一種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征方法及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于侵蝕?膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征方法及其應(yīng)用，本發(fā)明利用侵蝕?膨脹算法提取數(shù)字巖心的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)字巖心中兩相流動直接模擬結(jié)果的定量化表征。本發(fā)明準(zhǔn)確描述了每一個(gè)孔隙和喉道的兩相流體的飽和度，描述了不同直徑的孔隙或喉道中兩相流體的飽和度，避免了孔隙網(wǎng)絡(luò)模型流動模擬誤差大的缺點(diǎn)，同時(shí)又借鑒了孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的孔隙表征方法，將直接流動模擬的結(jié)果進(jìn)行定量化描述；不同直徑孔隙和喉道的飽和度分布對認(rèn)識數(shù)字巖心中的兩相流動具有重要意義，根據(jù)結(jié)果能夠表征流體在數(shù)字巖心內(nèi)部的流動能力，得到限制流體流動的孔隙和喉道的直徑等。
【專利說明】
一種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表 征方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征方法及 其應(yīng)用，屬于油氣田開發(fā)工程數(shù)值模擬的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著CT掃描技術(shù)的進(jìn)步，能夠準(zhǔn)確得到巖心的孔隙結(jié)構(gòu)，即數(shù)字巖心，數(shù)字巖心是 真實(shí)巖心在一定分辨率下的骨架和孔隙準(zhǔn)確標(biāo)識的數(shù)字矩陣。數(shù)字巖心為模擬流體在巖心 內(nèi)部的流動提供了重要研究平臺，克服了真實(shí)巖心加工復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)成本高且周期長的弊端， 而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果無法得到巖心內(nèi)部的流體分布。但是，在數(shù)字巖心上，進(jìn)行直接模擬兩相流體 流動（以水驅(qū)替油為例）的時(shí)候，雖然數(shù)字巖心內(nèi)部的油水分布能夠準(zhǔn)確得到，但是，由于真 實(shí)孔隙的幾何結(jié)構(gòu)的極其不規(guī)則性，傳統(tǒng)方法是針對整個(gè)巖心給出一個(gè)油水飽和度的平均 值，無法準(zhǔn)確確定每一個(gè)孔隙內(nèi)的情況，由于無法確定每一個(gè)孔隙的半徑，從而無法對結(jié)果 中的一些參數(shù)進(jìn)行定量化表征，例如統(tǒng)計(jì)水相侵入的孔隙半徑分布，或者油相滯留孔隙的 半徑分布，多大的孔隙中油水兩相共存，以及不同半徑范圍內(nèi)孔隙中兩相流體的飽和度等。
[0003] 基于數(shù)字巖心的流動模擬除了直接模擬以外，還有通過對數(shù)字巖心的孔隙進(jìn)行簡 化成規(guī)則的幾何結(jié)構(gòu)，即孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，然后在孔隙網(wǎng)絡(luò)模型上進(jìn)行模擬，但是由于模擬基 于穩(wěn)態(tài)方法，因此模擬結(jié)果誤差比較大。
[0004] 侵蝕-膨脹算法是一種常用的提取孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的方法，算法分為侵蝕和膨脹兩 步，巖心孔隙空間的侵蝕是為了得到巖心孔隙空間的中軸線，即由位于孔隙空間中心位置 的體素連接得到的曲線;然后通過膨脹方法，可以將數(shù)字巖心中的孔隙空間精確分割出孔 隙和喉道單元體所占據(jù)的空間，為孔喉單元體表征提供依據(jù)。
[0005] 中國專利文獻(xiàn)CN103278436A公開了特低滲透雙重介質(zhì)砂巖油藏微觀孔隙結(jié)構(gòu)的 定量表征方法，從實(shí)驗(yàn)樣品的選取，各種實(shí)驗(yàn)之間的有效結(jié)合、樣品的分配到實(shí)驗(yàn)測試數(shù)據(jù) 的處理和分析，將宏觀背景與微觀巖心相結(jié)合，靜態(tài)分析與動態(tài)生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，從定性分 析到半定量評價(jià)再到定量表征了特低滲透雙重介質(zhì)砂巖油藏微觀孔隙結(jié)構(gòu)，但是，該專利 存在以下缺陷:根據(jù)高壓壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果，利用公式計(jì)算得到巖心的最大孔喉半徑、中值半徑 等參數(shù)，這個(gè)結(jié)果無法具體到最大孔喉在巖心中的詳細(xì)坐標(biāo)位置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流 模擬結(jié)果定量表征方法；
