基于多点地质统计学的数字岩心建模

常用的数字岩心建模方法有X射线CT扫描法、模拟退火法和过程法。X射线CT扫描法虽然能够建立准确的三维数字岩心模型,但是其价格贵、周期长;模拟退火法和过程法能够降低建模成本提高建模效率,不过模拟退火法不能有效地表征孔隙结构的长距离连通性,过程法不适用于模拟成岩作用复杂的岩石。为了解决以上问题,提出基于多点地质统计学重构数字岩心模型的方法。以密西根盆地Waverly组的Berea砂岩为例,从X射线CT扫描法构建的Berea砂岩模型中提取两个1503体素的代表体积元,令一个为训练图像,另一个为真实模型;把真实模型的两张切片作为条件数据,使用多点地质统计学法重构出三维数字岩心模型。通过以变差函数、孔隙结构参数和单相流渗流参数为评价指标,对重构模型的准确性及该方法的可行性进行研究。结果表明:重构模型与真实模型的孔喉几何形态和拓扑结构具有较高的一致性,证明了重构模型的准确性和多点地质统计学法建立数字岩心模型的可行性。     

数字岩心孔隙网络模型的构建方法

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。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、Marching Cubes(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Marching Cubes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。     

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。     

储层岩石微观结构性质的分析方法

介绍了用以分析储层岩石微观结构性质的若干函数,以模拟退火算法建立的数字岩心为基础,详细讨论了各个函数的应用方法,并用这些方法进行了实例计算。研究表明,连通孔隙体积比能够准确描述岩心中孔隙的整体连通性;孔隙尺寸分布函数可以定量表征岩心孔隙的分布;局部孔隙度分布函数不但可以对岩心中孔隙、岩石骨架的最大发育规模进行定量评价,而且能够对岩心均质性进行定性分析;测量单元标准差分布曲线可以为岩心均质性分析时测量单元边长的合理选取提供重要依据;借助局部渗流概率函数能够对岩心的连通性能及是否为各向同性作出合理的定性判断。格子Boltzmann方法计算数字岩心渗透率简便易行、结果准确,可以作为评价数字岩心可靠性的重要标准。     

储层岩石微观结构性质的分析方法

介绍了用以分析储层岩石微观结构性质的若干函数,以模拟退火算法建立的数字岩心为基础,详细讨论了各个函数的应用方法,并用这些方法进行了实例计算.研究表明,连通孔隙体积比能够准确描述岩心中孔隙的整体连通性;孔隙尺寸分布函数可以定量表征岩心孔隙的分布;局部孔隙度分布函数不但可以对岩心中孔隙、岩石骨架的最大发育规模进行定量评价,而且能够对岩心均质性进行定性分析;测量单元标准差分布曲线可以为岩心均质性分析时测量单元边长的合理选取提供重要依据;借助局部渗流概率函数能够对岩心的连通性能及是否为各向同性作出合理的定性判断.格子Boltzmann方法计算数字岩心渗透率简便易行、结果准确,可以作为评价数字岩心可靠性的重要标准.     

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。     

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。     

致密砂岩储层微观孔喉结构表征方法及其应用——以鄂尔多斯盆地红河地区长8层为例

在调研国内外致密储层表征方法的基础上,结合陆相致密砂岩特征,筛选了以场发射扫描电镜直接观察、高压压汞和恒速压汞间接测定以及微米CT三维数字岩心的表征方法,结合前人提出的孔喉大小、分选以及连通性表征内容,提出反映致密砂岩孔隙结构特点的表征参数。孔隙方面,致密砂岩储层孔隙大小呈负偏态分布,以最大孔隙直径、平均孔隙直径、孔隙直径中位数和孔隙直径众数表征孔隙大小,以孔隙直径均质系数表征孔隙分选特征;喉道方面,以主流喉道半径表征喉道大小特征,以喉道均质系数表征喉道分选特征;结合二维图像观察与三维数字岩心技术,从定性和定量两方面以孔喉组合类型和最大连通体占储集空间的比例表征孔喉连通性。并以鄂尔多斯盆地南部红河地区典型致密砂岩储层为例,利用以上表征方法、参数研究的结果表明,不同物性储层的孔隙、喉道以及孔喉连通性差异较大,一定程度反映了本文表征方法与参数的适应性。     

