字条状岩心相并联，计算得到三维分层数字岩心的渗透率，三维分层数字岩心的渗透率为：
Figure BDA0003867912820000052
式中，kXYZ为三维分层数字岩心的渗透率，i为小尺寸三维数字岩心在三维坐标系x轴方向上的序号，j为小尺寸三维数字岩心在三维坐标系y轴方向上的序号，p为小尺寸三维数字岩心在三维坐标系z轴方向上的序号，kijp为三维坐标系中x轴序号为i、y轴序号为j、z轴序号为p的小尺寸三维数字岩心的渗透率，X为三维坐标系x轴方向上小尺寸三维数字岩心的个数，Y为三维坐标系y轴方向上小尺寸三维数字岩心的个数，Z为三维坐标系z轴方向上小尺寸三维数字岩心的个数。
本实施例将采用本发明方法计算得到岩心样品的渗透率与实验室实际测量的渗透率进行比较，发现本发明方法不能能够反应岩心样品在各个方向上的渗透性，并且，采用本发明方法计算的岩心样品渗透率与实验测量的渗透率之间误差很小，利用岩心样品渗透率的实验室测量值验证了本发明方法渗透率计算结果的准确性。由此可见，本发明方法实现了对大尺寸岩心渗透率的准确计算，对于指导非常规油气藏的精细开发具有极其重要的意义。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤1，选取岩心样品，通过CT扫描获取岩心样品的岩石扫描图像，对岩心扫描图像进行预处理后，再利用Avizo软件提取预处理后岩心扫描图像中的表征单元体，通过对表征单元体进行图像二值化分割，得到等间隔体素网格单元化的数字岩心三维空间，通过提取孔隙相，构建大尺寸三维分层数字岩心；
步骤2，将三维分层数字岩心置于三维坐标系中，并将三维分层数字岩心在三维坐标系的x轴方向上均匀分割为X等份、在三维坐标系的y轴方向上均匀分割为Y等份、在三维坐标系的z轴方向上均匀分割为Z等份，使得三维分层数字岩心被分割为多个小尺寸三维数字岩心；
步骤3，利用CFD数值模拟方法，分别针对各小尺寸三维数字岩心在孔隙尺度上进行单向流模拟，模拟得到各小尺寸三维数字岩心的渗透率；
步骤4，基于各小尺寸三维数字岩心的渗透率，计算得到三维分层数字岩心的渗透率。
2.根据权利要求1所述的一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，其特征在于，所述预处理包括对岩心样品进行图像校准、表面单元体提取、对比度调整、滤波和锐化。
3.根据权利要求1所述的一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，其特征在于，所述大尺寸三维分层数字岩心中仅含有孔隙结构。
4.根据权利要求1所述的一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，其特征在于，所述步骤3中，利用CFD数值模拟方法，结合小尺寸三维数字岩心的结构参数，构建小尺寸三维数字岩心的CFD计算模型，模拟单向流在小尺寸三维数字岩心内的流动过程，小尺寸三维数字岩心的CFD计算模型以小尺寸三维数字岩心的顶部作为入口、底部作为出口，入口压力设置为4Pa，出口压力设置为0Pa，出口面积设置为A，进出口压差Δp为4Pa，单向流的流体密度ρ设置为1000kg/m3、动力粘度μ设置为0.001Pa·s，流动过程中小尺寸三维数字岩心单位质量内单向流的通量为qm；
小尺寸三维数字岩心内单向流流动模拟过程中，小尺寸三维数字岩心出口处的体积流量计算公式为：
Q＝qm·A·ρ (1)
式中，Q为小尺寸三维数字岩心出口处的体积流量；
小尺寸三维数字岩心的渗透率计算公式为：
Figure FDA0003867912810000011
式中，k为小尺寸三维数字岩心的渗透率，L为单向流流动方向上小尺寸三维数字岩心的长度。
5.根据权利要求1所述的一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，其特征在于，所述步骤4中，根据各小尺寸三维数字岩心的渗透率，先沿单向流的流动方向获取三维分层数字岩心内各三维数字条状岩心的渗透率，再沿垂直于单向流的流动方向将各三维数字条状岩心相并联，计算得到三维分层数字岩心的渗透率。
6.根据权利要求5所述的一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，其特征在于，所述三维数字条状岩心由底面在三维坐标系中xy平面投影位置相同的多个小尺寸三维数字岩心串联拼接而成，三维数字条状岩心的轴线平行于三维坐标系的z轴，用于获取三维分层数字岩心内不同位置处沿z轴方向的渗透率。
7.根据权利要求6所述的一种复杂分层及拼接数字岩心的渗透率预测方法，其特征在于，所述三维分层数字岩心渗透率计算公式为：
Figure FDA0003867912810000021
式中，kXYZ为三维分层数字岩心的渗透率，i为小尺寸三维数字岩心在三维坐标系x轴方向上的序号，j为小尺寸三维数字岩心在三维坐标系y轴方向上的序号，p为小尺寸三维数字岩心在三维坐标系z轴方向上的序号，kijp为三维坐标系中x轴序号为i、y轴序号为j、z轴序号为p的小尺寸三维数字岩心的渗透率，X为三维坐标系x轴方向上小尺寸三维数字岩心的个数，Y为三维坐标系y轴方向上小尺寸三维数字岩心的个数，Z为三维坐标系z轴方向上小尺寸三维数字岩心的个数。
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CN117494597A (zh) * 2023-10-31 2024-02-02 中国石油大学(北京) 一种三维数字岩心渗透率的确定方法、装置及设备

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