一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法技术

本发明专利技术公开一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法，包括基于分水岭算法简化修正样品数字岩心；包括结合数字岩心灰度值表征的微观尺度连续相粒子在不同区域不同运移方向的碰撞概率；包括针对不同数字岩心分辨率的连续相算子运移方向以及数字岩心镜面拓展映射方法；通过模拟在无限大镜像映射下稳定扩散系数，结合上文中真实情况下的算子运移方式来量化不同状态下的迂曲度。本发明专利技术基于数字岩心，通过对多孔介质内随机游走模拟的方法获取的迂曲度数据，相较于现有的koponen、sousa以及barrande等理想数学模型的方法，引入了运移中复杂的孔隙结构以及受力影响，新方法获取的迂曲度进行模拟计算，相较于传统方法的迂曲度，结果符合率提高了11％。结果符合率提高了11％。结果符合率提高了11％。

【技术实现步骤摘要】
一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法


[0001]本专利技术涉及气藏开发
，特别涉及非常规油气开发领域，具体是一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法。

技术介绍

[0002]作为描述渗流通道的一个重要参数，孔道迂曲度定义为渗流过程中指定运移的实际长度与渗流通道的宏观长度的比值。随着近年来对非常规油气藏的开发，油气渗流过程愈加复杂，常规的通过孔隙结构进行简单计算获取的迂曲度方法所获得的迂曲度用以解释渗流过程存在较大误差。
[0003]近年来专家及学者们趋向于使用高精度CT反演制成数字岩心以模拟复杂非常规油气藏中的运移，但对迂曲度的解释则仅仅停留在孔介质矿物的不同平均粒径量化上，忽略了真实渗流过程中粒子间作用力以及储层岩石的各向异性影响。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术旨在提供一种技术以精确的表征复杂多孔介质的迂曲度方法，使其结果上更接近于真实渗流情况。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法，其特点在于，包括以下步骤：
[0007]Step1：对岩样进行360度扫描，基于岩样多角度图像进行三维修正处理；
[0008]Step2：对处理后的岩样三维灰度数据通过图像阈值分割分离岩样孔隙与岩样骨架。对比矩阵统计孔隙与实际测试孔隙度调整阈值数据，获取表征真实岩样骨架与孔隙的数据；
[0009]Step3：结合现场实验，使用分水岭算法分割空隙相欧式距离矩阵，将复杂矩阵转化为较为简单的对应样品空间连接点集合，设定该矩阵区域为随机游走中无碰撞区域。
[0010]Step4：通过不断去除岩石空隙相边界体素，结合现场实验将对应获取对应岩样在对应扫描分辨率下单个体素的碰撞与反弹概率。
[0011]Step5：选取样品数字岩心矩阵中孔隙内任意一点，进行随机游走模拟，游走过程中记录对应步数对应游走距离，对游走过程中矩阵边界进行镜像映射。随机游走模拟坐标在接触数字岩心骨架采取不同措施限制步数或游走距离。
[0012]Step6：通过随机游走步数与距离的关系表征样品储层迂曲度。
[0013]进一步地，所述Step1具体过程为：
[0014]使用计算机遍历重构后的三维数字岩心矩阵，以灰度数据量为标准，将灰度数据划分为两个频段，对频段划分后的数据，在较难区分的部分基于对应灰度值与密度的重构算法，转化灰度值为密度数据，并代替其灰度值数据。
[0015]进一步地，所述Step2具体过程为：
[0016]Step201：通过液体饱和排液法或氦气法等岩样孔隙度实验测定方法测定样品孔隙度。
[0017]Step202：基于修正后的三维数字岩心数据，通过设定灰度或密度阈值划分骨架与孔隙，遍历划分后的二值化孔隙，对矩阵内标记为孔隙的坐标进行bwlabel算法计算其独立性，标记并计算调整阈值后不连通孔隙所占体积。对比Step201中实验所获的孔隙度φ1，调整阈值后统计孔隙度φ2以及不连通孔隙φ
u
。通过不断调整阈值使得φ1＝φ2‑
φ
u
，从而确定能够反应真实岩心孔隙与骨架结构的数据。
[0018]进一步地，所述Step3具体过程为：
[0019]对数字岩心中根据Step2过程中划分为孔隙的区域中灰度值进行高斯平滑操作，抹除极小值后调整分水岭算法中孔隙灰度阈值，根据数字岩心中灰度划分为多个相似小区间并根据其灰度值大小进行编号，编号，体素半径R以及其对应阈值Th储存在对应数字岩心对应[x，y，z]位置矩阵中。
[0020]基于波尔茨曼方程中对于连续相速度对碰撞相的影响：
[0021][0022]其中：f为无量纲外力，X
α
为对应位置，ξ
α
为无量纲粒子扩散速度
[0023]考虑多孔介质中迂曲度计算忽略外力作用，结合玻尔兹曼方程中对于速度场于碰撞相的方程，数字岩心中某一孔隙点的扩散分布概率可以等效为：
[0024][0025]考虑数字岩心中孔隙网络可以等效为长圆管，因此结合流动过程中泊肃叶方程以及Step3过程中分水岭算法分隔的独立孔隙，则岩样流动过程中各体素分布概率可以通过如下方程表示：
[0026][0027]化简，则微观尺度中岩心孔隙中单个体素在进行自由扩散流动时各方向概率为：
[0028][0029]进一步地，所述Step5具体过程为：
