多孔介质分析系统和方法技术方案

基于计算机执行的多孔介质特征计算方法，该方法包含以下几步：第一步，获取第一个尺度上的多孔介质第一组图像；从第一组图像中提取第一组孔隙网络模型；基于第一组孔隙网络模型进行孔网渗流模拟得到多孔介质的第一组一系列性质；第二步，在第二个尺度上获取比第一个尺度更大的第二组多孔介质图像；从第二组图像中提取第二组孔隙网络模型；基于第二组孔隙网络模型和第一组孔隙网络中的一系列性质进行孔网渗流模拟得到多孔介质的第二组一系列性质。

Porous media analysis system and method

The calculation method of porous media based on the characteristics of computer implementation, method includes the following steps: the first step, get the first group first image of porous media on the scale of the first group; extraction of pore network model from the first set of images; the first group of pore network model of pore network simulation of porous media seepage properties based on a series of the first group the second step to obtain second groups; image of porous media is greater than the first scale in the second scales; extracting second groups of pore network model from the second set of images; a series of properties of the second groups and the first group of pore network model of pore network based on network flow simulation of porous medium hole second group a series of properties.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔介质分析系统和方法
技术介绍
研究多孔介质岩石的结构和岩石物理性质在水文、石油工程和环境工程中有着重要意义。
技术实现思路
孔隙网络模型可以用来预测多孔介质的岩石物理性质。孔隙网络模型可以通过微观X射线电子计算机断层扫描设备(全岩心CT，微米CT和纳米CT)、聚焦离子束扫描设备(FIB-SEM)和其他三维成像设备对岩石样品进行扫描获取，样品尺寸可以从几个毫米到几十个厘米。CT图像可以被分割空隙部分和岩石骨架部分，并通过大量由喉道(狭长的空隙部分)和相连孔隙(较大的空隙部分)组成的网络来描述。通过对几何拓扑结构等效的孔隙网络进行流动模拟来获取流体的单相流动和两相流动特征，进而得到网络的宏观性质，例如毛管压力和相对渗透率。页岩、致密砂岩和碳酸盐岩等非常规储层岩石孔隙尺寸跨度大，通过单一分辨率扫描获取的三维岩石图像无法描述从纳米尺度到溶洞尺度的跨尺度孔隙特征，通过常规方法来获取非常规岩石的流动特征非常困难。本实例描述的系统和方法包括一套多尺度工作流程，能够预测非均质和复杂岩石的单相和多相流性质。在实施例中，通过较小岩石样品(岩心柱塞或者更小的岩样)获取的数据进行尺度升级，可作为油藏建模和流动模拟的输入参数。模拟结果可以用来预测油藏的油气储量，进而指导油气勘探和开发方案的制定等。在下面详细描述的工作流程示例中，获取岩石的多尺度图像并在分析不同尺度的图像特征，通过多尺度网络流动模拟器融合分析结果。本实例基于多孔介质的X射线CT扫描获图像，提供方法、系统和计算软件来获取样品的岩石物理性质。