一種基于ct圖像的滲透率預測方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于石油、地質科學技術領域，涉及到一種基于CT圖像的滲透率預測方法。
【背景技術】
[0002] 多孔介質流動一直是地質科學、油藏工程及地下水污染等相關領域研究的主要問 題。其中，巖石滲透率作為影響多孔介質流動最重要的因素之一，是進行巖石評價的主要物 性參數。巖石滲透率包括絕對滲透率和相對滲透率，它們直接決定了巖石的儲運能力、流體 流動規律、流體分布及流動穩定性等。除此之外滲透率也會對巖石的其它重要物理參數(如 毛細管力分布)產生影響。因此，準確預測巖石滲透率對相關領域的發展具有重要意義。
[0003] 傳統巖石滲透率主要由地震、巖芯分析、測井和試井等方法得到，但它們有以下缺 點:其一，測量結果與測量儀器精度有很大關系，不同的測量儀器和測量方法會產生較大差 異的實驗結果;其二，許多測試方法也只能針對一個樣品測量，測量過程耗時。其三，測井、 試井等大尺度測量方法雖然測量結果準確，但卻不易操作，耗時耗力，也無法評價巖石微觀 物性對滲透率的影響;其四，對于具有各向異性的巖石的滲透率測量困難。
【發明內容】
[0004] 為了解決傳統巖石滲透率測量方法的局限與不足，本發明了提出一種基于CT圖像 的滲透率預測方法，目的是為了快速準確的得到巖石的絕對滲透率值和相對滲透率值。測 量方法主要包括3個過程:CT掃描，巖石表征單元體積確定和滲流模擬。
[0005] 本發明的技術方案是:一種基于CT圖像的滲透率預測方法，包括以下步驟：
[0006] 1.CT 掃描
[0007] 利用工業X射線CT對實際巖石進行掃描，得到數字巖芯圖像并對圖像進行裁剪;將 數字巖芯圖像二值化，得到數字巖芯圖像的骨架和孔隙；
[0008] 2.確定數字巖芯圖像的表征單元體積
[0009] (1)從1 %巖芯體積開始對數字巖芯圖像隨機選取至少10個1 %巖芯體積的子體 積，計算每個子體積的孔隙度并記錄;然后以2%巖芯體積的速率逐步同步擴大每個子體積 并記錄新得到子體積的孔隙度，直到所有子體積的孔隙度相對大小大于95%為止，記錄此 時子體積的體積VI;其中，子體積的孔隙度計算公式為：
：Φ代表孔隙 度，sunw#表子體積孔隙像素點總數，sumgrain代表子體積骨架像素點總數）。
[0010] (2)從1 %巖芯體積開始對數字巖芯圖像隨機選取至少10個1 %巖芯體積的子體 積，計算每個子體積的分形維數并記錄。然后以2%巖芯體積的速率逐步同步擴大每個子體 積并記錄新得到子體積的分形維數，直到所有子體積的分形維數相對大小大于95%為止， 記錄此時子體積的體積V2。其中，子體積的分形維數可以利用計盒算法思想，使用基于3D圖 像的分形盒維數算法計算得出。
[0011 ] (3)從1 %巖芯體積開始對數字巖芯圖像隨機選取至少10個1 %巖芯體積的子體 積，計算每個子體積的滲透率張量并記錄。然后以2%巖芯體積的速率逐步同步擴大每個子 體積并記錄新得到子體積的滲透率張量，直到所有子體積的滲透率張量其矩陣對應值相對 大小都大于90%為止，記錄此時子體積的體積V3。其中，子體積的滲透率張量可以基于廣義 達西定律和質量守恒方程，利用有限元思想計算得到。
[0012] ⑷比較VI，V2，V3,其中的最大體積就是表征單元體積。
[0013] 3.滲流模擬:根據步驟(4)得到的表征單元體積從數字巖芯圖像中隨機選取表征 單元體積，利用滲透率計算模型對表征單元體積進行滲流過程數值模擬(如孔隙網絡模型， CFD模型等），得到表征單元體積的絕對滲透率和相對滲透率，此時的絕對滲透率值和相對 滲透率值便可作為實際巖石滲透率的預測值。
[0014] 本發明的有益效果是：
[0015] 1.過程簡單，很容易實現不同地質條件下巖石滲透率的多次測量。
[0016] 2.測量方法可對具有各向異性的巖石的滲透率進行準確預測。
[0017] 3.測量結果可以直接作為數值模擬的輸入參數，測量方法適用于任何氣-液-固或 液-液-固三相或多相體系的巖石滲透率預測。
[0018] 4.本發明也可推廣到巖石其它物性的預測。
【附圖說明】
[0019] 圖1是工業X射線CT掃描巖石獲取數字巖芯圖像的示意圖。
[0020] 圖2是表征單元體積獲取的流程示意圖。
[0021 ]圖中：1工業X射線CT; 2實際巖石樣品；3數字巖芯圖像;4子體積；
[0022] 5計算機;6表征單元體積。
【具體實施方式】
[0023]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的【具體實施方式】。
[0024] 實施例
[0025] CT 掃描
[0026] 利用工業X射線CT1對實際巖石樣品2進行掃描，得到數字巖芯圖像3并對圖像進行 裁剪;將數字巖芯圖像3二值化，得到數字巖芯圖像3的骨架和孔隙。
[0027]表征單元體積確定
