基于二维图像和多点统计方法的多孔介质三维重构研究

提出了一种基于多孔介质二维薄片图像和多点统计方法的多孔介质三维重构方法.将微米精度的多孔介质二维薄片图像作为初始的训练图像,利用多点统计方法重构其下层图像.将每次获得的下层图像作为新的训练图像,利用多点统计方法继续重构该训练图像的下层图像.二维重构图像的每个像素对应成三维空间的一个体素,依次叠加每层的二维重构图像得到最终的三维多孔介质图像.将该方法应用于砂岩样品的三维重构,通过与真实情况下砂岩体数据的比较发现,该方法重构的多孔介质具有与其相似的孔隙结构特征.     

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。     

基于分形理论的饱和多孔介质电导率模型建立

多孔介质具有复杂的内部孔隙结构,其固体基质的组成成分、内部孔隙的几何形状及其赋存于内部孔隙的液体成分都对多孔介质的电导率有较大影响,因此很难对其导电特性进行准确表征。多孔介质内部孔隙的不规则性表现出极强的分形特性,其分形维数在一定程度上能反映多孔介质的内部微观结构特征,且分形几何理论已经被用于多孔介质输运特性的研究中。为进一步丰富多孔介质电导率模型,促进对微观物理结构如何影响其宏观电导性的理解,本文基于分形理论,以多孔介质微结构参数（孔隙度、孔隙分形维数和曲率分形维数）为基础,建立了多孔介质的电导率模型。以现有试验数据为基础,对推导电导率模型的正确性进行验证,结果表明,两者具有较高的一致性,说明该电导率模型的正确性和有效性。     

砂岩孔隙结构分形模型及随机网络仿真

建立了砂岩多孔介质孔隙空间分布的分形模型，用改变粗视化程度方法导出了孔隙半径和喉道半径分布的分形模型及相应的概率模型，提出了用实际压汞实验验证上述模型及由压汞数据确定岩心孔喉大小分布分形维数的方法。所构造的网络仿真模型可以体现孔隙空间分布、孔隙大小分布以及配位数的不确定性，实现了将宏观参数（孔隙度，网络面积）与网络微观特征（孔隙结构）相结合。应用本模型可进行多孔介质的水动力学研究及油层物理研究。     

基于CT图像及孔隙网格的岩芯孔渗参数研究

岩石孔隙结构特征是影响储层流体(油、气、水)的储集能力和油气资源开采的主要因素。明确岩石的孔隙结构特征是充分发挥油气产能和提高油气采收率的关键。岩石微观孔隙结构模型重建基于真实岩石微观图像,可以有效再现天然岩石的复杂孔隙结构特征。基于岩芯三维CT图像与图像分割技术,采用Matlab编程求解了岩芯的孔隙度及孔径分布数据。通过编程构建了能够真实反映原始岩样孔隙形态的结构化网格模型,并基于该模型求解了岩样的渗透率数据。计算得到的孔隙度及渗透率数据均与实验结果较好吻合。     

土壤、岩样、水泥和煤的多孔介质结构特征研究进展

多孔介质结构特征是研究多孔介质流动、传热、传质和化学反应的基础。首先介绍了主要的多孔介质的结构特征及其理论实验研究方法,对比了其优缺点。其次,对目前文献获得的土壤、岩样、水泥和煤的主要结构特征参数进行了分类归纳。最后,对目前多孔介质结构的分形研究成果进行了综述,对各种分维数进行了分析和整理。可以看出,目前对多孔介质结构研究还只是针对某个学科的某种或某类多孔介质,而且集中在很少的几个结构特征参数,系统研究很少,难以从整体上把握多孔介质的共性特征和差异性规律。     

黏土束缚水对压汞毛管压力曲线的影响及校正

毛管压力曲线是研究岩石孔隙结构最主要的方法之一。依据含油气泥质砂岩体积模型和HSK方程,结合半渗透隔板法、压汞法获取的毛管压力实验数据,以及CEC法测定的阳离子交换容量实验数据,分析了黏土束缚水对压汞毛管压力曲线的影响,提出一种校正压汞毛管压力曲线的方法。研究表明,对于泥质砂岩,在溶液矿化度较低且阳离子交换容量较高时,实验测量得到的压汞毛管压力曲线与半渗透隔板毛管压力曲线差别较大,即岩样黏土束缚水相对体积越高,压汞毛管压力曲线与油藏实际情况的偏差越大;应用提出的校正方法对6块不同孔隙结构岩样的压汞毛管压力曲线进行校正,中孔渗及高孔渗岩样校正后的压汞毛管压力曲线与半渗透隔板毛管压力曲线基本一致,而低孔渗岩样则不适合用该方法进行校正。     

