砂岩数字岩心的地层参数模拟与粗化方法研究

基于micro-CT成像的数字岩心技术的发展,拓展了岩石物性参数的测量和分析方法。基于三维数字岩心的物性参数模拟,可较为准确地反应岩石的物性,针对砂岩三维数字岩心图像的地层参数模拟与粗化,对研究岩心的流体分布等具有十分重要的意义。首先,基于三维数字岩心图像,采用闵可夫斯基泛函和K-means聚类法对岩心进行精细分层;其次,采用驱替模拟法,模拟岩心在不同驱替状态下湿相和非湿相的分布,针对不同的湿相分布状态,对各个小层在不同方向上的地层参数进行模拟;最后,采用数学平均法、曲线回归法和去除薄层后的曲线回归法对岩心的地层参数进行粗化并对比分析各种粗化方式结果的差异。     

基于砂岩数字岩芯图像的渗透率模拟与粗化

运用闵可夫斯基泛函,结合K-means聚类方法,对应用CT扫描获得的砂岩数字岩芯图像进行岩石类型的精细划分,将岩芯划分成为粗粒区、细粒区和过渡区,进而获得岩芯的精细分层。基于砂岩数字岩芯图像,应用岩芯驱替模拟变换法,模拟在不同驱替压力条件下岩芯中湿相与非湿相的分布状况。应用格子玻尔兹曼方法(LBM),对岩芯各个小层进行渗透率的计算模拟,并采用直接加权平均、回归各岩石类型孔-渗关系曲线以及去除薄层后回归各岩石类型孔-渗关系曲线3种方法,完成对岩芯渗透率参数的粗化,获得粗化后的渗透率参数和孔-渗关系曲线方程。     

基于Minkowski泛函和K-means聚类算法的岩石类型划分

数字岩心技术的发展和计算科学、物理学、统计学、油藏工程等多学科的交叉融合,为基于数字岩心图像的岩石类型的精细划分提供了一种新的方法。基于micro-CT物理法成像处理后获得的砂岩数字岩心图像,运用闵可夫斯基泛函作为基于数字岩心图像的岩石物性特征的综合表征参数;并结合K-means聚类算法,可以达到基于数字岩心图像的岩石类型的精细划分和获得基于精细岩石类型层次系统的目的。对于后续基于精细岩心层次系统岩心物性参数的模拟和粗化具有十分重要的意义。     

数字岩心物性数值模拟

针对岩心物性实验周期长且实验结果难以复现等缺点,利用数字岩心对储层岩石物性进行数值模拟。使用计算机断层扫描(CT)技术,获得CT序列图;并由序列图构建三维岩心图像。利用最大内切球方法建立岩心图像的孔隙网络模型,计算岩心渗透性以及岩心中孔喉参数;利用分形维数描述岩心图像的均质性。将数字岩心物性模拟结果和毛管压力曲线数据进行对比,分析了当前物性数值模拟和真实物性实验之间的差距。利用多组岩心样本进行了实验。结果表明,由于成像设备的原因,岩心图像只能表征岩石中的大尺寸孔隙特征;此外,CT图像得到的均质性和物性实验具有很好的一致性,渗透性和物性实验具有一定的出入。     

利用升尺度模拟研究低渗透油藏渗流规律

针对低渗透油藏的不同岩心样品,选取相应的二维薄片,用模拟退火算法构建三维数字岩心并提取相应的三维孔隙网络模型;以孔隙网络模型为研究平台,模拟水湿油藏条件下油水一次驱替和二次吸吮过程,获取各岩心样品的相对渗透率曲线;通过毛管力平衡法对相对渗透率曲线进行粗化,得到能够描述整个低渗透油藏的相对渗透率曲线.利用这种升尺度模拟方法可以研究低渗透油藏的渗流规律.     

数字岩心技术在致密储层微观渗流特征研究中的应用

为了直观、准确地刻画致密储集层的微观渗流特征,选取具有代表性储层样品,利用多尺度X-CT扫描成像技术建立不同级别的三维数字岩心,应用最大球算法与孔喉尺寸校正方法,提取并建立致密储层纳米级数字岩心孔隙网络模型,最后实现利用三维孔隙网络模型模拟储层物性参数、进汞曲线以及孔、喉分布曲线、两相渗流特征曲线并与室内常规实验结果进行平行对比。结果表明:利用数字岩心技术模拟得到的孔隙度、渗透率参数与实际测量结果相差较小;模拟得到的进汞曲线、孔喉分布曲线与室内压汞实验的曲线具有较高的一致性,表明提取的孔隙网络模型与真实岩心误差较小,从而可以保证数字岩心得到的两相渗流模拟结果具有较高的可信度。     

储层条件下砂岩岩心驱替实验方法研究

岩石电性数据是油田含油饱和度和储量评估的关键参数,实验方法对岩石电性数据测定的准确性具有很大影响.在储层条件(储层温度、压力)下,采用常规法和隔板法两种驱替方式,对玉门油田某区8块砂岩样品进行岩心驱替实验.实验结果表明,相对于常规法,隔板法能够使岩心达到更低的束缚水饱和度;常规驱替方法会产生末端效应,岩心内饱和度分布不均匀,隔板法可以避免末端效应;在同一饱和度状态下,隔板法测得的岩心电阻率、电阻率系数和饱和度指数n低于常规驱替方法测得的数据,不同驱替方式造成的流体分布形式的差别是导致实验结果不一致的原因.虽然隔板法能够得到较好的岩石电性数据,但是实验周期比较长.     

