岩石孔隙中微观流动规律的CT层析图像三维可视化研究

利用指示克里金方法对微观CT层析图像中的剩余油图像和孔隙图像进行了分割,得到了二维CT层析图像中的孔隙以及油水分布。在此基础上,利用MarchingCube算法进行了连续CT层析图像的三维重建,实现了岩石中的孔隙以及不同驱替阶段中剩余油分布的可视化。对比二维分割图像和三维重建图像,结果表明,三维重建图像能克服二维分割图像只能从平面上反映孔隙以及流体分布的局限性,因而能更加直观、真实、准确地反映驱替过程中剩余油在空间上分布的变化规律。     

基于Level set方法的微观水驱油模拟分析

通过引入Level set方法,构建两相界面运移数学表征方法,结合Navier-Stokes方程建立两相微观渗流数学模型,借助有限元方法进行求解,并利用微观玻璃刻蚀模型驱替实验验证数值模拟结果。结果表明,基于该渗流数学模型的数值模拟结果与实验结果的吻合度很高。利用Navier-Stokes方程并结合Level set方法实现了两相流体驱替的微观数值模拟,从而为研究微观两相渗流特征及驱油机理提供了一种新方法。在不等径并联喉道单元模型基础上,进行了不同驱替条件下的数值模拟计算,分析了发生孔隙尺度两相窜流的临界喉道直径比的变化特征,结果表明驱替压差及油水两相黏度比越大,越容易发生微观窜流,更易导致在较小喉道中形成微观残余油。本文研究结果为微观水驱油机理的进一步研究奠定了基础。     

采用CT技术研究岩心剩余油微观赋存状态

油层孔隙中剩余油的微观赋存状态是指导剩余油挖潜的重要依据。借助CT微观驱替实验系统,获得了水驱不同驱替时刻岩心模型的CT扫描图像,利用图像处理技术实现了岩心模型图像信息向三维数据体的转化。在此基础上提取剩余油的信息,提出了剩余油块数、平均体积、接触面积比、形状因子等指标对孔隙尺度下剩余油的微观赋存量、赋存位置及赋存形态进行定量表征。实验结果表明：随着驱替的进行,岩心模型中剩余油块数增多、平均体积减小,尺寸小于20倍平均孔隙体积的剩余油在数量上占绝对优势,该类剩余油所占的体积比例逐渐增大;剩余油逐渐从岩石表面剥落下来,水驱至残余油时刻水湿岩心中仍有约1/3的剩余油与岩石表面接触;剩余油形态由网络状向其他类型转化,驱替至残余油时刻以网络状和多孔状为主,结构相对复杂的网络状及多孔状剩余油是注水开发后期的主要挖潜对象。     

渤海某油田聚驱后微观剩余油分布规律研究

通过制作微观仿真可视化模型,并进行微观模型驱油实验,利用图像采集系统将驱替过程的图像转化为计算机的数值信号,分析出高、中、低三种渗透率储层中剩余油分布规律,并探讨聚合物驱驱替及运移的机理。实验结果表明,高渗模型水驱和聚驱结束后,剩余油均以簇状和柱状为主;中渗层模型水驱和聚驱结束后剩余油也以簇状和柱状为主,但并没有高渗层驱替的效果好,低渗层模型水驱后,剩余油以水驱未波及的连片状剩余油和簇状剩余油为主,聚驱后剩余油变化量不大。     

岩石气水两相渗流的玻璃刻蚀驱替实验与有限元数值模拟对比

岩石微观可视化两相渗流特征研究对于油气田开发具有重要意义。分别采用微观可视化玻璃刻蚀驱替实验和有限元数值模拟对岩石中微观气水两相流体的动态渗流特征进行了研究,并将数值模拟结果与微观玻璃刻蚀驱替实验结果进行了对比验证。结果表明,有限元数值模拟结果与玻璃刻蚀驱替实验结果基本一致。气水两相流驱替实验过程中存在明显的指进现象;驱替结束后,分布在大孔喉和与大孔喉相连的孔隙中的水被驱替,未被驱替的水主要分布在小孔喉、小孔喉控制的大孔隙和孔隙盲端;单相渗流达到稳态后,流动通道中心的流体流速比入口处流体流速大,孔喉半径越大,压力降低越慢。微观玻璃刻蚀驱替实验方法能较好地观测微观指进现象和气体在通过狭窄喉道时的运移跳跃现象,而有限元数值模拟方法则具有成本低、易于操作、实验可重复性高等优点。微观玻璃刻蚀驱替实验与有限元数值模拟相结合研究气水两相渗流效果更佳。     

