本發(fā)明涉及一種基于巖石分類和多尺度數(shù)字巖心的碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，屬于油氣田開發(fā)工程數(shù)值模擬的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

孔隙尺度的流動模擬是一種有效的計(jì)算多孔介質(zhì)的微觀流動特性的方法。對于真實(shí)的復(fù)雜多孔介質(zhì)如碳酸鹽巖，如何表征其孔隙結(jié)構(gòu)是模擬成功與否的關(guān)鍵。高分辨率的CT掃描圖像能夠獲得多孔介質(zhì)準(zhǔn)確的三維結(jié)構(gòu)信息，但是掃描的范圍有限無法表征巖心整體的物理性質(zhì)且提取的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算量大。因此，對于含有多種尺度孔隙結(jié)構(gòu)的介質(zhì)來說，僅僅用單一的尺度來描述這種復(fù)雜的孔隙結(jié)構(gòu)，無法兼顧樣品尺寸和分辨率的要求。

同時(shí)，當(dāng)多尺度的數(shù)字巖心包含一定尺度之后，尤其是我們期望能基于多尺度數(shù)字巖心表征更多內(nèi)容的時(shí)候，由于碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜且獲得的多尺度的數(shù)字巖心相對于普通的數(shù)字巖心來說所含信息量更大，為計(jì)算和分析帶來極大的不便，因此，迫切的需要一種手段來解決該問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明公開了一種基于巖石分類和多尺度數(shù)字巖心的碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)表征方法。

發(fā)明概述：

本發(fā)明首先通過CT掃描技術(shù)獲得不同分辨率的巖心圖像，然后將獲得的數(shù)字巖心二值分割，將優(yōu)化后不同分辨率的數(shù)字巖心組合到一起，從而獲得多尺度數(shù)字巖心，評價(jià)數(shù)字巖心的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)并與實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)作對比，最后對獲得的多尺度數(shù)字巖心基于巖石層理、孔隙結(jié)構(gòu)等進(jìn)行區(qū)域劃分，并對這些區(qū)域進(jìn)行性質(zhì)分類，將分類結(jié)果進(jìn)行匯總并填充到性質(zhì)相同的區(qū)域。

本發(fā)明中，將不同尺度的數(shù)字巖心進(jìn)行組合，考慮了復(fù)雜多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)的表征對尺寸和分辨率的要求，既能夠表征介質(zhì)的物理性質(zhì)又滿足了其對分辨率的要求，是目前對復(fù)雜多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)表征的最好方法之一，同時(shí)對獲得的多尺度數(shù)字巖心進(jìn)行巖性分類，該方法可以極大減小分析計(jì)算難度，為處理更加復(fù)雜、非均質(zhì)性更強(qiáng)的巖心奠定基礎(chǔ)。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種基于巖石分類的多尺度數(shù)字巖心的碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，包括：

首先，利用CT設(shè)備對巖心以不同的分辨率分別進(jìn)行掃描和重構(gòu)，得到不同分辨率的巖心三維圖像，并建立不同分辨率的巖心三維模型，即數(shù)字巖心，同時(shí)獲得數(shù)字巖心的孔隙結(jié)構(gòu)信息；

其次，將上述不同分辨率的數(shù)字巖心進(jìn)行組合，建立多尺度數(shù)字巖心；

再次，對多尺度數(shù)字巖心的按其巖石層理、孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)域劃分；

最后，進(jìn)行性質(zhì)分類，用已經(jīng)獲得性質(zhì)分類的區(qū)域代替與之具有相同性質(zhì)的區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，根據(jù)不同分辨率的巖心三維圖像建立不同分辨率的巖心三維模型的方法為：

將得到的巖心三維圖像導(dǎo)入AVIZO軟件中；

經(jīng)過圖像的定位、去噪、平滑、閾值分割，最后經(jīng)過3D計(jì)算建立巖心三維模型；同時(shí)，通過AVIZO軟件獲得數(shù)字巖心中孔隙結(jié)構(gòu)的信息。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，將上述不同分辨率的數(shù)字巖心進(jìn)行組合的方法，包括：

基于物理尺寸相同的低分辨率數(shù)字巖心和高分辨率數(shù)字巖心，疊加數(shù)字巖心構(gòu)建步驟如下：

首先，將低分辨三維數(shù)字巖心中每一個(gè)體素細(xì)化為i*i*i個(gè)更小體素(見圖1)，其中不同分辨率的三維模型中相對低的分辨率為低分辨率，相對較高的分辨率為高分辨率，使細(xì)化后的低分辨率數(shù)字巖心和高分辨率數(shù)字巖心的物理尺寸和體素尺寸都完全相同，其中，i為低分辨率數(shù)字巖心和高分辨率數(shù)字巖心的分辨率之比，圖1中i＝4；

其次，為了構(gòu)建同時(shí)描述低分辨率和高分辨率的孔隙特征的疊加數(shù)字巖心，按照布爾疊加算法,將低分辨率數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)和高分辨率數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)進(jìn)行疊加，進(jìn)而構(gòu)建出雙孔隙或多孔隙數(shù)字巖心，雙孔隙或多孔隙數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)空間Ω：