[0007] 本發(fā)明還提供了上述基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征方 法的應(yīng)用；
[0008] 本發(fā)明給出每一個(gè)孔隙的半徑、坐標(biāo)位置，能夠給出巖心內(nèi)部每一像素點(diǎn)的信息。
[0009] 術(shù)語解釋
[0010] 飽和度，某種流體所占的數(shù)量占總的孔隙體積的百分比。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：
[0012] -種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征方法，具體步驟包 括：
[0013] (1)獲取數(shù)字巖心的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件及兩相流動模擬結(jié)果文件;所述幾何結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)文件包括每個(gè)像素點(diǎn)及該像素點(diǎn)對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)，幾何結(jié)構(gòu)包括孔隙和固體;例如，所 述幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件包括每個(gè)像素點(diǎn)對應(yīng)的〇、1數(shù)據(jù)體，〇表示當(dāng)前像素點(diǎn)為孔隙，1表示當(dāng) 前像素點(diǎn)為固體，所述兩相流動模擬結(jié)果文件是指數(shù)字巖心中每個(gè)像素點(diǎn)位置的兩相流體 的飽和度;所述兩相包括水相、油相;其中，獲取數(shù)字巖心的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件的方法參考 文獻(xiàn)為:趙秀才.數(shù)字巖心及孔隙網(wǎng)絡(luò)模型重構(gòu)方法研究[D].東營：中國石油大學(xué)(華東）， 2009.博士論文第2章內(nèi)容；
[0014] (2)利用侵蝕-膨脹算法提取步驟（1)所述數(shù)字巖心的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，所述孔隙網(wǎng) 絡(luò)模型包括多個(gè)孔隙及多個(gè)喉道，每個(gè)孔隙包括多個(gè)空隙像素點(diǎn)，每個(gè)喉道包括多個(gè)喉道 像素點(diǎn)，獲取每個(gè)孔隙的半徑及體積，并獲取每個(gè)喉道的半徑及體積;其中，所述侵蝕-膨脹 算法的參考文獻(xiàn)為:王晨晨.碳酸鹽巖介質(zhì)雙孔隙網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建理論與方法[D].青島：中國 石油大學(xué)(華東），2013.博士論文第2章內(nèi)容；
[0015] (3)求取每個(gè)孔隙的兩相流體的飽和度:求取每個(gè)孔隙包括的每個(gè)空隙像素點(diǎn)的 兩相流體的飽和度，并求和取平均值，該平均值即為該孔隙的兩相流體的飽和度;求取每個(gè) 喉道的兩相流體的飽和度:求取每個(gè)喉道包括的每個(gè)喉道像素點(diǎn)的兩相流體的飽和度，并 求和取平均值，該平均值即為該喉道的兩相流體的飽和度；
[0016] (4)利用體積平均方法，獲取每個(gè)直徑相同的孔隙的兩相流體的平均飽和度I，并 獲取每個(gè)直徑相同的喉道的兩相流體的平均飽和度反，即數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表 征結(jié)果。
[0017] 根據(jù)定量表征結(jié)果，可以得到以下結(jié)果:水相侵入的孔隙半徑分布范圍，滯留油相 的孔隙半徑分布范圍，以及不同半徑范圍內(nèi)孔隙中油、水兩相各自的飽和度，能夠?qū)ψ⑷腧?qū) 油有更明確的認(rèn)識。
[0018] 相坦太勞日日仔視的太來聰由的聽述體積平均方法，具體是指：
[0019] Π )
[0020] (II)
