CN116484766A - 基于ct扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，所述方法包括：孔隙定位模块，基于岩心CT扫描数据提取孔隙信息，根据岩心模型网格分辨率将孔隙的体素坐标转换为网格坐标；属性计算模块，利用网格粗化方法计算不同网格对应的孔隙等效半径，基于Kozeny‑carman方程计算孔隙所在网格对应的渗透率；模型生成模块，通过设置无效网格切圆建立三维岩心模型，导入网格渗透率生成三维非均质等效岩心模型；数值模拟模块，将三维非均质等效岩心模型导入CMG‑IMEX模拟器中，利用油水两相模型模拟岩心驱替过程。所述方法可表征岩心内部的驱油动态特征，解决了岩心水驱油动态特征可视化模拟难题，有望推广到岩心尺度的提高采收率机理模拟。

Description

基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法

技术领域

本发明属于油藏数值模拟领域，涉及基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法。

背景技术

岩心驱替实验是评价油水流动关系最重要的手段，在石油行业得到了极为广泛的应用。然而岩心驱替过程成本高、周期长且误差大，不利于进一步的分析与研究。数值模拟技术是近几十年随着计算机技术共同发展起来的一种手段，常被用来进行高温高压、微观尺度等物理模拟实验难以开展的研究。通过岩心数值模拟结果拟合物理模拟实验结果证明数值模拟方法的有效性，从而可以将数值模拟方法应用到其他复杂条件以及其他尺度的模拟中。CMG是成熟的商业软件，在建立准确模型的基础上，可以充分模拟实际油藏开发和岩心驱替实验，可进行结果预测和参数敏感性分析。然而，常规的数值模拟所用的等效均质模型无法充分表征非均质岩心内部的驱油动态特征，也无法观测岩心内部微观的、复杂的物理化学现象。基于核磁共振T2谱建立的随机单元等效岩心模型(专利号：202110715803.5)一定程度上考虑了岩心内部的非均质性，但由于其随机性，建立的模型与实际有差异。

岩心CT扫描作为一种无损的可视化手段，近年来在石油工程领域得到了广泛的应用。然而，其主要被用于建立数字岩心模型从而进行孔隙尺度的渗流模拟，在岩心尺度的应用较少。岩心CT扫描可获得无损的岩心三维图像，使得岩心内部微观孔隙结构可视化，通过岩心CT扫描可建立精确的岩心尺度模型。

因此，针对上述问题，本发明提出了基于CT扫描建立非均质岩心模型的方法，为数值模拟提供准确的模型基础，从而精确表征岩心内部的驱油动态特征。

发明内容

本发明的目的在于：提供了基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，该方法可表征实际岩心内部孔隙结构，能够在模拟岩心水驱油过程中充分考虑岩心内部的非均质性，解决了岩心数值模拟模型与物理模拟实验对象之间的差异，从而表征岩心内部精确的驱油动态特征，有望推广到水驱后岩心尺度的提高采收率机理模拟。

本发明采用的技术方案如下：

基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，所述方法包括：

孔隙定位模块，基于岩心CT扫描数据提取孔隙信息，根据岩心模型网格分辨率将孔隙的体素坐标转换为网格坐标；

属性计算模块，利用网格粗化方法计算不同网格对应的孔隙等效半径，基于Kozeny-carman方程计算孔隙所在网格对应的渗透率；

模型生成模块，通过设置无效网格切圆建立三维岩心模型，导入渗透率生成三维非均质等效岩心模型；

数值模拟模块，将三维非均质等效岩心模型导入CMG-IMEX模拟器中，利用油水两相模型模拟岩心驱替过程。

进一步地，基于岩心CT扫描数据获取孔隙信息，根据岩心模型网格分辨率将孔隙的体素坐标转换为网格坐标包括以下步骤：

通过AVIZO软件对岩心CT扫描数据进行滤波降噪与二值化处理，在此基础上通过拟合岩心孔隙度确定阈值从而进行阈值分割，显著区分孔隙与骨架，从而进行孔隙分析并导出孔隙的体素坐标以及等效半径；