CO_2驱替方式对特低渗砂岩储层物理性质变化的影响

特低渗砂岩储层在注CO_2过程中岩石物理性质会发生明显变化,且不同CO_2驱替方式对储层物理性质的影响存在差异。在地层条件下(温度78℃、压力18 MPa)对物理性质相近高含水的储层岩心进行CO_2-地层水交替驱替(CO_2-WAG)和CO_2驱替实验,对比驱替前后岩心物理性质变化的异同。结果表明:CO_2驱替后的岩心渗透率降低幅度小于CO_2-WAG驱替后的岩心,孔隙度都无明显变化;驱替后岩心的部分大孔隙中发现高岭石、碎屑颗粒及盐结晶堆积和附着;CO_2-WAG驱替后岩心中大孔隙比例下降,中等孔隙比例增加,孔隙半径分布向中间集中,CO_2驱替后岩心孔隙半径分布变化范围和幅度均小于前者;驱替后岩石物理性质变化存在差异的主要原因为岩石-CO_2-地层水相互作用的程度不同、参与流动孔隙的半径范围不同和颗粒运移动力不同。     

基于格子玻尔兹曼方法的致密砂岩驱替模拟

基于数字岩心建模方法和格子玻尔兹曼方法,开展致密砂岩水驱模拟研究,分析致密砂岩水驱微观过程和机制。首先利用大庆油田龙虎泡地区高台子组致密砂岩CT扫描数据,建立三维数字岩心模型;然后利用Shan-Chen格子玻尔兹曼方法,建立油水两相驱替数值模型;之后对比分析不同注入速度和注入压力条件下驱替效率、换油率与驱替参数的关系,并给出致密砂岩三维微观孔隙尺度的驱替过程。结果表明:相同累积注入量条件下,提高水驱注入速度和驱替压差可以提高最终驱替效率;水驱注入速度和驱替压差存在驱替效率拐点;恒速水驱的平均最终驱替效率为49.6%,恒压水驱的平均最终驱替效率为47.3%。     

基于孔隙尺度的低渗透油藏CO_2驱替特征研究

基于多孔介质油气两相渗流理论,采用截断威布尔分布作为孔喉特征分布函数,模拟储层岩心的气驱油过程,建立了能够反映多孔介质孔隙尺度的油气两相三维孔隙网络模型,推导了不同CO2驱替相态下界面张力及接触角计算公式。利用建立的孔隙网络模型,研究了相态变化对驱替效率的影响,从微观角度分析了不同CO2驱替相态下的驱替特征和驱油效果。结果表明:对于孔隙度以及颗粒分布状况相同的储层结构,在注入条件相同的情况下,与非混相驱替相比,实现CO2混相驱可以将原油的驱替效率提高约15%。     

低渗透油藏动态渗吸机理实验研究及数字岩心模拟

在低渗油藏的开发过程中,渗吸作用对于产量提升起到重要作用.传统的岩心渗流实验难以从微观的角度较为清晰地描述岩石物性、孔喉分布、岩石组分构成等特征.利用数字岩心技术建立孔隙网络模型,对真实岩心孔隙结构进行渗吸模拟分析具有重要意义.对松辽盆地某区域岩心样品通过综合微计算机断层扫描技术(micro computed tomography,Micro-CT)、数字岩心分析技术,实现低渗储层数字岩心渗吸过程的模拟,与实验室岩心自发渗吸实验对照,结果表明,利用数字岩心技术模拟得到的孔隙度、渗透率参数与实验室测量结果相差较小,提取的孔隙网络模型与真实岩心误差较小,从而可以保证数字岩心得到的两相渗流模拟结果具有较高的可信度,为油藏渗吸作用的机理研究提供了新的思路,对指导实际油藏开发具有重要意义.     

利用ANSYS-FLAC3D三维仿真建模方法研究金灯寺石窟防渗技术

为解决石窟窟顶渗水、地基稳定性差等一系列地质病害,提出并分析了截水廊道和导流孔的综合防渗治理技术,对石窟群进行防渗治理。采用有限元软件ANSYS与有限差分软件Flac^3D组合建立高仿真三维地质模型,利用FLAC^3D软件的interface和fill命令实现层状仿真边坡钻孔模型。在原岩应力条件下分析不同方案应力、位移、塑形区效果,基于理论分析和数值模拟优选出最佳防渗方案。结果表明,增加导流孔的方式对岩体边坡损伤最小,且满足对大气降水导流和地下水截流的要求,岩体边坡稳定性主要受近山体外侧导流孔影响,岩体内部钻孔数目或深度的增加对岩体稳定性影响不明显,路基下方山体喷锚网支护和低压注浆结合的综合岩体加固治理技术可以提高山体边坡稳定性。研究结果为同类岩质边坡及内部结构的排水、地下水截流导流和岩质边坡加固问题提供了一种有效和经济的方法。     

