本發(fā)明屬于非常規(guī)油氣勘探，具體涉及一種考慮復(fù)雜孔隙形態(tài)的頁(yè)巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的孔隙結(jié)構(gòu)表征方法在常規(guī)油氣藏儲(chǔ)層表征與評(píng)價(jià)中已得到了廣泛的應(yīng)用，然而由于頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜，常規(guī)手段難以對(duì)頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確的定量描述。基于sem圖像或者納米ct圖像，構(gòu)建數(shù)字巖心或孔隙網(wǎng)絡(luò)模型的方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多尺度孔徑空間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，可以對(duì)孔隙度、分形維數(shù)、迂曲度和孔隙連通性進(jìn)行定量描述，但該方法所構(gòu)建的數(shù)字三維模型用于流體賦存定量表征和流動(dòng)模擬時(shí)計(jì)算量非常大，在使用上存在局限性。同時(shí)，若采用孔隙網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行計(jì)算則在孔隙形態(tài)上進(jìn)行一定程度的簡(jiǎn)化，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏離真實(shí)值。

2、孔隙結(jié)構(gòu)的分形表征方法在頁(yè)巖等非常規(guī)儲(chǔ)層中得到了一定的應(yīng)用，孔隙結(jié)構(gòu)分形理論可以表征孔隙結(jié)構(gòu)的空間分布，同時(shí)可以體現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)的多尺度特征，能夠構(gòu)建流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與孔隙結(jié)構(gòu)間的關(guān)系。目前，基于分形理論的解析方法在進(jìn)行孔隙結(jié)構(gòu)表征過(guò)程中主要是將頁(yè)巖孔隙體系簡(jiǎn)化為毛管束模型，研究中所有孔隙的幾何形狀均用圓管近似處理，忽略了真實(shí)孔隙形狀的影響。然而在頁(yè)巖儲(chǔ)層中孔隙幾何形狀包括從圓形孔隙到狹縫形孔隙的各種孔隙形狀，這種近似處理的方法導(dǎo)致了計(jì)算結(jié)果嚴(yán)重偏離真實(shí)值。同時(shí)，在頁(yè)巖基巖中流體的流動(dòng)受到孔隙形狀的影響非常大。

3、因此，頁(yè)巖孔隙結(jié)構(gòu)描述中對(duì)復(fù)雜孔隙形態(tài)的表征不容忽視，亟需一種考慮孔隙形態(tài)特征的頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)定量表征方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明基于孔隙形態(tài)的蒙特卡洛表征和頁(yè)巖孔隙大小的分形蒙特卡洛表征，通過(guò)分形單元體疊加的方式構(gòu)建考慮復(fù)雜孔隙形態(tài)的多孔介質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)從孔隙微觀尺度到多孔介質(zhì)介觀尺度的升級(jí)，建立一種考慮孔隙形態(tài)的分形蒙特卡洛孔隙結(jié)構(gòu)定量表征方法，從而實(shí)現(xiàn)頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)特征參數(shù)的定量表征，為頁(yè)巖氣藏流體定量表征和運(yùn)移規(guī)律研究奠定基礎(chǔ)。

2、一種基于復(fù)雜孔隙形態(tài)的頁(yè)巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其特征在于，包括如下步驟：

3、s1.獲取真實(shí)儲(chǔ)層巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征，所述孔隙結(jié)構(gòu)特征包括最大孔隙寬度λmax，m，最小孔隙寬度λmin，m，總孔隙度φ，無(wú)因次，總孔隙頻數(shù)m，個(gè)，孔隙形狀分布參數(shù)，所述孔隙形狀分布參數(shù)包括孔隙橫縱比rhv的分布區(qū)間[a,b]，正態(tài)分布均數(shù)μ和正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差σ；

4、s2.基于步驟s1獲取的真實(shí)儲(chǔ)層巖心的特征參數(shù)，構(gòu)建復(fù)雜孔隙形態(tài)下的多孔介質(zhì)模型，用于更加準(zhǔn)確的表征頁(yè)巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)，具體包括如下子步驟：

5、s21.根據(jù)孔隙形狀的不同將多孔介質(zhì)模型細(xì)分為m個(gè)分形單元體，所述孔隙形狀通過(guò)孔隙橫縱比表征，每個(gè)分形單元體采用蒙特卡洛方法隨機(jī)生成孔隙，即隨機(jī)得到m個(gè)生成的孔隙橫縱比；

6、s22.第j個(gè)分形單元體的孔隙橫縱比為j取值為1.2.3…m，在隨機(jī)生成時(shí)采用截?cái)嗾龖B(tài)分布的期望進(jìn)行控制：

7、假設(shè)原來(lái)服從正態(tài)分布，同時(shí)限制x的取值范圍為(a，b)，x的概率密度函數(shù)為：

8、

9、式(i)中，a，b為正態(tài)分布x取值范圍，即s1中的孔隙橫縱比rhv的分布區(qū)間[a,b]；μ為正態(tài)分布均數(shù)，σ為正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差，均由s1得到；是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的概率密度函數(shù)、φ(x)是標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的累積分布函數(shù)。