根据岩心CT扫描图像在三维方向的体素最大值与拟建立岩心模型在三维方向的网格数量，计算二者之间的转换比例；

利用岩心CT扫描获取的岩心内部孔隙的体素坐标数据，按照转换比例将体素坐标转换为网格坐标进行孔隙定位。

进一步地，利用网格粗化方法计算不同网格对应的孔隙等效半径，基于Kozeny-carman方程计算孔隙所在网格对应的渗透率包括以下步骤：

利用岩心CT扫描数据获取岩心内部孔隙体素的等效孔隙半径，利用网格粗化方法计算不同网格对应的等效孔隙半径；

根据孔隙所在的网格坐标，判断各个网格内的孔隙存在情况；

根据不同网格对应的孔隙存在情况，定义不同网格对应的等效孔隙半径；

若网格内部不存在孔隙，则定义网格的等效孔隙半径为0；

若网格内部存在多个孔隙，则通过调和平均方法对不同孔隙半径进行粗化，计算多个孔隙的平均等效孔隙半径作为网格所对应的孔隙等效半径；

根据岩心渗透率、孔隙度、平均等效孔隙半径，利用Kozeny-carman方程计算对应的平均迂曲度；

根据岩心孔隙度、平均迂曲度以及不同网格对应的等效孔隙半径，利用Kozeny-carman方程计算不同网格对应渗透率。

更进一步地，通过设置无效网格切圆方法建立三维岩心模型，导入渗透率生成三维非均质等效岩心模型的步骤包括：

根据两点间距离公式计算网格距离，根据网格间距判断网格是否在内切圆区域中：

式中j、k分别表示网格的y、z坐标，nj、nk分别表示岩心模型在y、z方向网格数。

导出内切圆区域外的网格坐标，并将其定义为无效网格；

设置无效网格，将岩心模型方形端面切成圆形端面，根据实际岩心的直径和长度定义网格尺寸，建立三维岩心模型；

在三维岩心模型中输入网格对应的渗透率，生成三维非均质等效岩心模型。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，利用目标岩心的CT扫描数据，输出岩心内部孔隙坐标以及等效半径，结合网格粗化原理计算不同网格对应的孔隙等效半径，基于Kozeny-carman方程计算不同网格对应的渗透率，采用三维非均质等效岩心模型精确表征实际岩心。与均质等效岩心模型相比，该方法能够充分考虑岩心内部的非均质性，解决了岩心数值模拟模型与物理模拟实验对象之间的差异，从而精确表征岩心内部的驱油动态特征，解决了岩心水驱油动态特征可视化模拟难题，有望推广到水岩心尺度的提高采收率机理模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图，其中：

图1是基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法的流程图；

图2是本发明实施例一的岩心冠状面CT扫描成像图；

图3是本发明实施例一的岩心冠状面孔隙提取结果示意图；

图4是本发明实施例一的网格切圆方法示意图；

图5是本发明实施例一的三维非均质等效岩心模型示意图；

图6是本发明实施例一的三维非均质等效岩心模型在不同驱替时间的含油饱和度结果图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处描述和附图中示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，包括以下步骤：

步骤1：基于岩心CT扫描数据提取孔隙信息，根据岩心模型网格分辨率将孔隙的体素坐标转换为网格坐标；

步骤2：利用网格粗化方法计算不同网格对应的孔隙等效半径，基于Kozeny-carman方程计算孔隙所在网格对应的渗透率；

步骤3：通过设置无效网格切圆方法建立三维岩心模型，导入渗透率生成三维非均质等效岩心模型；

步骤4：将三维非均质等效岩心模型导入CMG-IMEX模拟器中，利用油水两相模型模拟岩心驱替过程。

与均质等效岩心模型相比，该方法可表征实际岩心内部孔隙结构，能够在模拟岩心水驱油过程中充分考虑岩心内部的非均质性，解决了岩心数值模拟模型与物理模拟实验对象之间的差异，有望推广到水驱后岩心尺度的提高采收率机理模拟。

