[发明专利]产生用于分析渗透性特征的多孔材料样本的三维特征模型的方法

说明书

发明领域

本发明涉及多孔材料和介质特性的研究领域。更具体地说，本发明涉及用于获得岩石样本的特征三维模型的方法，该方法可基于计算机断层扫描图像的处理进一步研究其空间物理性能。

背景技术

石油和天然气储存在地壳的多孔岩石的不同深度。一种用于研究产油地层的方法是对钻井过程中获取的岩芯-圆柱状岩石样本进行检验。岩石具有多尺度的非均匀结构。岩芯分析能够解决油田开发中的许多重要问题：石油储量评估、采收方法选择、油田开发经济性评估等。

如今，石油工程师需要面对日益复杂的油田—碳酸盐地层、页岩油等，这需要更有效的提高采收率方法。

由于复杂和多尺度孔空间结构的原因，碳酸盐岩地层评估自身具有许多困难，包括尺寸从数厘米到毫米的小数(fractions of millimeters)不等的裂缝和罅隙，以及尺寸从几十纳米到几微米不等的孔。

页岩地层具有小于1毫达西的超低渗透率以及显著的封闭孔隙度和油母质、硬有机物。这些因素使页岩在传统的实验室中很难被研究。

对采油方法的检验方法例如聚合物注水或热气沉积需要更昂贵的设备和更复杂的实验，即使是大公司对每个物体也只能进行少量实验。这对项目总体设计的质量有不利影响，降低了油采收和油田开发的盈利能力。

岩芯材料对地下资源的信息来说是非常有价值的来源。然而，岩芯样本通常随着时间推移而降解—分解或变质，这也显示了传统岩芯分析实验研究的一显著缺点。

由于上述传统方法的问题，最近数字岩石物理方法正在积极地被开发。这种复杂的技术包括几个阶段(参见图1)：

(1)利用计算机断层扫描进行多尺度岩芯分析；

(2)分割并处理断层图像；

(3)采用高性能计算技术进行数学建模；

(4)将所得的多尺度结果整合到岩芯模型中。

一些团队使用类似的岩芯分析方法(例如请见Dvorkin J.等人的题为“Method for determining permeability of rock formation using computer tomograpic images thereof”的美国专利US 8081802B2)。然而，到现在为止该技术涉及对表示岩石骨架和空隙空间的像素使用断层图像分割，而并不总是能够获得足够准确的结果。

在本申请中，提供了一种不涉及分割的岩芯分析和岩芯数字模型构建的方法。

发明内容

本发明涉及获得多孔材料样本的特征三维模型的方法，该模型用于分析样本的渗透性特征。

本发明的计算效果是无需额外的财务和人力资源提高了多孔材料样本的渗透性数值的精确性和可靠性。

上述技术效果通过应用所述方法(用于获得多孔材料样本的特征三维模型以进行渗透性特征分析)中涉及的一系列动作来实现，这些动作包括：

(1)通过计算机断层扫描获得样本材料的三维断层图像，

(2)确定该三维图像(样本体积)的以均匀材料结构为特征的区域，通过分析断层图像给每个区域赋予特定的体积密度值，

(3)给所得的三维图像的每个像素赋予特定的孔隙率值，

(4)给所得的三维图像的每个像素赋予特定的绝对渗透率值，

(5)基于所得图像的每个像素的已知的孔隙率和渗透率数值形成多孔材料样本的特征三维模型，

(6)通过计算流体力学规律计算多孔材料的整个样本或其一部分沿任何方向的绝对渗透率。

根据本发明，基于专家意见或由所得的断层图像的直方图的分析识别具有均匀材料结构的区域。在第一种情况下，材料的密度值通过实验数据获得，这提高了结果的精确性。

根据本发明，获得的图像的每个像素的材料孔隙率值通过将断层图像的每个像素的断层亮度值的数值与该像素所属的区域的平均密度值相乘而算出。

基于所得图像的每个像素的孔隙率值，通过使用描述这两个变量之间的分析相关关系的公式来确定每个不同像素的渗透率值。

此外，根据所要求保护的方法，基于样本的每个像素的空隙率和渗透率值形成所研究样本的特征三维模型。

因此，整个样本或其一部分的绝对渗透率可以被确定。为此，需使用基于流体和气体动力学规律的公式。

简要附图说明

图1示出了通过微断层扫描获得的多孔材料样本的三维亮度分布图像。

图2示出了三维图像的一个平面剖面，该图像反映了采用已知方法获得的图像分割的示例，图中孔显示为黑色而多孔物体的材料显示为白色。