[發明專利]一種高分辨率三維數字巖心建模方法

有效

• 申請號: 201410105012.0
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN103822865A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 孫建孟;張晉言;趙建鵬;運華云;崔利凱;董旭
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）;中石化勝利石油工程有限公司測井公司
• 主分類號: G01N15/08
• 分類號: G01N15/08;G01N23/083;G01N24/08
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 楊大興

技術領域

本發明涉及巖石物理研究領域中的一種高分辨率三維數字巖心建模方法，具體的說是一種應用X射線CT與壓汞核磁實驗相結合的技術構建高分辨率數字巖心的方法。

背景技術

數字巖心的建模方法主要有兩大類：一類是物理方法，通過實驗儀器對巖心樣品直接成像構建數字巖心，主要有序列二維薄片疊加成像方法、共焦激光掃描方法和無損X射線CT掃描成像方法；另一類是數學方法，是以高精度二維薄片圖像為基礎，通過隨機模擬或地質過程模擬重建三維數字巖心。

由于序列二維薄片疊加成像方法對樣品表面重復的切割、刨光和成像需要花費大量的時間，而共焦激光掃描方法構建的數字巖心相當于二維薄片厚度的偽三維數字巖心，因此在實際構建數字巖心過程中較少使用，實際應用中常用的構建數字巖心的物理方法是無損X射線CT掃描成像方法。

目前主要有兩種類型的X射線CT掃描系統用于構建儲層巖石的數字巖心，一種是使用工業X射線發生器產生X射線的臺式微CT掃描系統；另一種是采用同步加速器作為X射線發生器的同步加速微CT掃描系統。雖然現在先進的臺式微CT掃描系統可以獲得分辨率為5um甚至更高分辨率的數字巖心，但是文獻中高質量的數字巖心都是用同步加速微CT掃描系統獲得的。澳大利亞國立大學于2004年建立了數字巖心實驗室，應用自制的微CT掃描系統對數字巖心構建技術進行了廣泛深入的研究，構建了直徑為5cm，最大視域為55mm，分辨率小于2um的柱塞巖心的數字巖心。

采用物理方法構建數字巖心具有直接和準確的優點，但是費用較高，由于巖心的二維高分辨率薄片圖像在地質研究中經常用到，是一種造價較低的反映巖心微觀結構的巖心資料。因此提出采用數學方法重建數字巖心，目前主要有隨機方法和過程模擬方法。隨機方法主要包括高斯隨機場方法、模擬退火法、順序指示模擬方法、多點地質統計學方法和馬爾科夫鏈方法。

1974年，Joshi首次提出了重建三維數字巖心的高斯隨機場方法。1997年，Hazlett提出了重建三維數字巖心的模擬退火方法。2003年，Keehm利用順序指示模擬（SISIM）算法重建了三維數字巖心。這三種方法建立的數字巖心在孔隙度較低時連通性較差。2004年，Okabe借鑒地質建模過程中常用的地質統計學方法，開發了從巖心二維薄片圖像重建三維數字巖心的多點地質統計學方法。Wu等人基于馬爾科夫隨機網格統計模型重建了三維數字巖心。這兩種方法建立的數字巖心孔隙連通性較好。與隨機方法引入隨機函數重建數字巖心不同，1997年，和Bakke應用不同顆粒半徑的球體通過模擬巖石的沉積過程、壓實過程和成巖過程重建了數字巖心。過程模擬法建立的數字巖心孔隙連通性較好，但是一般只適用于成巖過程簡單巖石的數字巖心的重建。

從目前眾多的數字巖心建模方法來看，CT掃描法是構建數字巖心最精確的方法，最能反映真實巖心的微觀孔隙結構。但是采用不同的分辨率掃描同一塊的巖心，掃描結果顯示：隨著分辨率的提高，數字巖心的孔隙度逐漸增大。當分辨率達到1μm時，三維數字巖心的孔隙度仍小于孔隙度的實驗室測量結果，說明巖心中存在尺寸小于CT掃描分辨率的微孔隙。微孔隙的存在使數字巖心孔隙度和實驗孔隙度相比偏低，并且影響數字巖心的孔隙連通性，不利于后續數值模擬研究。由于CT掃描分辨率的限制，目前急需提出一種建立高分辨率三維數字巖心的方法，從而為儲層數字巖石物理屬性研究提供有效的媒介。

發明內容

本發明的目的是提供一種高分辨率三維數字巖心建模方法，具體是利用CT掃描和壓汞核磁實驗相結合構建高精度數字巖心的方法，用于克服致密砂巖、泥頁巖等非常規儲層孔隙尺寸較小，存在大量低于CT掃描分辨率的微孔隙，導致數字巖心孔隙度和實驗孔隙度相比偏低，并且影響數字巖心孔隙連通性等問題。

本發明的目的按如下技術方案實現：

高分辨率三維數字巖心建立的總體思路是：首先利用X射線CT對巖心進行掃描，然后從巖心壓汞資料得到巖石喉道半徑分布，從巖心核磁實驗資料得到巖心孔隙半徑分布，截取孔喉半徑小于CT掃描分辨率的部分，作為隨機網絡生成的輸入參數，選取的截止值與CT掃描分辨率有關；將CT掃描得到的數字巖心孔隙度與實驗測量孔隙度對比，計算CT掃描數字巖心丟失孔隙的大小，利用截取的孔喉半徑分布采用隨機網絡法構建孔隙網絡拓撲結構，生成網絡模型的孔隙度與CT掃描丟失的孔隙度一致；應用網格化方法將孔隙網絡模型轉化為微孔隙數字巖心并采用多尺度融合的方法將壓汞核磁方法構建的數字巖心疊加到CT掃描數字巖心上，具體步驟如下：

a.利用X射線CT對巖心進行掃描。