CN117949473A - 一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法和系统，所述方法包括：获取岩心样品的高分辨率图像；提取所述高分辨率图像中的缝、洞结构，获得目标缝洞三维结构；对所述目标缝洞三维结构进行网格剖分，并构建三维数字化缝洞结构模型。本发明实现对缝洞型油藏井下取心/露头取样等资料的精确分析，以及小尺度典型缝、洞结构的表征与建模，有效指导认识储集体缝洞结构，为后续油、水流动规律模拟分析提供数字化模型基础，预期对于含水缝洞油藏延缓水淹、提高采收率具有一定指导作用，推广应用前景广阔。

Description

一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法和系统

技术领域

本发明属于碳酸盐岩油气藏开发技术领域，特别涉及一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法和系统。

背景技术

塔里木盆地奥陶系碳酸盐岩年代老、埋藏深、规模大，经历多期构造运动和岩溶作用，造成溶蚀孔、缝、洞穴发育缺少碎屑岩油藏的相控规律，具有强非均质性。如何准确刻画地下孔洞缝结构，为储层预测、储量评价、钻完井以及开发措施调整提供依据，是制约开发的瓶颈技术。目前缝洞体结构描述的总体思路均为用地震属性或其融合体表征不同缝洞体储层几何结构，对于缝洞型油藏表征主要集中于利用地质、地震、测井等数据进行油藏尺度的地质建模，西南石油大学提出了一种缝洞型碳酸盐油藏三维物理模型建立方法，中石化勘探开发研究院以塔河碳酸盐岩缝洞型油藏为原型，提出了多元约束碳酸盐岩缝洞型油藏三维地质建模方法；中国石油大学(北京)以缝洞型油藏典型岩溶储集体为例，基于测井成像数据建立孔洞、裂缝融合的油藏地质模型；中国石油大学(华东)等科研院所对于砂岩油藏、非常规页岩油气藏等已开展了大量的CT扫描测试和三维建模的研究工作，数字岩心技术也越发成熟，对于认识不同类型孔隙占比、孔隙连通性、剩余油分布等重要问题发挥了一定的作用；然而这类技术目前难以直接应用于缝洞型油藏。

综上所述，目前对缝洞结构识别技术方案局限于建立油藏尺度的地质模型，这类模型适于认识宏观尺度的缝洞结构发育特征，定性的指导油藏生产，难以精确认识小尺度的缝洞结构特征，并且适于模拟缝洞结构内的复杂流动规律；而且，对于岩心尺度甚至更小尺度的结构表征及建模技术鲜有报道；同时，相比于砂岩油藏、非常规页岩油气藏，缝洞型油藏取心难度很大，并且岩心样品内缝、洞尺寸差异大，难以采用常规的数字岩心技术；并且目前缺乏对于现有露头岩块等资料的分析、表征、重构技术。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法，包括：