应用CT技术研究交联聚合物驱油机理

为了进一步明确交联聚合物在岩心驱替中的运移特征,深入分析其驱油机理,用河南油田天然岩心,开展了交联聚合物驱油实验。利用计算机断层扫描（CT）技术,对交联聚合物的驱油过程进行跟踪扫描,重建了干岩心的孔隙结构,获得了在不同驱替时刻下,在岩心不同位置的交联聚合物运移特征图像。实验结果表明,CT技术可以用于研究交联聚合物溶液的运移特征,由CT扫描后经计算得出的孔隙度相对误差很小;交联聚合物在非均质性较强的岩心中仍以近活塞的形式向前运移,注入压力在上升一段时间后即保持平稳,表明交联聚合物可以有效扩大波及体积,提高微观驱油效率。     

不同化学驱油体系微观驱油机理评价方法

为了分析胜利油田应用的3种化学驱油体系的微观驱油机理,并对其非均质油藏的适用性进行评价,利用微观刻蚀模型润湿性7级控制方法和波驱贡献比分析方法,结合现场情况,借助微观模拟驱油试验,开展了不同润湿性条件、非均质性条件和不同驱替阶段的化学驱油机理研究,建立了利用波驱贡献比评价化学驱油体系微观驱油机理的方法。试验表明:聚合物和二元复合体系在非均质级差1:9模型试验中水驱后采收率提高不足10%,平均波驱贡献比小于1.5,扩大波及的能力弱,主要驱油机理无法发挥;在各组非均质渗透率级差模型试验中,新型非均相复合体系的平均波驱贡献比大于3,说明其在非均质条件下扩大波及的能力强,主要是凝胶颗粒间歇式封堵和转向式扩大波及共同作用的结果。微观运移特征和驱替方式研究及现场试验表明,聚合物驱后的非均质油藏实施非均相复合驱,可以大幅度提高驱油效率和波及系数。      

基于全直径岩心CT扫描技术的三元复合驱后微观孔隙结构特征

采用CT扫描技术对5块全直径天然岩心进行微观孔隙结构定量化研究,直观展示了不同类型砂体不同物性特征的岩石三维微观孔隙结构参数,结合驱替实验开展"双胞胎"岩样水驱、三元复合驱微观孔隙结构参数变化规律研究。结果表明:全直径岩心CT扫描是研究微观孔隙结构的有效手段,岩心扫描切片可以有效地反映砂体内部的层理及孔隙分布特征;随着孔隙度降低,岩心孔隙直径和喉道直径依次减小,孔喉比依次增大,配位数依次减小;水驱和三元复合驱对储层孔隙结构变化均具有积极影响,随驱替倍数的增加,孔喉半径、配位数与面孔率增加,孔喉比降低,后续水驱阶段的三元复合驱岩样微观孔隙结构更为复杂;相同驱替倍数条件下,聚合物驱对储层结构的改变程度明显高于水驱。     

三种可视化技术在驱油剂评价中的适应性

针对可视化技术在驱油剂评价中适用范围不明确的问题,对比了可视化微观物理驱替模型、计算机X线断层扫描(CT)和核磁共振成像(MRI)三种可视化技术的原理与功能,分析了它们在驱油剂评价中的应用范围与存在的问题。可视化微观物理驱替模型和CT适用于驱油剂驱油机理的研究,前者侧重于微观,后者侧重于宏观;CT和MRI适用于驱油剂驱油性能的评价,前者侧重于轻质油体系下剩余油饱和度的沿程分布,后者侧重于稀油体系下剩余油在不同孔径孔隙内的分布。     