对于小于X射线CT扫描图像分辨率的小孔隙，可通过微米CT结合更高精度的纳米CT或者扫描电镜来获取。基于三维图像可以获取多孔介质的各种岩石物理性质，例如孔隙度、绝对渗透率、地层电阻率因子、毛管力曲线、相对渗透率曲线、电阻率指数等。单一尺度的扫描图像无法获取多孔介质的多尺度孔隙特征。例如，碳酸盐岩和非常规油藏岩石(页岩、致密砂岩)孔隙尺寸差距较大，横跨好几个数量级。在实施例中，不同尺寸的岩石样品需要不同的扫描分辨率。在较小尺度上，岩石样品尺寸大约0.05-0.1mm，扫描分辨率大约10nm；在较大尺度上，全直径岩心尺寸大约几个cm，扫描分辨率大约0.1mm。可以通过不同的物理信号和工具进行扫描，如X射线或者FIB-SEM。例如，在较小尺度上，尺度升级过程的第一步，将纳米尺度图像分割为不同的部分，可分为两类，分别是纳米孔隙空间和岩石颗粒。通过提取相应的孔隙网络并进行渗流模拟可以得到纳米尺度图像的岩石物理性质。在实施例中，多孔介质的样品大小为50-100μm，分辨率为1-50nm。尺度升级过程的第二步，X射线微米CT扫描，分辨率为1μm以上，样品的尺寸可以达到几个毫米。扫描的CT图像可以被分割为三部分，分别是微米孔隙空间部分、含有上一级纳米孔隙的基质部分和固体颗粒部分。基于此，可以提取微米孔隙网络的特征，并将纳米尺度孔隙信息进行融合。在实施例中，多孔介质的样品大小为100μm-10mm，分辨率为50nm-1μm。尺度升级过程的第三步，岩心柱塞尺度的X射线CT扫描，分辨率为几微米，样品尺寸可以达到几个厘米(如标准岩样柱塞或者全直径岩心)。扫描的CT图像可以分割为三部分，分别是孔隙空间部分、含有上一级微纳米孔隙的基质部分和固体颗粒部分。提取该尺度下的孔隙网络(溶洞部分)，同时将上一级的微纳米尺度特征进行融合。在实施例中，多孔介质的样品大小为1-20cm，分辨率大约1-100μm。在接下来的升级过程中，重复以上步骤可将纳米-微米-岩心柱塞尺度性质升级到整个油藏尺度上。本实例不受岩石孔隙尺寸限制。同样地，相同的分步骤升级方法可以应用到整个地层和油藏中。虽然本实例以三个步骤的尺度升级过程作为阐述，但是多步骤的尺度升级过程不局限于此，可以是两步、四步、五步或者更多。在实施例中，提供了一种普遍使用的网络提取算法来处理多相分割图像。在实施例中，提供了一种普遍使用的网络渗流模拟方法来处理孔隙单元(孔隙、喉道)和分辨率更高的精细孔隙单元。可以预测的岩石物理性质包括：毛管力曲线、相对渗透率曲线、电阻率指数和各参数的敏感性分析曲线。可以预测任意给定接触角下的润湿性指数，包括Amott–Harvey指数和USBM润湿性指数。尺度升级的流程可以根据实际情况分为两步、三步、四步或者更多，模型的输入均为多相分割的三维图像。工作流程可用来预测驱替、吸入和后续的驱替循环过程。当前的披露信息第一次提供了毛管力占主导地位的多尺度升级工作流程，工作流程基于毛管力平衡物理定律。第一次提供了毛管力占主导地位的流动模拟器，将单相(总孔隙度、绝对渗透率和地层电阻率因子)和两相流动性质(相对渗透率、电阻率指数、Amott-Harvey润湿性指数和USBM润湿性指数)升级到岩心柱塞、全岩心、岩相、地层或者油藏尺度上。请求披露信息的优势将在下面进行详述。附图说明图1为升级流程的示意图。图2A为升级流程第一步中纳米尺度X射线CT灰度图像。图2B为升级流程第一步中分割后的纳米尺度图像和相应的孔隙网络。图2C为升级流程第一步中的升级结果。图3A为升级流程第二步中微米尺度X射线CT灰度图像。图3B为升级流程第二步中分割后的微米尺度图像和相应的孔隙网络。图3C为升级流程第二步中的升级结果。图4A为升级流程第三步中岩心柱塞尺度X射线CT灰度图像。图4B为升级流程第三步中分割后的岩心柱塞尺度图像和相应的孔隙网络。图4C为升级流程第三步中的升级结果。图5为升级方法阐述的流程图。具体实施方式以下针对上图进行详细的描述。一方面，实施例中相关的方法、系统和计算软件来决定基于X射线CT扫描图像的多孔介质岩石物理性质，岩石孔隙尺寸跨度大，有些孔隙尺寸比X射线CT图像的分辨率还小。微米CT扫描的样品尺寸可以是几个毫米，分辨率可以达到亚微米或者几个微米。虽然岩石图像和升级结果可以通过一步、两步、三步或者更多升级步骤，但是图1中展示的是三个步骤的岩石图像和流动性质升级方法。