获取岩心样品的高分辨率图像；

提取所述高分辨率图像中的缝、洞结构，获得目标缝洞三维结构；

对所述目标缝洞三维结构进行网格剖分，并构建三维数字化缝洞结构模型。

更进一步地，所述岩心样品包括露头岩心样品和井下岩心样品。

更进一步地，所述露头岩心样品通过以下步骤收集：

对缝洞型油藏研究目标进行三维空间的岩体结构测量；

基于所述岩体结构测量结果，在三维空间进行密集采样和岩石物性初步测定；

设定取样点进行取样。

更进一步地，所述提取所述高分辨率图像中的缝、洞结构，获得目标缝洞三维结构包括以下步骤：

对高分辨率图像按照统一尺度进行裁剪，并去掉外边框；

对处理后的高分辨率图像中不同灰度的缝、洞区域进行识别、标记和初步分析；

测量单个洞的直径、单条缝的缝宽，并确定洞的平均直径；

通过设定灰度阈值获得目标缝、洞的三维结构；

通过对比分析，选取目标缝、洞结构及其连通结构作为研究对象。

更进一步地，所述对所述目标缝洞三维结构进行网格剖分，并构建三维数字化缝洞结构模型包括以下步骤：

将缝洞三维结构进行网格剖分，将面网格结构进行实体化构建得到体网格数据体；

基于体网格数据体确定缝洞三维结构的域、边界面和节点，得到三维数字化缝洞结构模型。

一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征系统，包括：

获取单元，用于获取岩心样品的高分辨率图像；

提取单元，用于提取所述高分辨率图像中的缝、洞结构，获得目标缝洞三维结构；

剖分单元，用于对所述目标缝洞三维结构进行网格剖分，并构建三维数字化缝洞结构模型。

更进一步地，所述岩心样品包括露头岩心样品和井下岩心样品。

更进一步地，所述获取单元，具体用于：

对缝洞型油藏研究目标进行三维空间的岩体结构测量；

基于所述岩体结构测量结果，在三维空间进行密集采样和岩石物性初步测定；

设定取样点进行取样。

更进一步地，所述提取单元，具体用于：

对高分辨率图像按照统一尺度进行裁剪，并去掉外边框；

对处理后的高分辨率图像中不同灰度的缝、洞区域进行识别、标记和初步分析；

测量单个洞的直径、单条缝的缝宽，并确定洞的平均直径；

通过设定灰度阈值获得目标缝、洞的三维结构；

通过对比分析，选取目标缝、洞结构及其连通结构作为研究对象。

更进一步地，所述剖分单元，具体用于：

将缝洞三维结构进行网格剖分，将面网格结构进行实体化构建得到体网格数据体；

基于体网格数据体确定缝洞三维结构的域、边界面和节点，得到三维数字化缝洞结构模型。

与现有技术相比，本发明的实施例至少具有以下优点：实现对缝洞型油藏井下取心/露头取样等资料的精确分析，以及小尺度典型缝、洞结构的表征与建模，有效指导认识储集体缝洞结构，为后续油、水流动规律模拟分析提供数字化模型基础，预期对于含水缝洞油藏延缓水淹、提高采收率具有一定指导作用，推广应用前景广阔。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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的附图。

图1示出了现有技术中塔河某油藏依据地震数据获取的缝洞结构表征示意图；

图2示出了根据本发明实施例的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法的流程图；

图3示出了根据本发明实施例的岩心样品的高分辨率图像；

图4示出了根据本发明实施例的岩心样品的缝洞结构示意图；

图5示出了根据本发明实施例的三维数字化缝洞结构模型示意图；

图6示出了根据本发明实施例的三维数字化缝洞结构模型修正示意图；

图7示出了根据本发明实施例的岩心样品示意图；

图8示出了根据本发明实施例的岩心样品缝洞轮廓标记示意图；

图9示出了根据本发明实施例的岩心样品主要缝、洞结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

目前对于缝洞结构的反演主要采用地震解释技术，获取宏观地质大尺度的米级缝洞结构特征。井间储集体一般通过地震数据及地震属性体进行识别，溶洞类储集体在地震上的反应一般表现为串珠状反射。通过对地震数据进行RMS属性提取及反演，可以反映溶洞类储集体的空间分布，快速识别井间溶洞储集体的展布，如图1所示为塔河某油藏依据地震数据获取的缝洞结构表征示意图。通过识别井间裂缝可以判别储集体空间组合方式，为分析储集体组合方式对注水效果的分析奠定了物质基础。现有地震解释技术只能分析米级大尺度的宏观缝洞结构，对于认识缝洞型油藏小尺度缝洞结构及模拟不同缝洞组合特征存在一定局限性，因此本发明是对现有缝洞表征技术的关键补充。

如图2所示，本发明提出的一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法，包括以下步骤：

步骤S1：野外采样和微米CT扫描，获取岩心样品的高分辨率图像；

根据缝洞型油藏研究目标选择具有代表性的露头区，首先进行三维空间的岩体结构测量，然后基于岩体结构测量结果，在三维空间进行密集采样和岩石物性初步测定，最后设定取样点并进行取样；收集研究区块目的层位的井下取心样品。岩石物性包括孔隙度、长宽高尺寸等。示例性的，一般按照10m*10m矩阵式设定取样点。

采用高分辨率CT技术，利用锥形X射线穿透物体，通过不同倍数的物镜放大图像，由360°旋转所得到的大量X射线衰减图像重构出三维立体模型，实现CT显微镜的功能。采用微米CT扫描仪对样品进行扫描，获取多张高分辨率的图像，如图3所示。

目前国内外碳酸盐岩油藏井下取心难度很大，而且未充填的洞穴储集体无法取心，需要利用露头样品推演井下钻遇储集体的缝洞结构特征。通过上述的方法获取充分的、有代表性的露头和井下岩心样品。

步骤S2：提取所述高分辨率图像中的缝、洞结构，获得目标缝洞三维结构；

首先将CT扫描后获得的高分辨率图像数据体导入到医学影像控制系统软件(MIMICS)中，对高分辨率图像按照统一尺度进行裁剪，并去掉外边框；然后在该软件中对图像中不同灰度的缝、洞区域进行识别、标记和初步分析，测量单个洞的直径、单条缝的缝宽，利用统计方法估算样品内洞的平均直径；通过设定灰度阈值范围获得目标缝、洞的三维结构；最后通过对比分析，选取目标缝、洞结构及其连通结构等作为研究对象。示例性的，统一尺度为厘米级，主要根据研究目的确定目标缝洞结构。示例性的，灰度阈值范围为-1022～-928。