黏土束缚水对压汞毛管压力曲线的影响及校正

 毛管压力曲线是研究岩石孔隙结构最主要的方法之一。依据含油气泥质砂岩体积模型和HSK方程,结合半渗透隔板法、压汞法获取的毛管压力实验数据,以及CEC法测定的阳离子交换容量实验数据,分析了黏土束缚水对压汞毛管压力曲线的影响,提出一种校正压汞毛管压力曲线的方法。研究表明,对于泥质砂岩,在溶液矿化度较低且阳离子交换容量较高时,实验测量得到的压汞毛管压力曲线与半渗透隔板毛管压力曲线差别较大,即岩样黏土束缚水相对体积越高,压汞毛管压力曲线与油藏实际情况的偏差越大;应用提出的校正方法对6块不同孔隙结构岩样的压汞毛管压力曲线进行校正,中孔渗及高孔渗岩样校正后的压汞毛管压力曲线与半渗透隔板毛管压力曲线基本一致,而低孔渗岩样则不适合用该方法进行校正。     

单颗粒煤孔隙结构的扫描电镜研究及分形重构

运用扫描电子显微镜对所选三种煤样微观孔隙结构的观察研究,总结出不同煤种内部孔隙的分类及孔隙的分布情况,进一步研究不同孔隙结构对燃烧的影响。提出了一种新的重构方法,利用Matlab软件对烟煤SEM图像进行分析处理,运用分形理论总结得到孔隙结构的分形特征,然后自编程序对其二维结构进行重构,最后得到重构图像及各参数与真实图像及各参数有很好的相似度。重构结果表明,该方法与真实实验具有很好的吻合,其为研究单颗粒煤及其它多孔材料内部孔隙结构提供了一种方法。     

多孔介质微观结构的随机动力学构建方法

针对多孔介质建模的复杂性,从随机动力学的朗之万方程出发,引入概率的影响,建立构造随机多孔介质的微观生长模型.通过不同的初始固相分布,该模型可以演化出各种不同性质的多孔介质微观结构.由于考虑了颗粒之间的作用力,模型生成的多孔介质与自然界真实的多孔介质更为接近,存在连通和不连通的孔隙结构,孔道迂回曲折.通过对多孔介质微观流动的数值模拟,验证该模型的实用性、可行性.     

储层多孔介质中烃类液体非平衡吸附实验研究

油气体系在地层多孔介质中储集和渗流,与储层多孔介质形成一个相互作用的系统.由于储层岩石孔隙小、比表面大,部分流体将吸附于孔隙表面,形成吸附相,进而影响流体相态和渗流规律,尤其在低渗透多孔介质中,吸附现象更为严重.在分析研究多孔介质中液烃吸附特点的基础上,进行了真实岩心中三元烃类液体混合物的吸附实验研究.研究结果表明,对于低渗透储层,吸附的影响不能忽略.     

岩石随机孔隙结构的三维重构模型与细观渗流分析

将多孔岩石介质的孔隙视为具有毫米量级的随机细观结构,重构岩石三维随机孔隙结构模型,在细观力学的层面上研究孔隙结构对多孔岩石渗流的影响。引入微管渗流模型,利用统计学原理和FLAC3D软件研究多孔岩石介质随机孔隙结构的重构技术和细观渗流数值模拟方法。研究结果表明:多孔岩石孔隙率越大,流体由非稳定流过渡到稳定流的时间愈短,渗透系数和孔隙率具精度很高的线性关系,岩石介质透水性的孔隙率阈值nλ=4.05%,峰前多孔岩石介质的渗透系数主要受体积应力控制,且两者之间具有负指数关系。重构毫米量级的孔隙结构单元,其数值稳定性可以得到保证。     

CT孔隙岩石内部三维变形场数字实验

为研究数字体图像相关法(Digital volume correlation,DVC)测量孔隙类岩石内部三维变形场的可行性,利用X射线CT扫描获取孔隙岩石(中砂岩,红砂岩和油砂岩)的数字体图像,采用虚加变形的数字实验方法得到变形体图像,由DVC法得出测量值并进行比较分析.研究表明:孔隙类岩石内部结构可以作为散斑结构,应用DVC法计算内部变形,不同的结构特征,影响着DVC法的精度与准确度;油砂岩内部结构作为散斑结构时,具有较高的精度,其次是红砂岩,中砂岩;给出了评价三维散斑结构的指标-平均灰度梯度,平均灰度梯度值越大,相应的以该散斑结构进行DVC法计算时,所得精度与准确度也高;采用数字实验的分析孔隙岩石内部结构对DVC法计算精度的影响是一种简单易行的方法,其结果有助于实验方案的制定.     

