基于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,可较为准确的反应岩石的物性,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%。     

多倍水驱下岩心接触角变化

疏松砂岩在水驱开发过程中,由于水长期冲刷,有的油田驱油效率比初始预测的采收率还要高,而润湿性是影响多倍水驱后油水在岩石孔喉中的微观分布和决定着极限驱油效率的关键因素。但是油层岩石的润湿性很复杂,至今没有令人满意的方法来测量油藏岩石的润湿性,实验室中主要依靠接触角法、吊板法、阿莫特法、自动吸附法等。为了研究多倍水驱条件下水驱倍数和黏土含量对润湿性的影响水平,先进行多驱替倍数水驱油实验,并对不同黏土含量的人造岩心驱替不同倍数后分别切薄片,把薄片置于白油中用上海中晨数字技术公司生产JC2000D3的视频光学接触角测量仪采用座滴法测量不同薄片的接触角,这样即可知道水驱倍数及黏土含量分别对润湿性影响的规律。实验结果表明,多倍水驱下驱替倍数和黏土含量都会影响岩心的润湿性,多倍水驱后水滴在岩心薄片上接触角变小,黏土含量增加,接触角变化幅度增大。因此,长期多倍水驱后润湿性基本上从亲油状态向亲水状态转变,这对储层中油相的运移是有利的。     

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。     

利用CT扫描技术实现对岩心微观驱替过程的研究

利用CT扫描技术对岩心内部孔隙度的空间分布测定,可识别岩心的非均质性特征。不同驱替液在微观介质中渗流分布图像的重建,直观地得到了岩心不同断面不同时刻的渗流分布特征。通过对每一驱替阶段岩心含油饱和度值的计算,得到微观剩余油在微观介质中的三维分布及含油饱和度的沿程分布信息。从而实现岩心驱替过程中渗透规律的描述及含油饱和度的可视化和定量表征。     

岩心驱动下的流体敏感性参数分析—以岐口凹陷中部联盟油田板桥组为例

基于流体识别因子敏感性的分析,有助于认识储层流体特征和分布规律。岩石物理参数实验测量是提取饱含不同流体时的岩石物理弹性参数最为直接的方法,为满足大港油田岐口地区油气勘探开发的需要,选取该区主力产能系板桥组14口井28块岩心样品进行岩石物理参数测量,利用高温高压条件模拟地层环境,通过驱替方法测出岩心样品在饱气饱水状态下的各种弹性参数,综合定性描述交会图技术和定量计算流体识别因子,得出储层流体的识别效果组合比单个流体识别因子更为显著,其中组合流体识别因子ρf对储层的气水识别最为敏感,为该区后续地震资料叠前反演该流体识别因子识别储层流体类型提供了重要的依据。     

基于砂岩三维数字岩心图像的图像处理与相划分研究

CT成像设备的发展和普及在石油工程、地球科学、地质学等领域和学科内发挥着越来越重要的作用。CT扫描成像可以在样本无损的条件下岩心等进行扫描重构获得的三维数字岩心图像,可以较为清楚的反映岩心内部结构;同时,基于CT扫描的岩心三维图像的分析,为油藏驱替原理分析和油田生产等方面有着重要的意义和作用。主要基于某砂岩岩心CT扫描后的重构灰度图,开发了一套应用于石油工程领域砂岩三维数字岩心图像的处理方法。首先,对图像处理过程中所应用的滤波和蒙版处理方法进行了简单的介绍;其次,详细介绍各图像滤波和蒙版处理方法的原理与其在三维数字岩心图像上的应用;最后在处理优化的图像之上,运用区域限定和活动收敛轮廓的方法,从而获得适用于油藏工程数值模拟分析的分相图像,将原始的数字岩心灰度图像划分成为了含孔隙、颗粒骨架和泥质三相的相划分图像。     

应用核磁T2谱与数字岩心技术计算粒度分布方法

提出一种利用核磁T2谱结合数字岩心技术计算岩石粒度分布的方法。岩石粒度分布近似符合Weibull分布,改变分布参数可得到不同粒度分布。给出初始Weibull分布后采用过程法构建数字岩心,并用随机行走法对构建的数字岩心进行核磁数值模拟,遍历分布参数区间使模拟得到T2谱与试验T2谱逼近,误差最小时获得的Weibull分布即为岩石粒度分布。最后根据实际核磁测井资料对井下岩石粒度进行连续计算,粒度计算结果与实验室粒度分析结果对比良好,验证了方法准确性。     