过程模拟法重建三维数字岩芯的准确性评价

由于利用X 射线CT 扫描获得反映真实岩石微观结构的三维数字岩芯过于昂贵和费时,因此,正确评价利用岩芯二维薄片图像重建三维数字岩芯的准确性具有重要理论和应用价值。采用过程模拟法,依据岩芯的二维薄片图像,通过模拟真实岩石的形成过程沉积过程,压实过程和成岩作用重建了三维数字岩芯,并且应用局部孔隙度分布函数和平均渗流概率函数进行了重建三维数字岩芯的准确性评价。结果表明：过程模拟法重建的三维数字岩芯与真实岩芯具有相同的均匀性和连通性,且重建三维数字岩芯与真实数字岩芯都是各向同性的。重建的三维数字岩芯不仅可以用来表征真实岩芯的孔隙结构,而且也可以作为其他岩石物理属性模拟的基础。     

三维数字岩心建模技术综述

数字岩心技术作为一种新兴的数值模拟计算方法,通过真实的岩心样品反映岩心的内部复杂结构,从微观层面上开展对岩心孔隙结构及剩余油的其理论研究,有利于提高原油采收率,为现场生产提供技术指导。本文介绍了构建三维数字岩心的两种常用方法X射线扫描成像和基于岩心二维图像的重建算法,并分析了其优缺点和适用范围以砂岩为例,定量比较了X射线、MC算法和过程法构建的三维数字岩心。结果表明：过程法重建的三维数字岩心的孔隙连通性与真实岩心较接近,而MC算法重建的三维数字岩心孔隙连通性与真实岩心更加接近,三维数字岩心将在岩石物理数值模拟中发挥重要作用。     

地下厂房防渗排水系统渗流特性的有限元分析

在求解无压渗流场结点虚流量法的基础上,结合可精细模拟密集排水孔复杂渗流水力行为的改进排水子结构技术,对某地下厂房厂区洞室群围岩区三维渗流场进行了有限元求解分析,着重研究了防渗排水系统中的帷幕和排水幕的渗流特性.研究表明,排水幕在排水通畅的前提下具有强大的排水能力,其排水孔间距在一定范围内变化对渗流场水头分布影响不明显.因此,可适当加大排水孔间距,以减少工程投资.     

基于生成对抗网络的页岩三维数字岩芯构建

页岩油气藏孔隙结构复杂,岩芯获取困难,准确表征页岩储层孔隙结构是研究页岩储层内流体渗流规律的关键。基于真实页岩岩芯的三维聚焦离子束扫描图像,对原始生成对抗网络模型的结构重新设计,同时,为了保证重建结果可以充分反映页岩岩芯的孔隙结构信息,增大了训练样本的尺寸,以此训练生成模型,进而生成页岩三维数字岩芯,对比分析了重建数字岩芯和原始岩芯的孔隙度,并基于重建数字岩芯提取了孔隙网络模型,分析了页岩孔隙结构性质。结果显示,重建岩芯的孔隙度、孔隙空间结构、连通性以及孔隙喉道的配位关系与原始岩芯具有很高的一致性,由此验证了生成模型可以实现三维页岩数字岩芯的构建。最后,构建了多个页岩数字岩芯,计算了多个孔隙结构参数的均值及变化区间,证明了生成的数字岩芯具有稳定的孔隙空间特征,训练好的生成模型具有良好的稳定性。     

致密储层数字岩心重构及核磁共振响应模拟

基于物理过程法模拟沉积岩的沉积、压实和胶结过程,构建致密岩石的三维数字岩心。利用随机行走法模拟不同成岩过程岩石的核磁共振响应以及不同润湿性岩石孔隙中流体的核磁共振响应。模拟结果表明,岩石胶结成岩后孔隙半径减小导致核磁共振横向弛豫(T_2)分布的峰值向短弛豫方向移动,流体视扩散系数略小于自由扩散系数;致密岩石中随润湿相流体饱和度减小,润湿相T_2分布向短弛豫方向偏移,受限扩散越来越明显。     

基于岩石铸体薄片图像的数字岩心三维重构

由于岩心三维重构的CT扫描方法成本高昂,提出一个基于光学显微镜下铸体薄片图像的数字岩心三维重构方法。研究对采集的铸体薄片图像进行图像处理获得重构的训练图像模板,再应用多点地质统计学进行图像模板特征提取与数字岩心三维重构。实验采用鄂尔多斯盆地苏里格地区的若干岩心样本进行效果测试,结果表现为三维重构后的数字岩心孔径尺寸分布与真实值趋势相同,孔隙度的相对误差均在8%以内。上述研究内容表明基于岩石铸体薄片图像进行数字岩心的三维重构是有效的。