下面结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例一

本发明的较佳实施例，以致密砂岩水驱油为例，提供了基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：基于岩心CT扫描数据提取孔隙信息，根据岩心模型网格分辨率将孔隙的体素坐标转换为网格坐标进行孔隙定位；

步骤1.1：通过AVIZO软件对岩心CT扫描数据进行处理，获得岩心冠状面CT成像图如图2所示，通过CT图像提取岩心冠状面孔隙结果如图3所示，导出孔隙的体素坐标以及等效半径；

步骤1.2：根据岩心CT扫描数据在三维方向的体素最大值与拟建立岩心模型在三维方向的网格数量(本实例网格数量为30×14×14)，计算二者之间的转换比例，如表1；

表1

步骤1.3：利用导出的孔隙体素坐标数据，按照转换比例将体素坐标转换为网格坐标。

步骤2：利用网格粗化方法计算不同网格对应的孔隙等效半径，基于Kozeny-carman方程计算孔隙所在网格对应的渗透率；

步骤2.1：利用导出的孔隙体素的等效孔隙半径，利用网格粗化方法计算相应网格的等效孔隙半径：

根据孔隙所在的网格坐标，判断各个网格内的孔隙存在情况；

根据不同网格对应的孔隙存在情况，定义不同网格对应的等效孔隙半径；

若网格内部不存在孔隙，则定义网格的等效孔隙半径为0；

若网格内部存在多个孔隙，则通过调和平均方法对不同孔隙半径进行粗化，计算多个孔隙的平均等效孔隙半径作为网格所对应的孔隙等效半径；

步骤2.2：根据岩心渗透率、孔隙度、平均等效孔隙半径，利用Kozeny-carman方程计算对应的平均迂曲度；

平均等效孔隙半径通过调和平均方法计算：

式中表示岩心平均孔隙半径；n表示孔隙数量；r_i表示第i个孔隙的孔隙半径。

结合岩心渗透率、孔隙度，利用Kozeny-carman方程计算对应的平均迂曲度，如表2；

式中表示平均迂曲度；/>表示岩心平均渗透率，D；/>表示平均等效孔隙半径，μm；/>表示岩心平均孔隙度。

表2

根据岩心孔隙度、平均迂曲度以及不同网格对应的等效孔隙半径，利用Kozeny-carman方程计算不同网格对应渗透率；

式中K表示网格对应渗透率，D；r表示网格对应的等效孔隙半径，μm。

步骤3：通过设置无效网格切圆方法建立三维岩心模型，导入渗透率生成三维非均质等效岩心模型；

步骤3.1：根据两点间距离公式计算网格距离，利用MATLAB根据网格间距判断网格是否在内切圆区域中：

式中j、k分别表示网格的y、z坐标，nj、nk分别表示岩心模型在y、z方向网格数。

导出内切圆区域外的网格坐标，并将其定义为无效网格；

步骤3.2：设置无效网格，将岩心模型方形端面切成圆形端面，如图4，根据实际岩心的直径和长度定义网格尺寸，建立三维岩心模型。实际岩心尺寸与网格尺寸如表3所示；

表3

步骤3.3：在三维岩心模型中输入网格对应的渗透率，生成三维非均质等效岩心模型，如图5所示；

步骤4：将三维非均质等效岩心模型导入CMG-IMEX模拟器中，利用油水两相模型模拟岩心驱替过程。

本实施例中，三维非均质等效岩心模型在不同驱替时间的含油饱和度结果如图6所示，由图6可知，在水驱油过程中，由于中孔隙和大孔隙中的阻力相对较小，注入水首先驱替中孔隙和大孔隙区域的原油，这也被称为微观指进现象，说明通过该三维非均质等效岩心模型可表征精确的岩心内部驱油动态特征。

