專利名稱：一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及油氣開發(fā)領(lǐng)域的地層裂縫分析、描述方法，特別是一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法。
背景技術(shù)：
隨著油氣勘探開發(fā)工作的逐步深入，裂縫性油藏和受裂縫影響的油氣藏在已發(fā)現(xiàn)油氣儲(chǔ)量中所占比例日益增大，探明儲(chǔ)量和產(chǎn)量所占比例也逐漸上升，儲(chǔ)層裂縫研究日益受到重視。裂縫是油氣儲(chǔ)集層的普遍特征，鉆井與開發(fā)過(guò)程中，大部分儲(chǔ)集層都受到了裂縫的影響。但由于裂縫性儲(chǔ)層普遍埋藏深，鉆井過(guò)程中安全密度窗口窄、井筒壓力波動(dòng)大，經(jīng)常面臨溢漏同存、井控風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題。基于巖心測(cè)量與重構(gòu)裂縫空間是前述問(wèn)題和進(jìn)一步開展相關(guān)工程技術(shù)研究的基礎(chǔ)。在過(guò)去幾十年里，石油工業(yè)在利用多學(xué)科判別裂縫方面積累了不少經(jīng)驗(yàn)，如:地震剖面的異常和模糊、井間壓力干擾試井、鉆井時(shí)泥漿漏失、巖心收獲率低、鉆速高和許多測(cè)井響應(yīng)等等，都與裂縫的存在有關(guān)。儲(chǔ)層裂縫的研究已經(jīng)從單純的地質(zhì)分析方法，向與數(shù)值模擬方法相結(jié)合的方向發(fā)展，目前主要通過(guò)露頭、巖心、測(cè)井、地震、試井、試油試采、鉆井、錄井等資料，借助于地質(zhì)學(xué)定性分析法、巖心室內(nèi)測(cè)定法、試井分析法、裂縫數(shù)理統(tǒng)計(jì)法和測(cè)井資料法等綜合分析，尋找裂縫的控制因素，在地質(zhì)規(guī)律上得出定性和半定量的認(rèn)識(shí)，較有效的研究方法還有下述的計(jì)算機(jī)層析技術(shù)、灰色綜合評(píng)判法、人工智能技術(shù)等。目前地層裂縫重構(gòu)方法總體來(lái)講可分為間接重構(gòu)法和直接測(cè)量重構(gòu)法。間接重構(gòu)法主要是根據(jù)已獲取的二維裂縫巖心統(tǒng)計(jì)資料在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行人工模擬來(lái)重構(gòu)裂縫空間，常用的是二維鑄體薄片研究法和掃描電鏡分析法。前者將染色樹脂注入到被洗凈和抽空的巖心裂縫內(nèi)，待樹脂凝固后，再將巖心裂縫切片放在顯微鏡下觀察，以獲取其裂縫各個(gè)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)資料。該方法適合均質(zhì)性發(fā)育的裂縫，對(duì)于非均質(zhì)性發(fā)育的裂縫，該方法使用效果較差。后者通過(guò)電鏡掃描可直接觀察二維裂縫表面形態(tài)，再結(jié)合統(tǒng)計(jì)規(guī)律及分形學(xué)實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫空間的重構(gòu)，但該方法試驗(yàn)精度不高，構(gòu)造出來(lái)的裂縫與實(shí)際裂縫空間存在一定誤差。直接測(cè)量重構(gòu)法主要是通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析直接獲取裂縫巖心的裂縫形態(tài)，該方法主要包括工業(yè)CT測(cè)試法和光電三維面形測(cè)試法。工業(yè)CT測(cè)試法通過(guò)掃描裂縫得到裂縫投影值，由圖像重建算法重建出裂縫圖像，直接獲取真實(shí)的裂縫空間結(jié)構(gòu)，測(cè)試過(guò)程節(jié)約時(shí)間，對(duì)樣品無(wú)破壞，但重建過(guò)程數(shù)學(xué)計(jì)算量大，并且由于CT測(cè)試法分辨率的影響，該方法只能反映尺寸較大的裂縫，無(wú)法獲取小尺寸的裂縫空間特征。光電三維面形測(cè)試法通過(guò)研制光電三維面形儀獲取裂縫兩表面形態(tài)的拓?fù)涮匦?，?jīng)一系列數(shù)學(xué)處理得到微凸體參數(shù)，重構(gòu)巖體裂縫空間。雖然面形測(cè)試達(dá)微米精度，在這一方法中仍然存在跨尺度問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種通過(guò)非接觸式測(cè)量系統(tǒng)結(jié)合計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等一系列手段最終實(shí)現(xiàn)地層裂縫空間重構(gòu)的基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法。