多尺度分形多孔介质气体有效扩散系数的数学模型

基于毛细管束假设和分形理论,建立了一种计算多孔介质中气体有效扩散系数的数学模型.利用分形几何理论,引入孔隙面积分形维数、孔道迂曲度分形维数以及孔隙连通性等参数定量表征多孔介质中真实的内部结构,构建出多孔介质、多尺度孔隙结构的分形模型,系统地研究了多孔介质中不同尺度孔隙下的气体扩散过程,推导出了分形多孔介质气体有效扩散系数模型,并分析讨论了多孔介质微结构参数对气体有效扩散系数的影响.研究结果表明,气体有效扩散系数随着平面孔隙度的增大而近似呈线性增加,孔隙面积分形维数与气体有效扩散系数呈正相关,而孔道迂曲度分形维数与气体有效扩散系数呈负相关;不同孔隙度情况下,气体有效扩散系数随着孔隙最小/最大直径比的变化趋势不同,孔隙连通性越强的多孔介质,气体有效扩散系数越大.     

基于孔隙尺度网络模型的多孔介质内湍流流动

为进一步研究大孔隙率内的湍流特性对多孔介质内输运和燃烧过程的影响,提出多孔介质的一种二维孔隙网络模型.该模型由一系列圆形孔隙体和长方形喉道互相连接而成.采用标准k-ε模型模拟孔隙网络内的微观流场,利用体积平均方法将微观流场计算结果转换为宏观流场的信息,从而可确定宏观模型中修正项系数的值.计算结果与文献[3]提出的模型吻合较好.     

低渗砂岩油藏多孔介质特性

以中国石化中原油田W区块低渗砂岩油藏为例,针对目前该区块开发效果逐渐变差,气驱开采发生气窜等问题,以室内实验为基础,结合油层物理、分形理论、渗流机理,利用计算机分形分析软件Frac Lab和Frac Lac分析该区块多孔介质的岩石表面粗糙度、孔隙分布均匀程度和均质性,基于Gaussian分布、Fourier分析工具、幂律定律和最小二乘回归分析等数学基础理论计算出该区块多孔介质的分维数。结果表明：W区块低渗砂岩油藏多孔介质具有分形特征,分维数约为2.58,壁面较粗糙,孔隙内结构复杂,微小孔隙较多,不规则非均质性严重,流动阻力大,且Frac Lab和Frac Lac软件得到的分维数具有较好的一致性。研究结果为低渗砂岩油藏提高采收率、油气渗流规律和多孔介质输运性质的研究提供基础研究支撑,具有重要的现实意义。     

致密砂岩孔隙结构预测

孔隙结构对岩石弹性性质有着重要影响。因此,利用有效介质理论模型计算岩石弹性模量时必须要考虑这一因素。自洽等效介质理论通过改变模型中孔隙形状及其含量来计算岩石的弹性模量,进而得到岩石纵波速度。提出一种反向自洽模型(RSCM),利用该模型可通过岩样孔隙度和纵波速度预测岩样的等效孔隙结构及其含量。为验证其正确性,实验室测量了9块干燥砂岩样品的孔隙度和速度,并利用该方法估计了该组样品的孔隙形状参数(α)及其含量,而且利用X-CT对该组样品进行扫描成像分析其内部孔隙结构,并与预测结果进行对比分析。结果显示,预测结果和观测结果比较一致,从而证明RSCM方法的可行性。     

非固结多孔介质突破压力的逾渗模型

为了揭示流体在多孔介质内的多相流动与驱替过程的机理 ,根据逾渗理论提出了突破压力的概率模型 ,运用重整化方法求解了简单立方体孔隙拓扑结构和一定孔隙尺寸分布下的三维网络发生“突破”时的临界概率 ,以确定多孔介质的突破压力与多孔介质孔隙率、渗透率、流体物性和临界概率的函数关系。理论预测结果与窄筛分砂的突破压力实验结果相一致。研究结果还表明 ,突破压力的数值依赖于介质孔隙网络的配位数     

固相颗粒在分形多孔介质中运移的网络模拟

孔隙结构分布特征是影响固相颗粒在多孔介质中运移沉降规律的关键因素 .油藏砂岩孔隙大小分布在一定标度范围内具有统计自相似性 .采用地层砂岩压汞资料 ,通过对微分汞饱和度与孔隙半径进行对数回归来估计孔隙大小分布分维 ,并用三维多段组合式网络模型对注入颗粒在不同分维的多孔介质中运移沉降造成渗透率下降的规律进行了模拟研究 .探讨了颗粒运移沉降对地层伤害的程度和孔隙大小分布分维之间的关系 .     

多孔介质模型的三维重构方法

建立准确的多孔介质模型在微观渗流机理的研究中具有重要意义.为了更加方便准确地建立多孔介质模型,总结了多孔介质模型重构的物理实验方法和数值重构方法,通过重构方法的优缺点对比及适用性分析,优选出马尔可夫链-蒙特卡洛方法(MCMC).针对3种不同性质的多孔介质,采用MCMC方法分别对其进行了重构.结果表明,MCMC方法计算速度快,适用范围广泛,重构效果好.最后将MCMC方法扩展到三维空间,重构出三维多孔介质模型,为微观渗流机理的研究提供了一个模拟平台.