[0028] (1)從1%巖芯體積開始對數字巖芯圖像3隨機選取至少10個子體積4,利用計算機 5計算每個子體積4的孔隙度并記錄。然后以2%巖芯體積的速率逐步同步擴大每個子體積4 并記錄新得到子體積4的孔隙度，直到所有子體積4的孔隙度相對大小大于95 %為止，記錄 此時子體積4的體積VI;其中，子體積4的孔隙度計算公式為：
：Φ代表 孔隙度，smwA表子體積孔隙像素點總數，sumgrain代表子體積骨架像素點總數）。
[0029] (2)從1%巖芯體積開始對數字巖芯圖像3隨機選取至少10個1 %巖芯體積的子體 積4,利用計算機5計算每個子體積4的分形維數并記錄。然后以2%巖芯體積的速率逐步同 步擴大每個子體積4并記錄新得到子體積4的分形維數，直到所有子體積4的分形維數相對 大小大于95%為止，記錄此時子體積4的體積V2。其中，子體積4的分形維數可以利用計盒算 法思想，使用基于3D圖像的分形盒維數算法計算得出。
[0030] (3)從1 %巖芯體積開始對數字巖芯圖像3隨機選取至少10個1 %巖芯體積的子體 積4，利用計算機5計算每個子體積4的滲透率張量并記錄。然后以2 %巖芯體積的速率逐步 同步擴大每個子體積4并記錄新得到子體積4的滲透率張量，直到所有子體積4的滲透率張 量其矩陣對應值相對大小都大于90 %為止，記錄此時子體積4的體積V3。其中，子體積4的滲 透率張量可以基于廣義達西定律和質量守恒方程，利用有限元思想計算得到。
[0031] (4)比較VI，V2，V3的大小，其中的最大體積就是表征單元體積6的大小。
[0032]滲流模擬
[0033]根據步驟(4)得到的表征單元體積6的大小從數字巖芯圖像中隨機選取表征單元 體積6,利用滲透率計算模型對表征單元體積6進行滲流過程數值模擬（如孔隙網絡模型， CFD模型等），得到表征單元體積6的絕對滲透率和相對滲透率，此時的絕對滲透率值和相對 滲透率值便可作為實際巖石樣品2滲透率的預測值。
【主權項】
1. 一種基于CT圖像的滲透率預測方法，其特征在于，步驟如下： (1) CT掃描 利用工業X射線CT對實際巖石樣品進行掃描，得到實際巖石樣品的數字巖忍圖像并對 圖像進行裁剪;將數字巖忍圖像二值化，得到數字巖忍圖像的骨架和孔隙； (2) 確定數字巖忍圖像的表征單元體積 1) 從1%巖忍體積開始對數字巖忍圖像隨機選取至少10個1%巖忍體積的子體積，計算 每個子體積的孔隙度并記錄;然后W2%巖忍體積的速率逐步同步擴大每個子體積并記錄 新得到子體積的孔隙度，直到所有子體積的孔隙度相對大小都大于95%為止，記錄此時子 體積的體積VI;其中，子體積的孔隙度計算公式為：4為孔隙度， sumpore為子體積孔隙像素點總數，sumgrain為子體積骨架像素點總數； 2) 從1%巖忍體積開始對數字巖忍圖像隨機選取至少10個1%巖忍體積的子體積，計算 每個子體積的分形維數并記錄;然后W2%巖忍體積的速率逐步同步擴大每個子體積并記 錄新得到子體積的分形維數，直到所有子體積的分形維數相對大小都大于95%為止，記錄 此時子體積的體積V2;其中，子體積的分形維數利用計盒算法，使用基于3D圖像的分形盒維 數算法得出； 3) 從1%巖忍體積開始對數字巖忍圖像隨機選取至少10個1%巖忍體積的子體積，計算 每個子體積的滲透率張量并記錄;然后W2%巖忍體積的速率逐步同步擴大每個子體積并 記錄新得到子體積的滲透率張量，直到所有子體積的滲透率張量其矩陣對應值相對大小都 大于90%為止，記錄此時子體積的體積V3;其中，子體積的滲透率張量基于廣義達西定律和 質量守恒方程，利用有限元計算得到； 4) 比較Vl，V2和V3，其中的最大體積就是表征單元體積； (3) 滲流模擬 根據步驟4)確定的表征單元體積從數字巖忍圖像中隨機選取表征單元體積，利用滲透 率計算模型對表征單元體積進行滲流過程數值模擬，得到表征單元體積的絕對滲透率和相 對滲透率，絕對滲透率值和相對滲透率值即為實際巖石滲透率的預測值。2. 根據權利要求1所述的滲透率預測方法，其特征在于，所述的滲流過程數值模擬方法 為孔隙網絡模型或CFD模型。
【專利摘要】本發明屬于石油、地質科學技術領域，提供了一種基于CT圖像的滲透率預測方法。CT掃描：利用工業X射線CT對實際巖石樣品進行掃描，得到實際巖石樣品的數字巖芯圖像并對圖像進行裁剪；將數字巖芯圖像二值化，得到數字巖芯圖像的骨架和孔隙；確定數字巖芯圖像的表征單元體積；滲流模擬：絕對滲透率值和相對滲透率值即為實際巖石滲透率的預測值。本發明的滲透率預測方法過程簡單，很容易實現不同地質條件下巖石滲透率的多次測量。測量方法可對具有各向異性的巖石的滲透率進行準確預測。測量結果可以直接作為數值模擬的輸入參數，測量方法適用于任何氣‐液‐固或液‐液‐固三相或多相體系的巖石滲透率預測。本發明也可推廣到巖石其它物性的預測。
【IPC分類】G01N15/08
【公開號】CN105510204
【申請號】CN201510880934
【發明人】宋永臣, 呂鵬飛, 劉瑜, 蔣蘭蘭, 滕瑩, 武博浩, 陸國歡, 王夢婷
【申請人】大連理工大學
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月3日