[发明专利]数字岩石物理模型构建方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及石油勘探开发技术领域，尤其涉及一种数字岩石物理模型构建方法及装置。

背景技术

地层岩石的沉积过程对石油的勘探及开采过程影响较大，其会影响岩石的各种物理性质，包括矿物的粒径分布，岩石的孔隙度、连通性和孔隙形状等。采用地层建模方法可以有效的模拟实际地层沉积后的三维地层模型，为石油勘探开采提供指导意见。地层建模方法按尺度可分为油藏尺度模型、地层或测井尺度模型、岩心尺度模型和孔隙尺度模型等几类。

目前用于地层建模的方法主要包括数字岩石物理成像方法和基于岩心二维资料分析的数值重建方法。其中数字岩石物理成像方法主要是基于微纳米CT扫描、聚焦离子束-电子束双束扫描(FIB-SEM)等物理成像技术，主要包括三个步骤：(1)岩石高分辨率三维成像；(2)图像处理算法区分不同类型矿物和孔隙；(3)岩石物理参数数值模拟，包括电性、弹性、核磁等响应特征。岩心二维资料分析是利用二维CT或扫描电镜图像或铸体薄片等岩心二维分析资料低成本高效率地通过算法得到岩石的三维图像，按照其使用的算法主要可分为两类，一类是随机重建方法，包括模拟退火方法、高斯随机场方法、多点地质统计方法、马尔科夫链蒙特卡洛方法、序贯指示方法及互相关模拟方法等，该类方法主要特点是统计提取二维切片的一些信息，如连通性、孔隙度、孔隙形态等，将其用于约束重建过程直到得到的三维图像与二维切片的统计信息在误差允许范围之内。第二类是模拟矿物沉积及成岩过程的过程法，主要有两种思路:一种是等人(2002)提出的纯几何思路,该方法假设沉积颗粒只要与三个已稳定对象接触即达到稳定状态,稳定状态的搜寻采取平动或转动一个单位距离,然后逐步判断.另一种是Jin等人(2003)采取的离散元建模方法,该方法考虑颗粒所受的重力,浮力及颗粒间摩擦力的作用,当沉积颗粒的总体势能达到最小或阈值时便认为达到稳定状态.

然而在目前的数字岩石物理成像方法中，物理成像技术需要破坏岩层获取成像样品，获取过程十分耗时且成本较高，难以满足实际生产的需求。而数值重建方法中，其中随机重建基于岩心某一特定信息通过算法构建其三维模型，因此该三维模型仅表现该有关该信息的形态，具有一定的局限性，无法准确完整的表征地层岩石的各种性能，也未充分考虑在颗粒沉积过程中重力以及颗粒间摩擦力对颗粒沉积形态的影响，相比随机重构方法，过程法在数值重建过程中考虑了矿物颗粒的在重力、内摩擦力、浮力等作用下的自然沉降过程，并且在初始的沉降过程完成后，能够模拟地层的压实及胶结过程，并且对连通性及渗流特性的表征的更加准确。然而，等人提出的过程法在颗粒的稳定状态位置的搜寻和计算上算法效率较低，并且其运动方向并未考虑正在沉积的矿物颗粒与已沉积矿物颗粒产生碰撞后受到新的合力作用导致运动方向的改变。Jin等人采取的离散元建模方法考虑了矿物颗粒在重力、内摩擦力及浮力等作用下发生沉积，更加接近真实情况，但是其在计算沉积矿物的总体势能时算法比较复杂，计算量大。计算效率低，针对常见的多矿物、多尺度孔隙并存的地层类型，无法有效的建立多尺度多矿物地层模型，因此也无法为实际的勘探开采提供准确指导意见。

发明内容

基于上述技术问题，本发明提供一种数字岩石物理模型构建方法及装置，能够有效提高数字岩石物理模型的真实性和有效性，为石油勘探和开采提供指导性意见。

本发明提供一种数字岩石物理模型构建方法，包括：

获取沉积区域的边界条件、沉积区域内的已沉积矿物颗粒的位置和粒径、以及待沉积矿物颗粒的初始位置和粒径。

根据沉积区域的边界条件、已沉积矿物颗粒的位置和待沉积矿物颗粒的初始位置确定待沉积矿物颗粒在沉积过程中与已沉积矿物颗粒发生至少一次的碰撞后在沉积区域内的终止位置。

根据待沉积矿物颗粒的粒径和终止位置、以及已沉积矿物颗粒的位置和粒径确定更新后的已沉积矿物颗粒的位置和粒径。

根据更新后的已沉积矿物颗粒的位置和粒径，以及沉积区域的边界条件建立沉积区域内的岩石矿物颗粒的形态模型。

本发明还提供一种数字岩石物理模型构建装置，包括：

获取模块，用于获取沉积区域的边界条件、沉积区域内的已沉积矿物颗粒的位置和粒径、以及待沉积矿物颗粒的初始位置和粒径。

第一分析模块，用于根据沉积区域的边界条件、已沉积矿物颗粒的位置和待沉积矿物颗粒的初始位置确定待沉积矿物颗粒在沉积过程中与已沉积矿物颗粒发生至少一次的碰撞后在沉积区域内的终止位置。

第二分析模块，用于根据待沉积矿物颗粒的粒径和终止位置、以及已沉积矿物颗粒的位置和粒径确定更新后的已沉积矿物颗粒的位置和粒径。