聚合物驱油粘性流体渗流的分形研究

针对聚合物驱油两相渗流过程中的指进现象,建立了平面可视的渗流实验装置与实验方法和图像及数据处理方法.以驱替的波及面积为主要参数,建立了分维计算方法,并通过不同粘度的驱替液的驱油实验,确证油水两相的驱替渗流过程是分维的,同时得出了分维数是和聚合物驱替液粘度间的函数关系.由五点法井网注采模型上进行的实验现象表明,随着聚合物溶液浓度增加其粘度也增加,驱油时其前缘的推进也愈均匀.定量计算结果表明,随着聚合物溶液粘度增加,分维数也增大.如用不含聚合物的清水驱替时,分维数是1.563,当用1500mg/L的聚合物溶液驱替时,分维数是1.791;当聚合物浓度为4000mg/L时,分维数增加到1.956,且很接近于完全波及时的极限值2.0.这表明:用聚合物溶液驱油,驱替波及过的地方“破碎”程度减小,波及效果增加.这一实验和理论计算结果表明,用聚合物溶液驱油时,在扩大波及系数的同时,还可提高波及效果.从微观上讲,聚合物驱还可以降低残余油饱和度,提高洗油系数,其量和聚合物溶液粘度有关.     

岩心CT扫描图像分割计算缝洞孔隙度与测井资料处理结果对比研究

针对缝洞型储层岩心CT扫描图像特征,研究了一种图像分割方法计算岩心缝洞孔隙度,并与常规测井资料三孔隙度模型计算的缝洞孔隙度及成像测井图像分割提取的面孔隙度进行了对比。结果表明,基于CT扫描图像灰度特性的算法可以从CT扫描图像中分割出岩心上尺寸较大的缝洞孔隙。应用该方法从岩心CT扫描图像提取的缝洞孔隙度与三孔隙度模型计算的缝洞孔隙度及成像测井图像分割提取的面孔隙度存在一定的对应关系。     

基于超像素的图像智能算法在矿物颗粒分割中的应用

砂岩薄片岩石鉴定是油田勘探开发综合研究中认识储层特征、获取油气藏相关参数的重要基础工作;砂岩薄片鉴定的基础是矿物颗粒的分割,即把砂岩薄片图像中大量的矿物颗粒分割清楚。显微镜下砂岩薄片的图像场景复杂、矿物颗粒多,多前景目标是砂岩薄片图像分割的难点之一;不同矿物颗粒相似度高、边界模糊,传统的基于边缘特征的图像分割算法难以胜任。针对上述难点,本文提出一种基于超像素特征的矿物颗粒智能分割方法,综合利用正交偏光和单偏光图像特征,将图像分割成超像素的集合,计算超像素的色彩特征、边缘特征和纹理特征,进一步计算超像素的相似度,进行区域融合,实现砂岩薄片图像中的矿物颗粒分割,减少了颗粒相似、边界模糊对分割结果的影响。实验应用表明,该方法分割的矿物颗粒准确度和面积准确度均达到80%以上,明显优于传统的图像分割算法。     

Porosity estimation method by X-ray computed tomography

In X-ray computed tomography imaging, the approaches used to determine the porosity of the rock from a single computed tomography scan are based on image segmentation techniques. When these techniques are applied to the same data, different results emerge and a threshold is needed at some level of the process. Consequently, the implication is that there is an uncertainty in the porosity measurement. Because of these sensibilities, a new method, called here the grey level method, is developed avoiding the use of these techniques. Considering the computed tomography image as a surface, the volumes required in porosity estimation are obtained by means of integrating this surface with simple operations applied to the image histogram. A porosity distribution which can reflect the properties of the studied rocks is developed given the value of the estimated porosity. The method is compared to two segmentation methods and is evaluated by a conventional one. A close agreement with the conventional method is found.     