尺度升级流程第一步选取包含纳米孔隙的岩石样品部分获取纳米CT扫描图像。图2A展示了升级流程第一步中纳米尺度X射线CT灰度图像。图像可以被分割为纳米孔隙和固体颗粒两相。通过网络提取软件来提取相应的孔隙网络。图2B为升级流程第一步中分割后的纳米尺度图像和相应的孔隙网络。两相流动模拟软件用来求解基于纳米尺度孔隙网络的单相性质(例如包括绝对渗透率和地层电阻率因子)和两相流动性质(例如包括毛管力曲线、相对渗透率曲线和电阻率指数)。基本的流体/岩石性质作为网络流动模型的输入部分，例如包括各相流体的密度、粘度和电阻率，以及流体之间的表面张力(IFT)和流体-孔隙表面的接触角。两相流网络模拟的代码参见P.H.ValvatneandM.J.Blunt的论文“Predictivepore-scalemodelingoftwo-phaseflowinmixedwetmedia,"WaterResourcesResearch,40,W07406。本次披露通过完整的参考文献方式进行了引用。图2C为升级流程第一步中的升级结果，包括纳米CT图像在驱替和吸入过程的毛管力曲线和相对渗透率曲线。尺度升级流程第二步如在图1中所述，升级流程第一步中的网络流动模拟结果作为升级流程第二步的本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于计算机执行的多孔介质特征计算方法，该方法包含以下几步：第一步包括：获取第一个尺度上的多孔介质的第一组图像；从第一组图像中提取第一组孔隙网络模型；基于第一组孔隙网络模型进行孔网渗流模拟得到多孔介质的第一组一系列性质；第二步包括：在第二个尺度上获取比第一个尺度更大的第二组多孔介质图像；从第二组图像中提取第二组孔隙网络模型；基于第二组孔隙网络模型和第一组孔隙网络中的一系列性质进行孔网渗流模拟得到多孔介质的第二组一系列性质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.基于计算机执行的多孔介质特征计算方法，该方法包含以下几步：第一步包括：获取第一个尺度上的多孔介质的第一组图像；从第一组图像中提取第一组孔隙网络模型；基于第一组孔隙网络模型进行孔网渗流模拟得到多孔介质的第一组一系列性质；第二步包括：在第二个尺度上获取比第一个尺度更大的第二组多孔介质图像；从第二组图像中提取第二组孔隙网络模型；基于第二组孔隙网络模型和第一组孔隙网络中的一系列性质进行孔网渗流模拟得到多孔介质的第二组一系列性质。2.权利要求1中的方法，进一步包括：第三步：在第三个尺度上获取比第二个尺度更大的第三组多孔介质图像；从第三组图像中提取第三组孔隙网络模型；基于第三组孔隙网络模型和第二组孔隙网络中的一系列性质进行孔网渗流模拟得到多孔介质的第三组一系列性质。3.权利要求2中的方法，进一步包括：将第三组一系列性质应用到水文学、石油工程和环境工程领域中。4.权利要求2中的方法，第三组一系列性质包括多孔介质的岩石物理性质和流体流动数据，该方法可以进一步将第三组一系列性质升级到油藏建模尺度，并预测油藏的烃含量。5.权利要求2中的方法，其中：第一个尺度为纳米尺度；第二个尺度为微米尺度；第三个尺度为宏观尺度。6.权利要求5中的方法，其中：第三个尺度为柱塞尺度。7.权利要求2中的方法，第一组一系列性质至少绝对渗透率(k)，毛管压力(Pc)，相对渗透率(kr)，地层电阻率因子或者电阻率指数。8.权利要求2中的方法，第一组图像包括至少一个CT图像或者FIB-SEM图像。9.权利要求8中的方法，第一组图像为纳米CT的X射线图像。10.权利要求9中的方法，第二组图像为微米CT的X射线图像。11.权利要求10中的方法，第三组图像为宏观CT的X射线图像。12.权利要求2中的方法，第二组网络为由纳米尺度孔隙和微米尺度孔隙组成的双孔隙网络。13.权利要求2中的方法，多孔介质为多孔岩石...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯万·罗特，
申请(专利权)人：数岩科技厦门股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11