需要说明的是，由于说明书附图不得着色和涂改，所以本发明中部分区别明显的地方比较难以显示，若有必要，可提供彩色图片。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，任何熟悉本领域的技术人员在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，其特征在于，所述方法包括：

孔隙定位模块，基于岩心CT扫描数据提取孔隙信息，根据岩心模型网格分辨率将孔隙的体素坐标转换为网格坐标；

属性计算模块，利用网格粗化方法计算不同网格对应的孔隙等效半径，基于Kozeny-carman方程计算孔隙所在网格对应的渗透率；

模型生成模块，通过设置无效网格切圆建立三维岩心模型，导入渗透率生成三维非均质等效岩心模型；

数值模拟模块，将三维非均质等效岩心模型导入CMG-IMEX模拟器中，利用油水两相模型模拟岩心驱替过程。

2.根据权利要求1所述的基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，其特征在于，所述基于岩心CT扫描数据提取孔隙信息，按岩心模型网格分辨率将孔隙的体素坐标转换为网格坐标的步骤包括：

根据岩心CT扫描数据在三维方向的体素最大值与拟建立三维非均质等效岩心模型在三维方向的网格数量，计算二者之间的转换比例；

利用岩心CT扫描获取的岩心内部孔隙的体素坐标数据，根据体素坐标与网格坐标的转换比例，将体素坐标转换为网格坐标。

3.根据权利要求1所述的基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，其特征在于，所述利用网格粗化方法计算不同网格对应的孔隙等效半径，基于Kozeny-carman方程计算孔隙所在网格对应的渗透率的步骤包括：

根据孔隙所在的网格坐标，判断各个网格内的孔隙存在情况；

根据不同网格对应的孔隙存在情况，定义不同网格对应的等效孔隙半径；

根据网格对应的等效孔隙半径，利用Kozeny-carman方程计算各网格对应的渗透率。

4.根据权利要求1所述的基于CT扫描建立三维非均质等效岩心模型的方法，其特征在于，所述通过设置无效网格切圆方法建立三维岩心模型，导入渗透率生成三维非均质等效岩心模型的步骤包括：

根据两点间距离公式计算网格距离，根据网格间距判断网格是否在内切圆区域中；

导出内切圆区域外的网格坐标，将其定义为无效网格；

在三维岩心模型中输入网格对应的渗透率，生成三维非均质等效岩心模型。

5.根据权利要求3所述的根据孔隙所在的网格坐标，判断各个网格内的孔隙存在情况；根据不同网格对应的孔隙存在情况，定义不同网格对应的等效孔隙半径的步骤包括：

若网格内部不存在孔隙，则定义网格的等效孔隙半径为0；

若网格内部存在多个孔隙，通过调和平均方法对不同孔隙半径进行粗化，计算多个孔隙的平均等效孔隙半径作为网格对应的孔隙等效半径。

6.根据权利要求3所述的利用网格粗化方法计算不同网格对应的孔隙等效半径，基于Kozeny-carman方程计算孔隙所在网格对应的渗透率，其特征在于，所述根据网格对应的等效孔隙半径，利用Kozeny-carman方程计算各网格对应的渗透率的步骤包括：

根据岩心渗透率、孔隙度、平均等效孔隙半径，利用Kozeny-carman方程计算对应的平均迂曲度；

根据岩心孔隙度、平均迂曲度以及不同网格对应的等效孔隙半径，利用Kozeny-carman方程计算不同网格对应渗透率。

7.根据权利要求4所述的通过设置无效网格切圆建立三维岩心模型的方法，其特征在于，所述根据两点间距离公式判断网格位置所属区域，按照网格所属区域设置无效网格的，所述两点间距离公式为：

式中j、k分别表示网格的y、z坐标，nj、nk分别表示岩心模型在y、z方向网格数。