一種基于ct掃描和3d打印的復(fù)雜巖心制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于CT掃描和3D打印的復(fù)雜巖心制備方法，屬于油氣田開發(fā)工程物理實(shí)驗(yàn)的技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]在油氣田開發(fā)過程中，儲(chǔ)層的許多宏觀性質(zhì)，如滲透率、毛細(xì)管壓力、相對(duì)滲透率等，均取決于它的微觀結(jié)構(gòu)及其孔隙空間中流體的物理性質(zhì)，即微觀結(jié)構(gòu)、流體性質(zhì)是根本，宏觀性質(zhì)及現(xiàn)象是表象。因此，只從宏觀尺度上研宄巖心多孔介質(zhì)的滲流規(guī)律不夠完整，反應(yīng)宏觀現(xiàn)象的內(nèi)部微觀本質(zhì)不夠清晰。石油工程實(shí)踐應(yīng)用性很強(qiáng)，油氣資源儲(chǔ)存在幾千米深的地下，巖石孔隙內(nèi)部結(jié)構(gòu)及油氣水流體分布像一個(gè)黑箱子一樣，是神秘而不可見的。再者，由于儲(chǔ)層的非均質(zhì)性，由傳統(tǒng)的巖心處理技術(shù)所得到的地層參數(shù)不能完全反映實(shí)際情況，對(duì)油氣田開發(fā)提高采收率潛力有限，無法從根本上去解決實(shí)際油氣田開發(fā)過程中所存在的重大難題。
[0003]為了從實(shí)質(zhì)上提高油氣田開發(fā)的技術(shù)水平，因此有了數(shù)字巖心理論的提出。數(shù)字巖心是將真實(shí)的巖心中的巖石骨架和孔隙用計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字化體素表示出來，進(jìn)一步構(gòu)造出一種可以準(zhǔn)確反映巖心孔隙空間分布特征，同時(shí)又能反映流體在巖心中滲流特征的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型。以數(shù)字巖心和孔隙網(wǎng)絡(luò)模型為基礎(chǔ)，模擬流體在巖心內(nèi)部的流動(dòng)規(guī)律，克服了真實(shí)巖心實(shí)驗(yàn)周期長、加工復(fù)雜的弊端，為研宄滲流規(guī)律和提高采收率提供重要研宄-ψ-
口 ο
[0004]3D打印技術(shù)是國際上出現(xiàn)的新技術(shù)，是快速成形現(xiàn)代工業(yè)制造技術(shù)的一種，以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構(gòu)造物體的技術(shù)。自20世紀(jì)80年代后期誕生之日起，已成功應(yīng)用于珠寶、鞋類、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑、工程和施工(AEC)、汽車、航空航天、牙科和醫(yī)療產(chǎn)業(yè)、教育、地理信息系統(tǒng)、土木工程、槍支以及其他領(lǐng)域。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于CT掃描和3D打印的復(fù)雜巖心制備方法。本發(fā)明基于CT掃描和3D打印相結(jié)合的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)再現(xiàn)地下的巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征，使巖心內(nèi)部的油氣水分布實(shí)現(xiàn)可視化。本發(fā)明通過3D打印技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字巖心、網(wǎng)絡(luò)模型的可視化、真實(shí)化，使得地下巖石的孔隙結(jié)構(gòu)以實(shí)物方式再現(xiàn)。最重要的是，隨著碳酸鹽巖、頁巖油氣、致密油氣等非常規(guī)油氣田的不斷投入開發(fā)，結(jié)合CT掃描和3D打印技術(shù)，可以為特殊巖心的表征制備提供一種新的思路和方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案在于:
[0007]一種基于CT掃描和3D打印的復(fù)雜巖心制備方法，包括步驟如下:
[0008]I)利用CT機(jī)對(duì)巖心進(jìn)行掃描，得到所述巖心的三維數(shù)字圖像；
[0009]2)將步驟I)得到的所述巖心的三維數(shù)字圖像以txm格式導(dǎo)出，即為掃描數(shù)據(jù)；
[0010]3)將步驟2)的掃描數(shù)據(jù)輸入現(xiàn)有的Avizo軟件內(nèi):經(jīng)圖像定位、閾值分割、去除冗余數(shù)據(jù)、平滑處理，最后經(jīng)3D計(jì)算建立巖心三維模型，即數(shù)字巖心；再經(jīng)Avizo軟件輸出巖心三維模型的所有孔隙信息，所述孔隙信息包括巖心各個(gè)孔隙的位置坐標(biāo)及孔隙尺寸；
[0011]4)利用LKC算法對(duì)步驟3)所有孔隙信息提取巖心的三維孔隙網(wǎng)絡(luò)模型；所述LKC算法參考文獻(xiàn):趙秀才.數(shù)字巖心及孔隙網(wǎng)絡(luò)模型重構(gòu)方法研宄[D].東營:中國石油大學(xué)(華東)，2009.博士論文第4章內(nèi)容；