基于CT扫描的煤中孔裂隙精细表征

为了深入探究煤层气赋存和运移的机理,需要对煤中孔裂隙进行定性分析和精细定量表征。为此,以沁水盆地南部五阳矿3号煤层的原煤为研究对象,应用X射线对原煤煤心进行360°全角度步进式扫描,借助CT分析构建出其三维数字化可视模型,在此基础上,采用DTM灰度阈值分割法求出孔裂隙的灰度阈值分割点,识别煤中孔裂隙,并与扫描电镜观测到的结果进行对比;采用Avizo软件建立孔裂隙系统的球棒模型,实现了对孔裂隙的定量表征,并与压汞实验结果进行对比。研究结果表明:(1)DTM灰度阈值分割法可以准确识别煤中孔裂隙,并且与扫描电镜图像中同一裂隙的形态和发育尺度基本一致;(2)利用CT扫描可以准确识别直径19.20 mm、高度10.59 mm样品中孔径大于12.40μm的孔裂隙,展现孔裂隙在三维空间的分布情况;(3)压汞实验结果与CT扫描结果仅在以非连通孔隙为主的20~40μm孔径段存在差异,而在40μm以上孔径段二者的孔裂隙体积变化趋势则一致,其中CT扫描的分析结果更为可靠。     

两种图像分割算法在FMI成像资料中的应用

为了从地层微电阻率扫描成 像测井（FMI）图像中分割出主要反映裂缝、孔洞的子图像,介绍了两种图像分割算法,一种是基于图像间模糊散度的阈值化算法,另一种是基于过渡区的分割算法。并分别用过两种分割算法对塔里木盆地中央隆起TZ45井FMI图像进行分割。研究结果表明,这两种算法对FMI成像测井资料获得了较好的分割效果。     

基于成像测井的孔缝智能分割与识别

在碳酸盐岩储层的钻探开发过程中,确定地层中的溶孔和裂缝所处区域及种类,对判断储层漏失通道和储存空间具有重要意义。借助图像识别技术,识别成像测井图像中裂缝与溶孔是当前研究的难点,该方法要求样本数据量较大,在小样本情况下识别效果较差,因此提出了通过图像分割提高样本质量,实现小样本情况下高准确度的孔缝识别。研究主要包括图像分割与图像识别两部分,图像分割以阈值分割为主,应用K均值聚类与遗传算法对阈值分割进行了逐步优化;图像识别主要是应用深度神经网络,基于图像分割后的高质量图像识别成像测井图像中的孔缝结构。研究结果表明,图像分割前后整体识别准确度由63.3%提高到90.0%。在模型的实际应用中,该模型成功识别了样本中包含的高导缝与溶蚀孔,通过图像分割提高图像质量,可以实现小样本高准确度的孔缝结构识别。     

确定CO2最小混相压力的状态方程法

混相压力是确定油藏能否采用混相驱的重要依据,测定混相压力的最好方法是细管实验法,但室内实验法测定费时费力。基于细管实验的结果,结合“混相函数”的概念,提出了一种利用组分分割和组合的方法,即将C1^＋组分分割为几种以后,对利用修正的Redlich—kwong状态方程确定CO2最小混相压力的方法进行了研究和改进,克服了原方法中重组分临界值难以确定的缺点;同时提高了温度对计算结果的敏感性。计算结果与实验结果对比表明,确定的最小混相压力误差小于5％,充分证明该方法的有效性。     

碳酸盐岩孔隙-裂缝双重网络模型构建及分析

为了明确孔隙-裂缝型碳酸盐岩微观渗流机理,需构建能够精准表征真实孔隙-裂缝双重介质系统三维结构的数字化模型。利用碳酸盐岩样品CT扫描图像和图像分割技术,构建出反映样品结构的孔隙-裂缝双重介质数字岩心模型,并依据不同的形态特征参数,分离出样品的孔隙和裂缝空间。通过中心线提取法和最大球填充法,对碳酸盐岩裂缝空间进行了裂缝网络模型提取,结合碳酸盐岩孔隙网络模型,融合为一套孔隙-裂缝双重网络模型,该模型计算得出的孔隙度和绝对渗透率与常规物性实验所获数据较为接近。基于该方法构建的碳酸盐岩孔隙-裂缝双重网络模型能够精准表征孔隙-裂缝双重介质系统的真实三维结构,可用于后期微观渗流机理的深化研究。