基于CT扫描的天然气水合物储层微观孔隙结构定量表征及特征分析

基于X射线CT技术对祁连山木里研究区水合物储层岩心样品进行扫描与成像,进而构建数字岩心三维模型,并将最大球算法应用于相应孔隙网络模型的提取,实现岩心孔隙结构的三维显示,应用数值模拟方法获取孔喉尺寸分布、配位数等岩心孔隙结构参数,最终实现水合物储层微观孔隙结构的定量表征。此外,对不同微观孔隙结构参数与储层物性的相关关系进行分析。结果表明:研究区水合物储层物性差、孔喉半径小;储集空间主要以粒内溶蚀孔隙、粒间溶蚀孔隙与微裂缝为主,以原生孔隙为辅;微观孔喉结构参数主要影响储层的渗透率,对孔隙度的影响相对较小。     

基于铸体薄片的致密岩心孔隙结构多重分形特征研究

基于压汞和核磁共振实验进行了致密岩心孔隙结构分类,提取了不同孔隙结构的铸体薄片并应用PSO多阈值分割算法得到孔隙-骨架二值图。结合孔隙结构的多重分形理论计算了不同孔隙结构的多重分形维数及多重分形谱,分析了多重分形维数与饱和中值压力、平均孔喉半径和核磁T2几何平均值的关系。研究表明:基于多重分维表征方法与压汞、核磁共振等实验具有一致性,不同孔隙结构岩石的多重分形特征各异,物性越差、孔隙结构越复杂,多重分形维数越大;多重分形维数与饱和中值压力成正比,与平均孔喉半径和核磁T2几何平均值成反比;D_(min)与孔隙结构类型及其他孔隙结构表征参数的相关性最强,在缺乏压汞、核磁等实验数据时,基于铸体薄片的多重分形维数为致密岩石孔隙结构的定量表征提供了有利依据。     

岩石三维网络模型构建的实验和模拟研究

岩石网络模型的构建是实现微观渗流实验和模拟研究有机结合的关键技术之一．提出了基于CT扫描图像的三维网络模型的构建方法．借助工业用微焦点CT系统,获取一系列的能够真实描述岩石的微观孔隙结构和流体分布的CT切片图像．在提取孔隙空间骨架、喉道信息以及孔隙信息的基础上建立相应的网络模型,实现CT三维图像信息向孔隙／喉道大小分布以及拓扑信息的转化．这种方法的特点在于能够在保持几何学特征和流动特征不变的情况下用简单的几何形状的孔隙和喉道来表征岩石内复杂的孔隙空间．将水驱和聚合物驱CT实验与网络模拟结果对比,所建三维网络模型计算参数与室内实验获得的孔隙度、绝对渗透率、相渗曲线和微观剩余油分布等结果吻合较好,表明该网络模型能很好地表征岩石微观的孔喉尺寸和拓扑性质．     

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.     

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。     

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.     

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。     

基于三维CT扫描图像的致密砂岩孔隙数据提取方法

致密砂岩孔隙类型、特征、表征参数的提取对油气赋存运移、矿井瓦斯突出以及井下涌水等机理的研究具有重要的理论意义和实践价值。随着对致密砂岩孔隙度研究的不断深入,二维空间扫描图像在实际数据计算中表现出一定的局限性,在有关孔隙度表征判断方面,人为干预辨别的成分较多,为降低人为干预对孔隙数据的提取,采用高级三维立体可视化图像处理软件Avizo对CT扫描法重建的岩心进行数字化可视化操作,更为直观地显示出孔隙大小、孔喉大小及连通方式,同时可得到孔隙度占比、基质骨架结构占比等数据的定量分布状态,研究成果可为相关领域的研究提供新的技术支撑。     

水驱砂岩油藏孔喉结构变化的三维网络模拟

以长期水驱实验为基础,建立了等效水驱砂岩储层孔喉结构变化的三维网络模拟模型,结合三维微粒运移机制和有限差分求解方法,得到了长期水驱砂岩油藏孔喉结构变化规律：（1） 冲刷后喉道半径呈增加趋势,喉道半径变化范围变大,极小喉道半径呈微弱减小趋势;（2） 孔隙网络模型中冲刷半径扩大的孔道分布形式与原始孔隙网络结构密切相关,并非所有的大孔道都串联起来贯穿岩芯孔隙网络的两个端面,但入口端和出口端部分大孔道相互连通,形成端面上的大孔道网络群。网络模拟注水结果结合采油井测试,可为注水剖面的调整提供更加可靠的依据。     