如图4所示，常规矩形切割会损失较多的缝洞信息，同时缝洞边界出现棱角与实际缝洞结构区别大，为此选用Photoshop CS6.0软件对图像进行圆形切割，选择分析的目标缝洞区域；针对每块岩心的缝洞发育特征，选取具有代表性的局部缝洞结构，采用Photoshop进行批量圆形切割，导入MIMICS软件中进行前处理，提取缝洞区域图像信息。由于仅考虑流体在缝洞区域的流动，而忽略基质区域(视为不可流动)，因此采用像素阈值方法划分图像中的缝洞区域和基质区域，将缝洞的图像信息单独提取出来。

本发明更注重与医学影像分析技术的融合：能够根据研究人员的需要设定选取范围、选取缝洞的尺度，同一块样品可提取出不同尺度层级的多种缝洞结构；能够基于统计学方法计算洞的平均直径等参数，为定量分析缝洞特征提供依据。

步骤S3：对所述目标缝洞三维结构进行网格剖分，并构建三维数字化缝洞结构模型。

首先将目标缝洞三维结构导入到Materialize 3-matic软件(适用于3D打印行业的一款基于CAD的正向工程软件)中进行网格剖分，然后将面网格结构进行实体化构建得到体网格数据体，一般导出为COMSOL可识别的网格数据体格式。基于体网格数据体，COMSOL导入该网格数据体后会自动识别缝洞三维结构域、边界面和节点，至此建立了可用于流动模拟的三维数字化模型(如图5所示)。

本发明能够将某一块岩心样品中提取的缝洞三维结构与其它岩心样品中提取的缝洞三维结构进行拼接组合，从而可根据研究需要构建多种缝洞连通模式耦合的三维模型；三维数字化模型可直接用于COMSOL平台开展多物理场多相流动模拟，为缝洞油藏油水流动规律研究提供了更好的模型基础。

在MIMICS软件中通过选取阈值范围获得目标缝洞三维结构，缝洞三维结构特征与研究目标是否符合等，若不满足研究需求，则重新选取阈值范围建立三维结构。示例性的，为了研究单独缝内的流动特征，则需要选取单独的高角度裂缝结构；如果为了研究多个连通洞内的流动特征，则需要选取洞群结构。所以根据研究目标选择缝洞结构。然后将三维结构导入到3-MATIC软件中进行网格剖分，根据网格尺寸以及后期所采用的模拟软件的计算能力选择Gradient或者Adaptive方法进行网格剖分(图5)，由于受到COMSOL软件计算能力和计算机内存的限制，网格数尽量少于10万。网格剖分后采用COMSOL软件的网格质量检查模块对网格质量进行检查，根据软件的错误信息修正报错的网格，此时得到的是结构的面网格；需将面网格再转化为体网格才可导出为COMSOL可识别的网格格式(图6)。COMSOL导入网格模型会自动识别三维结构域、边界面和节点，以用于后期模拟中边界条件的设置，至此便得到了可用于COMSOL模拟的三维数字化缝洞结构模型。

以某缝洞型油藏区块的井下岩心样品为例，岩心样品直径5cm、高13.4cm，岩心内高角度裂缝发育，并且该裂缝贯穿整块岩心样品；裂缝周围孔洞发育，但不连通，如图7所示，图7(a)为井下岩心样品CT扫描纵剖面示意图，图7(b)为井下岩心样品CT扫描横剖面示意图。

如图8所示，将JNCT1井下岩心样品的CT扫描图像导入到MIMICS软件中进行处理，标识缝、洞结构的轮廓(将井下岩心样品高分辨率图像从上到下选取了8张图像，请参见图8(a)-(h))，分析不同位置切片上的缝洞发育特征；测量单个目标孔洞的直径或长度，统计计算全部孔洞的平均直径。经研究分析发现：岩心内从上而下裂缝由单条主裂缝逐渐演化为网状裂缝，裂缝与周围的孔洞连通较差；统计计算孔洞直径0.3-0.8mm，孔洞平均直径1.6mm，裂缝宽度0.1-0.15mm。

应用本发明提出的三维数字化缝洞结构建模技术，构建了井下岩心样品内的三维数字化缝洞结构，观察发现结构内以高角度裂缝、孤立孔洞、串珠洞为主，这些结构的形状和尺寸如图9所示。如图9(a)所示，为井下岩心样品的裂缝结构的正视图，裂缝呈片状不规则延展。如图9(b)所示，为井下岩心样品的孤立球形洞结构图，该结构为不规则的椭球形且不与周围的洞、缝连通。如图9(c)所示，为井下岩心样品的链状洞结构图，该结构内多个洞呈链状分布。

基于上述的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法，本实施例提出一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征系统，包括：