[0030]Step501:基于Step2步骤中获取的孔隙网络模型，在孔隙网络中随机生成一个算子，读取Step3过程中获取的数据矩阵，结合Step4过程计算该算子在下一迭代时间步长内的周边N个体素的运移概率，若数字岩心分辨率较低，即单个体素尺寸较大，限于精度限制，该模型无法精细表达孔隙结构，因此可能存在低于精度的孔隙结构，考虑周边27个体素作为运移方向；若数字岩心分辨率较高，能够表征精细孔隙结构，则取单个体素周边14或6个方向。对应体素运移概率为：
[0031][0032]当算子在随机游走过程中运移到数字岩心矩阵中骨架位置时，则算子位置保持不动，下一次迭代运移过程中忽略当前运移位置概率。
[0033]Step502：经过Step501过程获取数字岩心矩阵中获取的不同方向概率，调用编程软件中自带随机数库，使算子在数字岩心矩阵对应孔隙位置内进行带有对应方向概率的随机游走；对数字岩心矩阵进行横向以及纵向的镜像映射，用以扩充边界，对应边界镜面映射的过程为:
[0034][0035]其中：x
i+1
，y
i+1
代表映射前的算子所处矩阵内坐标；REF(x,y)代表映射后的数字岩心矩阵坐标；b为矩阵边界大小。
[0036]Step503：使用编程软件重复迭代Step501
‑
Step502过程。同时运行一次无限制空间下的运移模拟，即矩阵内全部为孔隙；根据不同需要设计并记录不同时间步长下算子所处位置。
[0037]进一步地，所述Step503过程中根据不同需要选取不同步长以获取不同算子的具体位置分过程可以解释为：若研究过程为平面二维运移，则根据迭代过程记录记录不同迭代步数下对应二维坐标下的距离r；若考虑整体迂曲度，则据迭代过程记录记录不同迭代步数下对应三维坐标下的距离r。若考虑不同运移尺度下的迂曲度，则结合对应数字岩心分辨率记录算子达到规定运移距离的对应步数。
[0038]本专利技术在保证易于实施的基础上，相比现有方法在筛选影响致密气产量的主控因素上更切合实际，对后续致密气产量预测研究有着极其深远的意义。
附图说明
[0039]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法，其特点在于，包括以下步骤：Step1：对岩样进行360度扫描，基于岩样多角度图像进行三维修正处理；Step2：对处理后的岩样三维灰度数据通过图像阈值分割分离岩样孔隙与岩样骨架，对比矩阵统计孔隙与实际测试孔隙度调整阈值数据，获取表征真实岩样骨架与孔隙的数据；Step3：结合现场实验，使用分水岭算法分割空隙相欧式距离矩阵，将复杂矩阵转化为较为简单的对应样品空间连接点集合，设定该矩阵区域为随机游走中无碰撞区域；Step4：通过不断去除岩石空隙相边界体素，结合现场实验将对应获取对应岩样在对应扫描分辨率下单个体素的碰撞与反弹概率；Step5：选取样品数字岩心矩阵中孔隙内任意一点，进行随机游走模拟，游走过程中记录对应步数对应游走距离，对游走过程中矩阵边界进行镜像映射，随机游走模拟坐标在接触数字岩心骨架采取不同措施限制步数或游走距离；Step6：通过随机游走步数与距离的关系表征样品储层迂曲度。2.一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法，其特点在于，所述Step1具体过程为：使用计算机遍历重构后的三维数字岩心矩阵，以灰度数据量为标准，将灰度数据划分为两个频段，对频段划分后的数据，在较难区分的部分基于对应灰度值与密度的重构算法，转化灰度值为密度数据，并代替其灰度值数据。3.一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法，其特点在于，所述Step2具体过程为：Step201：通过液体饱和排液法或氦气法等岩样孔隙度实验测定方法测定样品孔隙度；Step202：基于修正后的三维数字岩心数据，通过设定灰度或密度阈值划分骨架与孔隙，遍历划分后的二值化孔隙，对矩阵内标记为孔隙的坐标进行bwlabel算法计算其独立性，标记并计算调整阈值后不连通孔隙所占体积，对比Step201中实验所获的孔隙度φ1，调整阈值后统计孔隙度φ2以及不连通孔隙φ
u
，通过不断调整阈值使得φ1＝φ2‑
φ
u
，从而确定能够反应真实岩心孔隙与骨架结构的数据。4.一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法，其特点在于，所述Step3具体过程为：对数字岩心中根据Step2过程中划分为孔隙的区域中灰度值进行高斯平滑操作，抹除极小值后调整分水岭算法中孔隙灰度阈值，根据数字岩心中灰度划分为多个相似小区间并根据其灰度值大小进行编号，编号，体素半径R以及其对应阈值Th储存在对应数字岩心对应[x，y，z]位置矩阵中。5.一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法，其特点在于，所述Step4具体过程为：基于波尔茨曼方程中对于连续相速度对碰撞相的影响：其中：f为无量纲外力，X
α
为对应位置，ξ
α
为无量纲粒子扩散速度考虑多孔介质中迂曲度计算忽略外力作用，结合玻尔兹曼方程中对于速度场于碰撞相的方程，数字岩心中某一孔隙点的扩散分布概率可以等效为：
考虑数字岩心中孔隙网络可以等效...

【专利技术属性】
技术研发人员：张启辉，李海涛，王文星，王科，陆宽，马欣，高素娟，聂松，马寒松，代晶晶，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：