本發(fā)明的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，它包括以下步驟:S1、選取實(shí)驗(yàn)地層圓柱體裂縫巖心；S2、使用非接觸式測(cè)量系統(tǒng)對(duì)裂縫巖樣進(jìn)行掃描及處理，將選取的裂縫巖心的兩塊剖面先后放在相同的參考平面上進(jìn)行測(cè)量，得到裂縫表面整體形態(tài)曲面圖；S3、采用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向工程軟件進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)處理，獲得掃描裂縫表面整體形態(tài)數(shù)據(jù)；S4、導(dǎo)出步驟S3中測(cè)量?jī)x器掃描完成后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行去除噪點(diǎn)處理，并生成點(diǎn)云文件；S5、將點(diǎn)云文件使用MATLAB中的以下函數(shù)生成裂縫空間網(wǎng)格圖:[XI, YI]= meshgrid (x, y);ZI = griddata (x, y, z, XI, YI);mesh (XI，YI，ZI)；

S6、在步驟S5的基礎(chǔ)上，應(yīng)用MATLAB中的contour ()函數(shù)繪制等高線并標(biāo)注高程，得到數(shù)字化處理后粗糙裂縫剖面的等高線圖；S7、將上述步驟中獲得的巖心剖面微凸體高度的圖像數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入MATLAB，將高度數(shù)據(jù)數(shù)值化，巖心部分設(shè)置為1，其余部分設(shè)置為0，處理生成測(cè)試巖石裂縫面微凸體空間高度圖；S8、根據(jù)裂縫合成表面生成原理對(duì)上述步驟中獲取的裂縫的一對(duì)粗糙表面上微凸體的圖形參數(shù)信息作必要的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，在MATLAB中重構(gòu)裂縫空間模型。所述的步驟S2中，巖石裂縫掃描定位的具體操作為:將選取的圓柱體裂縫樣品兩塊剖面先后放在相同的參考平面上進(jìn)行測(cè)量，移動(dòng)激光頭調(diào)節(jié)光束與被測(cè)裂縫表面的距離保持在45 55mm，并為裂縫兩粗糙表面做明顯細(xì)致標(biāo)記，將被測(cè)裂縫表面放置于測(cè)量?jī)x的被測(cè)物體處，利用digitrek軟件按順時(shí)針的順序選擇裂縫表面的掃描區(qū)域，掃描精度在100微米 10微米范圍內(nèi)，依次按照定基準(zhǔn)點(diǎn)、選擇虛擬平面、調(diào)節(jié)精度、掃描范圍、模式、高度計(jì)算這樣的操作步驟進(jìn)行測(cè)量，獲取X，y方向裂縫面上的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。所述的步驟S4還包括:將點(diǎn)云文件用TXT格式打開，掃描數(shù)據(jù)為離散點(diǎn)形式，以(X，Y，Z)格式存入。所述的步驟S6中應(yīng)用MATLAB中的contour ()函數(shù)的格式為:[C, h]=contour (XI, YI, ZI)，從而獲取裂縫面上微凸體的高度分布、每個(gè)微凸體的坐標(biāo)值。在MATLAB中使用textread函數(shù)讀取txt文件，即[x, y, z]=textread (filename, format);其中 filename 為文件名，format 為文件格式。在步驟S5中，通過(guò)改變步長(zhǎng)的大小，調(diào)節(jié)網(wǎng)格圖的精度。所述的步驟S8中，裂縫合成表面生成原理是:假設(shè)粗糙裂縫面相對(duì)各自的基準(zhǔn)面的高度值分別為Ii1 = Z1 (X, y), h2 = z2 (x, y),那么合成表面的高度值為:h == Z1 (x, y) +Z2 (x, y)。所述的裂縫的寬度h (X，y)，可由下式計(jì)算:hmax = max (x, y) +h2 (x, y)},