应用数字岩心对砂岩绝对渗透率研究

岩石渗透率作为岩石固有的物性参数,对于研究流体在岩石中的渗流过程具有重要意义;然而传统的研究方法只是在数值方面的计算,并未结合流体的实际流线。通过结合传统计算方法与数字岩心技术,使用Avizo三维重建软件对渗透率的计算结果与流线结合可视化结合处理,可清晰观察到流体流动流线及流体渗透压力分布;并得到渗透率张量的计算结果。可从流线观察得到岩石渗透率的各向异向。通过与实验室岩心所测量结果相对比,发现二者误差极小,说明重建结果可信,可用于工程实际计算。通过对数字岩心进行三维模拟,可以使研究者得到更为直观的结果,有利于进行更加客观的分析,为油藏工作者分析岩石物性参数时提供了一种新的方法。     

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。     

CO_2驱油中的渗流力学理论最终报告

该报告严格按照计划进度完成了前三年的研究任务。完成调研报告工作进一步明确了研究思路与方法。建立了模拟实际油藏矿物胶结的储层模型(可以模拟天然矿物胶结物);改进了耐腐蚀的高压CO_2驱模拟装置(耐CO_2腐蚀和高压,可模拟岩石所受的径向及轴向压力);改进了高压油水气计量—回压控制系统(实现高压条件下气体分区计量);完成高压条件下CO_2指进模拟装置的设计,拓展其可视化功能(可视化,减小实验用气量,降低了实验操作的难度);建立了CO_2长期驱替实验平台(可真实反映储层中CO_2与岩石/水/原油的缓慢反应)。以吉林油田黑47井为研究对象,完成了储层岩石的物性参数(通过实验得到储层矿物组成、表面元素、地层水组成等)、CO_2在地层水与原油中的溶解度的检测,并分析了其变化规律及特点(得到不同压力、温度下的CO_2溶解性),确定了CO_2驱替过程中储层物性参数变化规律(得到不同驱替压力和温度下岩石孔隙度、渗透率的变化)。综合评价了现有的多相多组分LBM模型,并建立了细观多相多组分LBM模型和边界条件(得到能够真实体现CO_2混相机理并消除非物理虚假速度的微观LBM模型);利用建立的多相多组分LBM模型,研究了单孔内两相流动的渗流问题,研究了微孔中液态CO_2在不同润湿性条件下对渗流的影响(得到不同粘度比、润湿性下的微观渗流特征)。进行了CO_2/H2O/岩心相互作用对岩石的表面结构、化学元素、矿物组成的实验研究,分析了在高温高压下CO_2对储层表面润湿性的影响(得到不同温度压力下,岩石表面元素组成的变化、地层水离子变化、岩石表面化学元素以及亲水性的变化);结合数值模拟,分析CO_2驱过程中反应对储层物性及开发效果的影响(得到考虑沥青质沉淀对储层物性及产能的影响)。完成了部分CO_2窜流的影响因素实验,其中包括渗透率、裂缝、压力等参数对CO_2指进气窜影响的实验(得到不同渗透率、裂缝开度及压力下,CO_2的窜流程度)。     

利用数字岩芯评价疏松砂岩气藏渗流特征

针对疏松砂岩气藏岩石物理性质的测试存在取芯难、岩芯易水化和出砂,传统的岩芯驱替实验无法准确评价其渗流特征的问题,利用数字岩芯技术对其开展了渗流特征的研究。研究中以涩北疏松砂岩气藏某井岩芯为研究对象,首先利用CT扫描仪扫描岩芯样品,获取岩芯的三维图像,抽取数字信息,将多孔介质的孔隙结构直接映射至网络,并利用分形几何原理建立数字岩芯,再从中抽提出三维孔隙网络模型;然后将模型计算结果与真实岩芯实验值进行对比和校正,获取客观有效的数字岩芯模型;最后利用该数字岩芯模型计算了不同有效应力、不同地层水伤害时间以及不同泥质含量状态下的渗流物理参数和相对渗透率,为疏松砂岩气藏的开发提供了重要的岩石物理基础数据。