悬浮颗粒在孔喉中的微观运移模拟研究

悬浮颗粒多孔介质微观运移模拟正逐渐成为颗粒堵塞机理研究和地层伤害评价的一种快速而有效的研究方法,基于颗粒离散元方法建立了一种悬浮颗粒在多孔介质中运移的微观孔隙模拟方法。通过拟合宏观力学参数生成了Antler天然砂岩骨架颗粒模型,建立了骨架颗粒流体耦合孔隙网络模拟方法,通过达西线性流验证了骨架颗粒流体耦合模型的正确性。之后在分析悬浮颗粒受力基础上,建立了耦合的悬浮颗粒侵入模型,模型考虑了侵入颗粒与流体、侵入颗粒与骨架颗粒的相互作用。模拟结果表明,在发生贯穿性堵塞时粒径小的悬浮颗粒造成更大地层伤害,初始孔隙度大的岩芯的渗透率降低幅度较大,因此在防止地层伤害注水方案设计时要针对具体地层的孔隙度和渗透率情况严格控制悬浮颗粒的粒径和浓度。     

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。     

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 .     

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。     

低孔低渗储层评价中数学方法的应用研究

根据毛管压力曲线和相对渗透率的分形几何公式计算孔隙的分维数;以储层测井信息所反应的储层地质特性为基础,利用模糊识别方法,建立了该区块志留系低孔渗储层测井信息的模糊隶属函数和隶属方程;所得隶属度的大小可以用来判断储层的所属类型。在储层四性特征及其关系研究的基础上,应用BP神经网络方法建立了识别储层类型的测井分类模型,并对其预测精度进行了检验。综合这几种方法对目标区块10余口井进行分析处理,取得了很好的应用效果。研究认为孔隙结构分维数能定量表征砂岩的储集性能,并能反映砂岩孔隙结构的成因特征;不同成因的孔隙结构具有不同的分维数,因此可用分维数对砂岩孔隙结构进行分类和评价。     

基于孔隙网络模型的碳酸盐岩岩心跨尺度分析

现有微观孔隙结构研究手段多局限于在微尺度提供孔喉尺寸、孔喉比等孔隙结构参数,所得结果无法直接应用于岩心尺度及矿场尺度等宏观尺度的研究中,其研究结果与储层实际结合具有一定困难。为此,从多尺度评价角度出发,以碳酸盐岩岩心数据体为研究对象建立孔隙网络模型分析碳酸盐岩微观孔隙结构,在此基础上,根据分布函数及分形函数对其进行尺度升级,获得岩心尺度评价参数。结果表明：尺度升级后的岩心表现出明显低渗、致密特性,与孔隙网络模型分析结果相符。可见,对微观孔隙结构分析结果进行尺度升级具有一定可行性,并且升级结果对于宏观尺度的评价工作具有一定的理论意义。     

根据常规测井资料评价储层孔隙结构

准确计算储层孔隙结构参数是产能预测的关键。常规连续计算储层孔隙结构参数的方法主要是以核磁资料和毛管资料为基础的,但在没有核磁资料的情况下,这一方法受到限制。通过对实验数据进行研究分析,提出了根据常规测井资料以及毛管压力资料连续计算储层孔隙结构参数的新方法,该方法能在缺少核磁资料的情况下达到连续计算储层孔隙结构参数的目的,弥补了利用常规测井资料计算储层孔隙结构参数的不足。对L油田高孔、高渗储层实际资料处理表明,新方法得到的渗透率、孔喉半径均值、毛管压力中值与岩心分析资料吻合较好,验证了该方法的准确性与广泛适用性。     

乐安油田草13断块沙四段储集层微观特征及其与驱油效率的关系

利用岩石物性分析、薄片、铸体薄片、扫描电镜和压汞资料,对乐安油田草13断块沙四段储层及其微观结构进行了研究。结果表明,研究区沙四段储层岩性混杂、岩石疏松,属中偏低渗储层。其储层孔隙类型有原生粒间孔隙、晶间微孔隙和溶蚀孔隙,孔隙结构以中孔细喉类型为主;孔隙和喉道分布区间宽,孔喉参数变化范围大,分选和均质程度低,孔喉比偏大,孔隙结构的非均质性较强。利用相关分析法进行的定量分析结果表明,沙四段储层退汞效率与各孔隙结构参数之间存在正相关关系,其中随孔隙度、渗透率增大,退汞效率迅速增加;而随孔喉增大,退汞效率缓慢增加,喉道分选性与驱油效率虽也呈正相关,但相关性较差。总体上,研究区沙四段储层驱油效率随储集物性的变好而增加。