获取单元，用于获取岩心样品的高分辨率图像；

提取单元，用于提取所述高分辨率图像中的缝、洞结构，获得目标缝洞三维结构；

剖分单元，用于对所述目标缝洞三维结构进行网格剖分，并构建三维数字化缝洞结构模型。

岩心样品包括露头岩心样品和井下岩心样品。

获取单元，具体用于：

对缝洞型油藏研究目标进行三维空间的岩体结构测量；

基于所述岩体结构测量结果，在三维空间进行密集采样和岩石物性初步测定；

设定取样点进行取样。

提取单元，具体用于：

对高分辨率图像按照统一尺度进行裁剪，并去掉外边框；

对处理后的高分辨率图像中不同灰度的缝、洞区域进行识别、标记和初步分析；

测量单个洞的直径、单条缝的缝宽，并确定洞的平均直径；

通过设定灰度阈值获得目标缝、洞的三维结构；

通过对比分析，选取目标缝、洞结构及其连通结构作为研究对象。

剖分单元，具体用于：

将缝洞三维结构进行网格剖分，将面网格结构进行实体化构建得到体网格数据体；

基于体网格数据体确定缝洞三维结构的域、边界面和节点，得到三维数字化缝洞结构模型。

本发明中提出的一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法和系统，实现对缝洞型油藏井下取心/露头取样等资料的精确分析，以及小尺度典型缝、洞结构的表征与建模，有效指导认识储集体缝洞结构，为后续油、水流动规律模拟分析提供数字化模型基础，预期对于含水缝洞油藏延缓水淹、提高采收率具有一定指导作用，推广应用前景广阔。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法，其特征在于，包括：

获取岩心样品的高分辨率图像；

提取所述高分辨率图像中的缝、洞结构，获得目标缝洞三维结构；

对所述目标缝洞三维结构进行网格剖分，并构建三维数字化缝洞结构模型。

2.根据权利要求1所述的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法，其特征在于，所述岩心样品包括露头岩心样品和井下岩心样品。

3.根据权利要求2所述的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法，其特征在于，所述露头岩心样品通过以下步骤收集：

对缝洞型油藏研究目标进行三维空间的岩体结构测量；

基于所述岩体结构测量结果，在三维空间进行密集采样和岩石物性初步测定；

设定取样点进行取样。

4.根据权利要求1所述的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法，其特征在于，所述提取所述高分辨率图像中的缝、洞结构，获得目标缝洞三维结构包括以下步骤：

对高分辨率图像按照统一尺度进行裁剪，并去掉外边框；

对处理后的高分辨率图像中不同灰度的缝、洞区域进行识别、标记和初步分析；

测量单个洞的直径、单条缝的缝宽，并确定洞的平均直径；

通过设定灰度阈值获得目标缝、洞的三维结构；

通过对比分析，选取目标缝、洞结构及其连通结构作为研究对象。

5.根据权利要求1所述的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征方法，其特征在于，所述对所述目标缝洞三维结构进行网格剖分，并构建三维数字化缝洞结构模型包括以下步骤：

将缝洞三维结构进行网格剖分，将面网格结构进行实体化构建得到体网格数据体；

基于体网格数据体确定缝洞三维结构的域、边界面和节点，得到三维数字化缝洞结构模型。

6.一种缝洞型油藏小尺度储集体结构表征系统，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取岩心样品的高分辨率图像；

提取单元，用于提取所述高分辨率图像中的缝、洞结构，获得目标缝洞三维结构；

剖分单元，用于对所述目标缝洞三维结构进行网格剖分，并构建三维数字化缝洞结构模型。

7.根据权利要求6所述的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征系统，其特征在于，所述岩心样品包括露头岩心样品和井下岩心样品。

8.根据权利要求7所述的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征系统，其特征在于，所述获取单元，具体用于：

对缝洞型油藏研究目标进行三维空间的岩体结构测量；

基于所述岩体结构测量结果，在三维空间进行密集采样和岩石物性初步测定；

设定取样点进行取样。

9.根据权利要求6所述的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征系统，其特征在于，所述提取单元，具体用于：

对高分辨率图像按照统一尺度进行裁剪，并去掉外边框；

对处理后的高分辨率图像中不同灰度的缝、洞区域进行识别、标记和初步分析；

测量单个洞的直径、单条缝的缝宽，并确定洞的平均直径；

通过设定灰度阈值获得目标缝、洞的三维结构；

通过对比分析，选取目标缝、洞结构及其连通结构作为研究对象。

10.根据权利要求6所述的缝洞型油藏小尺度储集体结构表征系统，其特征在于，所述剖分单元，具体用于：

将缝洞三维结构进行网格剖分，将面网格结构进行实体化构建得到体网格数据体；

基于体网格数据体确定缝洞三维结构的域、边界面和节点，得到三维数字化缝洞结构模型。