h (x, y) = hmax_h (x, y)，x, y分別為測(cè)試測(cè)試微凸體的橫向，縱向坐標(biāo)值；根據(jù)合成表面高度計(jì)算原理，采用非接觸式測(cè)量?jī)x器，得到巖心裂縫兩粗糙面高度各微凸體高度參數(shù): hi = h0+d0 (x, y) -Z1 (x, y)+ Δ X1,h2 = h0-d0 (x, y) -Z2 (x, y) + Δ x2,h1； h2分別為測(cè)量所獲得的兩裂縫微凸體高度，h0為測(cè)量裂縫放置點(diǎn)的高度面，d0(X，y)為裂縫面上各微凸體相對(duì)與1 面的高度，Z1 (X, y)與Z2 (X, y)之和反映的是巖心裂縫寬度，Λ Χι，Λ X2在測(cè)量裂縫面高度數(shù)據(jù)時(shí)的高度放置誤差。兩式相加:h = 2h0~z1 (x, y) -Z2 (x, y) + Δ X1+ Δ X2,只要消除掉(AXl+AX2)就可以計(jì)算出各點(diǎn)巖心裂縫的內(nèi)部寬度；為了降低與消除擺放過(guò)程中人為的角度和橫向放置誤差，相當(dāng)于讓兩塊巖芯剖面放在相同的方位角和橫向位置進(jìn)行測(cè)量，對(duì)裂縫面高度數(shù)據(jù)在MATLAB中進(jìn)行微調(diào)處理，所述的微調(diào)處理包括三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)以及兩個(gè)方向的橫向移動(dòng)，然后作相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)系數(shù)表達(dá)式:
權(quán)利要求
1.一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，其特征在于:它包括以下步驟: 51、選取實(shí)驗(yàn)地層圓柱體裂縫巖心； 52、使用非接觸式測(cè)量系統(tǒng)對(duì)裂縫巖樣進(jìn)行掃描及處理，將選取的裂縫巖心的兩塊剖面先后放在相同的參考平面上進(jìn)行測(cè)量，得到裂縫表面整體形態(tài)曲面圖； 53、采用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向工程軟件進(jìn)行點(diǎn)數(shù)據(jù)處理，獲得掃描裂縫表面整體形態(tài)數(shù)據(jù)； 54、導(dǎo)出步驟S3中測(cè)量?jī)x器掃描完成后的數(shù)據(jù)，進(jìn)行去除噪點(diǎn)處理，并生成點(diǎn)云文件； 55、將點(diǎn)云文件使用MATLAB中的以下函數(shù)生成裂縫空間網(wǎng)格圖:[XI, YI]= meshgrid (x, y); ZI = griddata (x, y, z, XI, YI);mesh(XI，YI, ZI)； 56、在步驟S5的基礎(chǔ)上，應(yīng)用MATLAB中的contour()函數(shù)繪制等高線并標(biāo)注高程，得到數(shù)字化處理后粗糙裂縫剖面的等高線圖； 57、將上述步驟中獲得的巖心剖面微凸體高度的圖像數(shù)據(jù)信息導(dǎo)入MATLAB，將高度數(shù)據(jù)數(shù)值化，巖心部分設(shè)置為1，其余部分設(shè)置為0，處理生成測(cè)試巖石裂縫面微凸體空間高度圖； 58、根據(jù)裂縫合成表面生成原理對(duì)上述步驟中獲取的裂縫的一對(duì)粗糙表面上微凸體的圖形參數(shù)信息作必要的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，在MATLAB中重構(gòu)裂縫空間模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，其特征在于:所述的步驟S2中，巖石裂縫掃描定位的具體操作為:將選取的圓柱體裂縫樣品兩塊剖面先后放在相同的參考平面上進(jìn)行測(cè)量，移動(dòng)激光頭調(diào)節(jié)光束與被測(cè)裂縫表面的距離保持在45 55mm，并為裂縫兩粗糙表面做明顯細(xì)致標(biāo)記，將被測(cè)裂縫表面放置于測(cè)量?jī)x的被測(cè)物體處，利用digitrek軟件按順時(shí)針的順序選擇裂縫表面的掃描區(qū)域，掃描精度在100微米 10微米范圍內(nèi)，依次按照定基準(zhǔn)點(diǎn)、選擇虛擬平面、調(diào)節(jié)精度、掃描范圍、模式、高度計(jì)算這樣的操作步驟進(jìn)行測(cè)量，獲取X，y方向裂縫面上的所有數(shù)據(jù)點(diǎn)，得到點(diǎn)云數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，其特征在于:所述的步驟S4還包括:將點(diǎn)云文件用TXT格式打開，掃描數(shù)據(jù)為離散點(diǎn)形式，以(X，Y，Z)格式存入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，其特征在于:所述的步驟S6中應(yīng)用MATLAB中的contour ()函數(shù)的格式為:[C, h] = contour (XI, YI,ZI)，從而獲取裂縫面上微凸體的高度分布、每個(gè)微凸體的坐標(biāo)值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，其特征在于:在MATLAB 中使用 textread 函數(shù)讀取 txt 