Ω＝Ω₁+Ω₂ (1)

式(1)中，Ω₁表示低分辨率數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)空間,Ω₂表示高分辨率數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)空間；

上述數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)空間是通過0和1的二進(jìn)制數(shù)據(jù)來進(jìn)行表征的，0表示巖石孔隙，1表示巖石骨架，因此上述Ω＝Ω₁+Ω₂滿足以下疊加條件：

或者

進(jìn)而得到基于不同分辨率數(shù)字巖心進(jìn)行疊加的雙孔隙數(shù)字巖心。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述對多尺度數(shù)字巖心的按其巖石層理、孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)域劃分，包括：利用測量窗按照一定方向移動并進(jìn)行測量，根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行區(qū)域劃分(二維展示)；

所述進(jìn)行性質(zhì)分類，用已經(jīng)獲得性質(zhì)分類的區(qū)域代替與之具有相同性質(zhì)的區(qū)域，包括：按照實(shí)際需要預(yù)設(shè)數(shù)字巖心的性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)，然后對數(shù)字巖心的各個(gè)區(qū)域按照預(yù)設(shè)性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性質(zhì)分類標(biāo)記，最后，用已經(jīng)獲得性質(zhì)分類的區(qū)域代替與之具有相同性質(zhì)的區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選孔隙體積幾何性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)；所述性質(zhì)分類標(biāo)記優(yōu)選數(shù)字標(biāo)記或顏色標(biāo)記。本發(fā)明如圖3所示，相同顏色(相同灰度)代表性質(zhì)相同；最后按計(jì)算需要可以采取等價(jià)替換的方法，將已經(jīng)獲得的區(qū)域代替具有相同孔隙體積幾何性質(zhì)的區(qū)域，從而簡化計(jì)算量及計(jì)算難度。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明將高分辨率和低分辨率的數(shù)字巖心進(jìn)行組合，構(gòu)建得到多尺度三維數(shù)字巖心，解決了碳酸鹽巖復(fù)雜儲層的孔隙結(jié)構(gòu)表征。

2.本發(fā)明通過構(gòu)建多尺度數(shù)字巖心，解決了高分辨率數(shù)字巖心提取的孔隙網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算量大，低分辨率數(shù)字巖心提取孔隙網(wǎng)絡(luò)模型不能完整的表征真實(shí)巖心孔隙結(jié)構(gòu)的問題，使數(shù)字巖心最大程度與實(shí)際巖石相同。

3.本發(fā)明對獲得的多尺度數(shù)字巖心基于巖石層理、孔隙結(jié)構(gòu)等進(jìn)行區(qū)域劃分，接著對這些區(qū)域進(jìn)行性質(zhì)分類，最后將分類結(jié)果進(jìn)行匯總并填充到性質(zhì)相同的區(qū)域，該方法可以極大減小分析計(jì)算難度，為處理更加復(fù)雜、非均質(zhì)性更強(qiáng)的巖心奠定基礎(chǔ)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述低分辨率數(shù)字巖心的體素細(xì)化過程示意圖；

圖2是本發(fā)明所述區(qū)域劃分的示意圖；

圖3是本發(fā)明所述性質(zhì)分類的示意圖，圖中X、Y、Z表示數(shù)字巖心的三維方向；坐標(biāo)單位是體素單位(voxel)，乘以分辨率后的數(shù)值為實(shí)際物理尺寸；

圖4是本發(fā)明疊加數(shù)字巖心的構(gòu)建過程示意圖；

圖5巖心不同分辨率下的圖像(1024×1024)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說明書附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步限定，但不限于此。

如圖1-5所示。

實(shí)施例1、

一種基于巖石分類的多尺度數(shù)字巖心的碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，包括：

首先，利用CT設(shè)備對巖心以不同的分辨率分別進(jìn)行掃描和重構(gòu)，得到不同分辨率的巖心三維圖像，分辨率分別為2.3、11.82、23.72微米的掃描圖像如圖5，并建立不同分辨率的巖心三維模型，即數(shù)字巖心，同時(shí)獲得數(shù)字巖心的孔隙結(jié)構(gòu)信息；

其次，將上述不同分辨率的數(shù)字巖心進(jìn)行組合，建立多尺度數(shù)字巖心；

在組合不同的分辨率的數(shù)字巖心時(shí)，需要考慮以下幾點(diǎn)：

a.為表征最大的孔隙特征，低分辨率模型需要足夠大；

b.高分辨率的模型能夠獲得最微小孔隙的信息；

c.兩種數(shù)字巖心的孔隙大小分布有足夠多的重疊保證中等大小孔隙的表征。

基于以上原則，對于所獲得的三個(gè)分辨率的數(shù)字巖心，選擇不同分辨率的圖像進(jìn)行疊加成以下三種組合方式：

23.72-2.3、23.72-11.82、11.82-2.3。

再次，對多尺度數(shù)字巖心的按其巖石層理、孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)域劃分；