[0012]5)根據(jù)研宄目的對(duì)所述巖心的數(shù)字巖心和三維孔隙網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行修正，將修正后的數(shù)字巖心和三維孔隙網(wǎng)絡(luò)模型以STL格式輸出到3D打印機(jī)；所述的修正過程包括添加縫、洞等非常規(guī)油藏特征，定量添加不同傾角、不同開度的裂縫，或者添加不同大小、不同分布的溶洞等；
[0013]6)配置制備復(fù)雜巖心的基材，利用3D打印機(jī)和激光燒結(jié)技術(shù)對(duì)復(fù)雜巖心的基材堆積、燒結(jié)形成符合數(shù)字巖心和三維孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的復(fù)雜巖心。所述復(fù)雜巖心的基材包括砂、塑料等制備巖心用的粉末材料。
[0014]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在步驟6)中，通過設(shè)定3D打印機(jī)的填充密度實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜巖心的密度設(shè)置。此處設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，本發(fā)明按復(fù)雜巖心的內(nèi)部填充的百分比來設(shè)置，內(nèi)部填充形狀可以是蜂窩狀，也可以是交錯(cuò)直線，以及其它填充打印方案；并結(jié)合基材密度實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜巖心內(nèi)部特征的精細(xì)制備。
[0015]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟6)的具體方法包括:采用CO2激光器作能源，在3D打印機(jī)的工作臺(tái)上均勾鋪上一層厚度為10ym?200 μ m的巖心基材，激光束在計(jì)算機(jī)控制下按照巖心分層輪廓有選擇性地逐層進(jìn)行燒結(jié)；燒結(jié)完后去掉多余的巖心基材，再進(jìn)行打磨、烘干，即獲得負(fù)責(zé)巖心。
[0016]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述巖心的直徑為0.1-1OOcmo
[0017]根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述巖心的直徑為0.1-lOcm。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于:
[0019]本發(fā)明所述的一種基于CT掃描和3D打印的復(fù)雜巖心制備方法，在不用模具和工具的條件下能夠生成任意復(fù)雜的巖心，克服了由于地下油藏的復(fù)雜性，常規(guī)取心技術(shù)得到的巖心無法反映特殊巖石(例如:致密砂巖、碳酸鹽巖等非常規(guī)巖石)內(nèi)部的典型結(jié)構(gòu)的問題。通過CT掃描特殊巖心，可以真實(shí)地看到內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，提高了可視化效果，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正、提取，制定更為合理的巖心制備方案，在此基礎(chǔ)上運(yùn)用3D打印機(jī)，并且可以采用多種不同的基材來進(jìn)行巖心模型制備。從而大大的縮短實(shí)驗(yàn)研宄時(shí)間，與傳統(tǒng)取心方法相比，3D打印可以在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)快速打印，耗時(shí)短，且可以多次打印結(jié)構(gòu)相同的巖心，打破了時(shí)間與空間的限制。本發(fā)明為結(jié)合CT掃描和3D打印技術(shù)進(jìn)行特殊巖樣的制備，可以用來解決特殊巖心的制備需求，如含有孔、縫、洞的碳酸鹽巖模型等，具有顯著的科學(xué)價(jià)值和社會(huì)效益。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的說明，但不限于此。
[0021]實(shí)施例1、
[0022]本發(fā)明應(yīng)用三維CT重建和3D打印等數(shù)字技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜巖心構(gòu)建。CT機(jī)掃描可以對(duì)巖心進(jìn)行無損探測(cè)，能夠了解不同地質(zhì)層的巖心樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)。其中所述CT機(jī)包括:①X射線源，用來生成掃描樣品所需的X射線；②巖心樣品夾持器，用于固定和精確旋轉(zhuǎn)待掃描的巖心樣品；?x射線探測(cè)器，用于檢測(cè)經(jīng)巖心樣品吸收衰減后的X射線。上述各部件均連接計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)作為操作平臺(tái)精確控制上述部件的參數(shù)，并輸出巖心樣品的掃描數(shù)據(jù)。
[0023]一種基于CT掃描和3D打印的復(fù)雜巖心制備方法，包括步驟如下:
[0024]I)利用CT機(jī)對(duì)巖