[0021] 式（I)、（ II)中，i表不具有相問直社的孔隙的個(gè)數(shù)，j表示具有相同直徑的喉道的 個(gè)數(shù)，Vp1表示相同直徑的孔隙中第i個(gè)孔隙的體積，S 11表示第i個(gè)孔隙中第一相流體的飽和 度，S21表示第i個(gè)孔隙中第二相流體的飽和度;V Tj表示相同直徑的喉道中第j個(gè)喉道的體 積，Slj表示第j個(gè)喉道中第一相流體的飽和度，S 2j表示第j個(gè)喉道中第二相流體的飽和度。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(1)中，通過CT掃描技術(shù)或者數(shù)學(xué)隨機(jī)生成算法獲取 數(shù)字巖心的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件。數(shù)學(xué)隨機(jī)生成算法包括馬爾科夫鏈蒙特卡羅算法、模擬退 火算法、過程模擬算法等。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(1)中，通過格子玻爾茲曼方法獲取數(shù)字巖心的兩相 流動模擬結(jié)果文件。
[0024] 上述基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征方法的應(yīng)用，包括 獲得:水相侵入的孔隙半徑分布范圍，滯留油相的孔隙半徑分布范圍，不同半徑范圍內(nèi)孔隙 中油、水兩相各自的飽和度。
[0025] 本發(fā)明的有益效果為：
[0026] 本發(fā)明準(zhǔn)確描述了每一個(gè)孔隙和喉道的兩相流體的飽和度，描述了不同直徑的孔 隙或喉道中兩相流體的飽和度，避免了孔隙網(wǎng)絡(luò)模型流動模擬誤差大的缺點(diǎn)，同時(shí)又借鑒 了孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的孔隙表征方法，將直接流動模擬的結(jié)果進(jìn)行定量化描述;不同直徑孔隙 和喉道的飽和度分布對認(rèn)識數(shù)字巖心中的兩相流動具有重要意義，根據(jù)結(jié)果能夠表征流體 在數(shù)字巖心內(nèi)部的流動能力，得到限制流體流動的孔隙和喉道的直徑等。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步限定，但不限于此。
[0028] 實(shí)施例
[0029] -種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征方法，應(yīng)用于數(shù)字 巖心中水驅(qū)替油問題的流動模擬中，模擬初始狀態(tài)設(shè)定為數(shù)字巖心中飽和油相，然后水在 入口以固定壓力注入，模擬到出口見水停止，具體步驟包括：
[0030] (1)獲取數(shù)字巖心的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件及兩相流動模擬結(jié)果文件;所述幾何結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)文件包括每個(gè)像素點(diǎn)對應(yīng)的〇、1數(shù)據(jù)體，0表示當(dāng)前像素點(diǎn)為孔隙，1表示當(dāng)前像素點(diǎn)為 固體，所述兩相流動模擬結(jié)果文件是指數(shù)字巖心中每個(gè)像素點(diǎn)位置的兩相流體的飽和度； 所述兩相包括水相、油相；
[0031] (2)利用侵蝕-膨脹算法提取步驟（1)所述數(shù)字巖心的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，所述孔隙網(wǎng) 絡(luò)模型包括多個(gè)孔隙及多個(gè)喉道，每個(gè)孔隙包括多個(gè)空隙像素點(diǎn)，每個(gè)喉道包括多個(gè)喉道 像素點(diǎn)，獲取每個(gè)孔隙的半徑及體積，并獲取每個(gè)喉道的半徑及體積；
[0032] (3)求取每個(gè)孔隙的兩相流體的飽和度:求取每個(gè)孔隙包括的每個(gè)空隙像素點(diǎn)的 兩相流體的飽和度，并求和取平均值，該平均值即為該孔隙的兩相流體的飽和度;求取每個(gè) 喉道的兩相流體的飽和度:求取每個(gè)喉道包括的每個(gè)喉道像素點(diǎn)的兩相流體的飽和度，并 求和取平均值，該平均值即為該喉道的兩相流體的飽和度；
[0033] (4)利用體積平均方法，獲取每個(gè)直徑相同的孔隙的兩相流體的平均飽和度瓦，并 獲取每個(gè)直徑相同喉道的兩相流體的平均飽和度^，即數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征 結(jié)果。
[0034] 所述步驟(4)中的所述體積平均方法，具體是指：
[0035]
(I)
[0036]
(II)
[0037] 式（I)、（II)中，i表示具有相同直徑的孔隙的個(gè)數(shù)，j表示具有相同直徑的喉道的 個(gè)數(shù)，Vp1表示相同直徑的孔隙中第i個(gè)孔隙的體積，S 11表示第i個(gè)孔隙中第一相流體的飽和 度，S21表示第i個(gè)孔隙中第二相流體的飽和度;V Tj表示相同直徑的喉道中第j個(gè)喉道的體 積，Slj表示第j個(gè)喉道中第一相流體的飽和度，S 2j表示第j個(gè)喉道中第二相流體的飽和度。