文件，即[x, y, z] = textread(filename, format);其中filename為文件名，format為文件格式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，其特征在于:在步驟S5中，通過(guò)改變步長(zhǎng)的大小，調(diào)節(jié)網(wǎng)格圖的精度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，其特征在于:所述的步驟S8中，裂縫合成表面生成原理是:假設(shè)粗糙裂縫面相對(duì)各自的基準(zhǔn)面的高度值分別為Ii1 = Z1 (X, y), h2 = z2 (X, y),那么合成表面的高度值為:h hi+hg Zi (x，y) +Z2 Cx y)ο
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，其特征在于:所述的裂縫的寬度h (1，7)，可由下式計(jì)算: hmax = max {hi (x, y) +h2 (x, y)}, h (x, y) = hmax-h (x, y), x，y分別為測(cè)試測(cè)試微凸體的橫向，縱向坐標(biāo)值； 根據(jù)合成表面高度計(jì)算原理，采用非接觸式測(cè)量?jī)x器，得到巖心裂縫兩粗糙面高度各微凸體高度參數(shù): hi = h0+d0 (x, y) -Z1 (x, y)+ Δ X1, h2 = h0-d0 (x, y) -Z2 (x, y)+ Δ x2, h1； h2分別為測(cè)量所獲得的兩裂縫微凸體高度，h0為測(cè)量裂縫放置點(diǎn)的高度面，d0 (X，y)為裂縫面上各微凸體相對(duì)與1 面的高度，Zi (又,y)與z2 (X, y)之和反映的是巖心裂縫寬度，Λ Χι，Λ X2在測(cè)量裂縫面高度數(shù)據(jù)時(shí)的高度放置誤差。兩式相加:h = 2h0~z1 (x, y) -Z2 (x, y)+ Δ X1+ Δ X2, 只要消除掉(△&+△&)就可以計(jì)算出各點(diǎn)巖心裂縫的內(nèi)部寬度； 為了降低與消除擺放過(guò)程中人為的角度和橫向放置誤差，相當(dāng)于讓兩塊巖芯剖面放在相同的方位角和橫向位置進(jìn)行測(cè)量，對(duì)裂縫面高度數(shù)據(jù)在MATLAB中進(jìn)行微調(diào)處理，所述的微調(diào)處理包括三個(gè)方向的旋轉(zhuǎn)以及兩個(gè)方向的橫向移動(dòng)，然后作相關(guān)運(yùn)算，相關(guān)系數(shù)表達(dá)式:
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，其特征在于:所述的非接觸式測(cè)量系統(tǒng)的原理是:將規(guī)則幾何形狀的激光投影到被測(cè)粗糙裂縫表面上，形成的漫反射光點(diǎn)或光帶的像被安置于某一空間位置的圖像傳感器接收，根據(jù)光點(diǎn)或光帶在粗糙裂縫表面上成像的偏移，通過(guò)被測(cè)物體基準(zhǔn)平面、像點(diǎn)、像距等之間的關(guān)系，按三角幾何原理即可測(cè)量出粗糙裂縫表面的空間坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于巖心測(cè)量的地層裂縫空間重構(gòu)方法，它包括以下步驟S1、選取裂縫巖心；S2、使用非接觸式測(cè)量系統(tǒng)對(duì)裂縫巖樣進(jìn)行掃描及處理，得到曲面圖；S3、采用三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)逆向工程軟件，獲得形態(tài)數(shù)據(jù)；S4、導(dǎo)出數(shù)據(jù)，并生成點(diǎn)云文件；S5、將點(diǎn)云文件使用MATLAB生成裂縫空間網(wǎng)格圖；S6、繪制等高線；S7、處理生成空間高度圖；S8、對(duì)圖形作必要的旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)，得到重構(gòu)裂縫空間模型。本發(fā)明的有益效果是經(jīng)重構(gòu)獲得的裂縫空間模型與實(shí)際裂縫形態(tài)高度一致，極大的提升了精度，具有可行性和實(shí)用性，能夠較好的滿足細(xì)觀力學(xué)的數(shù)字模擬研究，為進(jìn)一步研究?jī)?chǔ)層網(wǎng)絡(luò)裂縫面、產(chǎn)量預(yù)測(cè)、壓力敏感性測(cè)試提供了必要的參考。
文檔編號(hào)E21B49/00GK103114848SQ20131001957
公開日2013年5月22日 申請(qǐng)日期2013年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月18日
發(fā)明者李皋, 孟英峰, 段慕白, 魏納, 劉佳潔, 趙強(qiáng) 申請(qǐng)人:西南石油大學(xué)