最后，進(jìn)行性質(zhì)分類，用已經(jīng)獲得性質(zhì)分類的區(qū)域代替與之具有相同性質(zhì)的區(qū)域。

實(shí)施例2、

如實(shí)施例1所述的一種基于巖石分類的多尺度數(shù)字巖心的碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其區(qū)別在于，根據(jù)不同分辨率的巖心三維圖像建立不同分辨率的巖心三維模型的方法為：

將得到的巖心三維圖像導(dǎo)入AVIZO軟件中；

經(jīng)過圖像的定位、去噪、平滑、閾值分割，最后經(jīng)過3D計(jì)算建立巖心三維模型；同時(shí)，通過AVIZO軟件獲得數(shù)字巖心中孔隙結(jié)構(gòu)的信息。

實(shí)施例3、

如實(shí)施例1所述的一種基于巖石分類的多尺度數(shù)字巖心的碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其區(qū)別在于，將上述不同分辨率的數(shù)字巖心進(jìn)行組合的方法，包括：

基于物理尺寸相同的低分辨率數(shù)字巖心和高分辨率數(shù)字巖心，疊加數(shù)字巖心構(gòu)建步驟如下：

首先，將低分辨三維數(shù)字巖心中每一個(gè)體素細(xì)化為i*i*i個(gè)更小體素(見圖1)，其中不同分辨率的三維模型中相對低的分辨率為低分辨率，相對較高的分辨率為高分辨率，使細(xì)化后的低分辨率數(shù)字巖心和高分辨率數(shù)字巖心的物理尺寸和體素尺寸都完全相同，其中，i為低分辨率數(shù)字巖心和高分辨率數(shù)字巖心的分辨率之比，圖1中i＝4；

其次，為了構(gòu)建同時(shí)描述低分辨率和高分辨率的孔隙特征的疊加數(shù)字巖心，按照布爾疊加算法,將低分辨率數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)和高分辨率數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)進(jìn)行疊加，進(jìn)而構(gòu)建出雙孔隙或多孔隙數(shù)字巖心，雙孔隙或多孔隙數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)空間Ω：

Ω＝Ω₁+Ω₂ (3)

式(1)中，Ω₁表示低分辨率數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)空間,Ω₂表示高分辨率數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)空間；

上述數(shù)字巖心的孔隙系統(tǒng)空間是通過0和1的二進(jìn)制數(shù)據(jù)來進(jìn)行表征的，0表示巖石孔隙，1表示巖石骨架，因此上述Ω＝Ω₁+Ω₂滿足以下疊加條件：

或者

基于碳酸鹽巖低分辨率數(shù)字巖心和高分辨率數(shù)字巖心，通過疊加法構(gòu)建出同時(shí)描述大孔隙和微孔隙特征的雙孔隙數(shù)字巖心。如圖4所示為通過疊加法構(gòu)建的碳酸鹽巖雙孔隙數(shù)字巖心。

通過疊加算法來構(gòu)建的碳酸鹽巖雙孔隙數(shù)字巖心，既保留了碳酸鹽巖粒間孔隙和粒內(nèi)孔隙的幾何拓?fù)湫畔?，又保留了粒間大孔隙和粒內(nèi)微孔隙的空間位置信息，能夠同時(shí)描述碳酸鹽巖中粒間孔隙和粒內(nèi)孔隙的分布特征。

實(shí)施例4、

如實(shí)施例3所述的一種基于巖石分類的多尺度數(shù)字巖心的碳酸鹽巖孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其區(qū)別在于，

所述對多尺度數(shù)字巖心的按其巖石層理、孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行區(qū)域劃分，包括：利用測量窗按照一定方向移動并進(jìn)行測量，根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行區(qū)域劃分(二維展示)；

所述進(jìn)行性質(zhì)分類，用已經(jīng)獲得性質(zhì)分類的區(qū)域代替與之具有相同性質(zhì)的區(qū)域，包括：按照實(shí)際需要預(yù)設(shè)數(shù)字巖心的性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)，然后對數(shù)字巖心的各個(gè)區(qū)域按照預(yù)設(shè)性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行性質(zhì)分類標(biāo)記，最后，用已經(jīng)獲得性質(zhì)分類的區(qū)域代替與之具有相同性質(zhì)的區(qū)域。

所述性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)選孔隙體積幾何性質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)；所述性質(zhì)分類標(biāo)記優(yōu)選數(shù)字標(biāo)記或顏色標(biāo)記。本發(fā)明如圖3所示，相同顏色(相同灰度，實(shí)際顯示時(shí)是彩色的圖像，屆時(shí)即按照相同顏色來表示相同性質(zhì))代表性質(zhì)相同；最后按計(jì)算需要可以采取等價(jià)替換的方法，將已經(jīng)獲得的區(qū)域代替具有相同孔隙體積幾何性質(zhì)的區(qū)域，從而簡化計(jì)算量及計(jì)算難度。