[0038] 所述步驟（1)中，通過CT掃描技術(shù)或者數(shù)學(xué)隨機(jī)生成算法獲取數(shù)字巖心的幾何結(jié) 構(gòu)數(shù)據(jù)文件。
[0039] 所述步驟(1)中，通過格子玻爾茲曼方法獲取數(shù)字巖心的兩相流動模擬結(jié)果文件。
[0040] 定量表征結(jié)果為每個(gè)孔隙和喉道油相和水相的飽和度，以及每個(gè)直徑的孔隙和喉 道的油相和水相的飽和度。其中，水相飽和度大于〇對應(yīng)的最小孔隙喉道直徑，即為水相在 當(dāng)前模擬實(shí)驗(yàn)中能夠突破的孔隙喉道半徑下限;水相飽和度等于〇對應(yīng)的孔隙喉道，即為未 被水驅(qū)替到的孔隙和喉道;水相飽和度越大的孔隙和喉道的驅(qū)替效果越好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征方法，其特征在于，具 體步驟包括： (1) 獲取數(shù)字巖心的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件及兩相流動模擬結(jié)果文件;所述幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù) 文件包括每個(gè)像素點(diǎn)及該像素點(diǎn)對應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)，幾何結(jié)構(gòu)包括孔隙和固體;所述兩相流 動模擬結(jié)果文件是指數(shù)字巖心中每個(gè)像素點(diǎn)位置的兩相流體的飽和度;所述兩相包括水 相、油相； (2) 利用侵蝕-膨脹算法提取步驟（1)所述數(shù)字巖心的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，所述孔隙網(wǎng)絡(luò)模 型包括多個(gè)孔隙及多個(gè)喉道，每個(gè)孔隙包括多個(gè)空隙像素點(diǎn)，每個(gè)喉道包括多個(gè)喉道像素 點(diǎn)，獲取每個(gè)孔隙的半徑及體積，并獲取每個(gè)喉道的半徑及體積； (3) 求取每個(gè)孔隙的兩相流體的飽和度:求取每個(gè)孔隙包括的每個(gè)空隙像素點(diǎn)的兩相 流體的飽和度，并求和取平均值，該平均值即為該孔隙的兩相流體的飽和度;求取每個(gè)喉道 的兩相流體的飽和度:求取每個(gè)喉道包括的每個(gè)喉道像素點(diǎn)的兩相流體的飽和度，并求和 取平均值，該平均值即為該喉道的兩相流體的飽和度； (4) 利用體積平均方法，獲取每個(gè)直徑相同的孔隙的兩相流體的平均飽和度瓦:,并獲取 每個(gè)直徑相同的喉道的兩相流體的平均飽和度^，即數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征結(jié) 果。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表 征方法，其特征在于，所述步驟(4)中的所述體積平均方法，具體是指：(II) 式(1)、（11)中，i表示具有相同直徑的孔隙的個(gè)數(shù)，j表示具有相同直徑的喉道的個(gè)數(shù)， Vp1表示相同直徑的孔隙中第i個(gè)孔隙的體積，S11表示第i個(gè)孔隙中第一相流體的飽和度，S 21 表示第i個(gè)孔隙中第二相流體的飽和度;VTj表示相同直徑的喉道中第j個(gè)喉道的體積，Slj表 示第j個(gè)喉道中第一相流體的飽和度，S 2j表示第j個(gè)喉道中第二相流體的飽和度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表 征方法，其特征在于，所述步驟（1)中，通過CT掃描技術(shù)或者數(shù)學(xué)隨機(jī)生成算法獲取數(shù)字巖 心的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)文件。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果 定量表征方法，其特征在于，所述步驟（1)中，通過格子玻爾茲曼方法獲取數(shù)字巖心的兩相 流動模擬結(jié)果文件。5. 權(quán)利要求4所述的一種基于侵蝕-膨脹算法的數(shù)字巖心兩相流模擬結(jié)果定量表征方 法的應(yīng)用，其特征在于，包括獲得:水相侵入的孔隙半徑分布范圍，滯留油相的孔隙半徑分 布范圍，不同半徑范圍內(nèi)孔隙中油、水兩相各自的飽和度。
【文檔編號】G01N15/08GK105891083SQ201610205934
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月5日
【發(fā)明人】張磊, 劉磊, 姚軍, 孫海, 楊永飛, 趙建林, 安森友, 張琦
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)