大尺寸石英砂环氧树脂胶结人造岩心制备

大尺寸人造岩心不仅可以模拟储层的非均质性、注采井网关系,还可以模拟油水在平面或者纵向上的运移规律及饱和度分布,近年来大尺寸人造岩心被广泛地应用在油气藏开发各类物理模拟实验中。为制作出与真实油藏物性尽可能接近的大尺寸人造岩心,从渗透率、孔隙结构、润湿性控制、黏土矿物添加等方面研究了其制作工艺,并研究了石英砂粒度中值、加压强度、胶粘剂用量、黏土矿物含量等对人造岩心渗透率和孔隙度的影响。通过介绍的制作方法实际制作了与某非均质油藏物性相似的层内、层间、平面非均质大尺寸石英砂环氧树脂胶结人造岩心,物性参数测定结果显示制作的大尺寸非均质人造岩心渗透率、孔隙结构等物性参数与实际油藏非常接近,可以代替真实油藏岩心进行部分模拟实验,为油藏物理模拟实验的发展提供了新的技术和手段。     

碳酸盐岩双孔隙数字岩心结构特征分析

基于扫描电子显微镜(SEM),分别获取用来描述碳酸盐岩大孔隙和微孔隙特征的低分辨率岩心薄片和高分辨率岩心薄片,利用马尔可夫链蒙特卡洛方法构建相应的大孔隙数字岩心和微孔隙数字岩心,并通过叠加法构建出同时描述大孔隙和微孔隙性质的碳酸盐岩双孔隙数字岩心,最后对数字岩心的孔隙结构特征进行分析评价。结果表明:马尔可夫链蒙特卡洛法能够基于真实岩心薄片快速构建出三维数字岩心;叠加法构建的碳酸盐岩双孔隙数字岩心的孔隙连通体积比明显提高,微孔隙的叠加对提高整个碳酸盐岩双孔隙数字岩心的连通性有着重要影响;碳酸盐岩双孔隙数字岩心孔隙尺寸分布大体上遵从双峰分布,能够同时描述大孔隙和微孔隙特征。     

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。     

数字岩心多分辨率存储及连通区域分析

为解决数字岩心文件因数据量大而导致存储空间狭窄和访问效率低下的问题，以及分析岩心孔隙的连通区域并管理其性质，通过四叉树和八叉树分块方法对数字岩心进行分布式多级分辨率存取，通过扫描线、三角剖分、四面体剖分和地图染色方法识别和划分连通区域，基于移动立方体算法求取连通区域边界面。结果表明：生成的多分辨率岩心数据根据浏览范围选择粒度层级，减少了数据读取量并提升了临近区域数据获取速度；分色划分连通区域展现了数字岩心的连通性质，并建立了三维模型实现对孔喉结构形态的分析。该研究结果为数字岩心的高效存取、连通性分析及孔喉结构建模提供了方法支持。     

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.     

自适应直接取样岩心三维重建算法

由于直接取样算法在重建过程中引入了多个需要手动调节的参数,使其在实际运用中具有一定的难度.针对这一问题,提出了一种自适应直接取样岩心三维重建算法.首先,使用三级网格对图像进行逐级重建;其次,使用高斯加权来提高模式匹配的准确性;然后,根据待匹配数据事件的条件数据点自适应的选择模式搜索范围,将距离最小模式的中心点赋给待模拟点;最后,使用算法与传统直接取样算法分别对多张储集层岩心图像进行三维重建.通过比较重建结果与真实结构在统计分布、孔隙结构上的差异,证明了算法的有效性.     

数字岩心建模方法应用

数字岩心建模方法是进行岩石物理数值模拟研究的重要内容,建模方法的优劣关系到模拟结果的准确性和可靠性.阐述了数字岩心技术研究的必要性,介绍了数字岩心建模方法,并对几种有代表性的方法进行了重点讨论,给出了相应的构建实例,指出数字岩心技术可以准确地描述岩石的微观孔隙结构.以数字岩心为基础,提取的孔隙网络结构可以有效地进行岩石的声、电、渗透率和核磁共振响应模拟研究,为岩石微观机理的研究奠定基础.