10、對(duì)于兩側(cè)截?cái)嗾龖B(tài)分布，其數(shù)學(xué)期望和方差分別為：

11、

12、式(ii)中，e(x)為截?cái)嗾龖B(tài)分布的期望；var(x)為截?cái)嗾龖B(tài)分布的方差；

13、s23.第j個(gè)分形單元體的孔隙頻數(shù)為mj，個(gè)，孔隙度為φj，無(wú)因次，第j個(gè)分形單元體的孔隙頻數(shù)與孔隙度滿足如下公式：

14、

15、式(iii)中，φ和m均由s1得到。

16、s24.第j個(gè)分形單元體的最大孔隙寬度為λmax，最小孔隙寬度為λmin。

17、每個(gè)分形單元體具有相同的孔隙形狀(每個(gè)分形單元體的rhv為定值)，不同的孔隙個(gè)數(shù)，同時(shí)不同單元體都具有相同的最大和最小孔隙開(kāi)度，每個(gè)分形單元體上孔隙大小的分布均符合分形原則。

18、即第j個(gè)分形單元體的最大孔隙寬度為λmax，最小孔隙寬度為λmin，孔隙度為φj，孔隙形狀為孔隙個(gè)數(shù)為ωj。

19、s25.第j個(gè)分形單元體的孔隙分形維數(shù)為：

20、

21、式(iv)中，d為分形理論中的歐幾里得維數(shù)，在三維空間中d＝3；

22、s26.第j個(gè)分形單元體孔徑分布的概率密度函數(shù)f(λ)為：

23、

24、s27.第j個(gè)分形單元體孔徑分布的概率累積分布函數(shù)的反函數(shù)為：

25、

26、式(vi)中，f-1(v)為指定分布的隨機(jī)數(shù)，即隨機(jī)生成的孔隙寬度λ＝f-1(υ)；υ～υ(0，1)服從均勻分布；

27、s28.基于所述概率累積分布函數(shù)可以得到υ的截?cái)鄥^(qū)間：

28、

29、式(vii)中，rand(1，ωj)為0-1之間的隨機(jī)數(shù)，孔隙個(gè)數(shù)ωj可以通過(guò)分形理論中式(3)得到。

30、s29.第j個(gè)分形單元體非圓截面毛細(xì)管平均迂曲度為：

31、

32、s210.第j個(gè)分形單元體非圓截面毛細(xì)管平均開(kāi)度為：

33、

34、s211.第j個(gè)分形單元體的毛管迂曲分形維數(shù)為：

35、

36、s212.第j個(gè)分形單元體的表觀長(zhǎng)度為：

37、

38、s213.第j個(gè)分形單元體的孔隙截面積為：

39、

40、式(xiii)中，n為蒙特卡洛模擬次數(shù)，采用多次模擬的平均值確定孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算表明在累計(jì)模擬1000次時(shí)，蒙特卡羅模擬結(jié)果與分形理論的精確解非常接近，一般n的取值為1000；

41、s214.結(jié)合孔隙形態(tài)的蒙特卡洛方法，構(gòu)建m個(gè)分形單元體，通過(guò)將所述m個(gè)分形單元體疊加方式構(gòu)建復(fù)雜孔隙形態(tài)的多孔介質(zhì)模型，實(shí)現(xiàn)孔隙尺度升級(jí)，所述多孔介質(zhì)模型的孔隙截面積ap和孔隙體積vp分別為：

42、

43、進(jìn)一步的，

44、由于式(xi)和式(xii)中同時(shí)存在未知參數(shù)和因此在計(jì)算過(guò)程中可以給設(shè)置初始值然后基于式(xii)計(jì)算進(jìn)而根據(jù)式(xi)計(jì)算出新的定義為通過(guò)判斷當(dāng)滿足條件認(rèn)為此時(shí)計(jì)算得到的和可以同時(shí)滿足上述兩個(gè)公式，計(jì)算結(jié)束。如果不滿足條件則需將重新進(jìn)行循環(huán)計(jì)算，直至滿足條件，獲得和的值。

45、進(jìn)一步的，步驟s1包括如下子步驟：

46、s11.基于真實(shí)儲(chǔ)層巖心，通過(guò)掃描電鏡獲取多張sem圖像；

47、s12.運(yùn)用圖像處理軟件image?j對(duì)步驟s11獲取的sem圖像進(jìn)行孔隙提取，對(duì)孔隙進(jìn)行橢圓擬合獲取孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)(每個(gè)孔隙的截面孔隙寬度λ、孔隙橫縱比rhv)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，繪制不同孔隙形狀(孔隙橫縱比)下的孔隙頻數(shù)直方圖和其對(duì)應(yīng)的不同孔隙形狀(孔隙橫縱比)下的無(wú)因次孔隙面積擬合圖，確定最大孔隙寬度λmax，最小孔隙寬度λmin，總孔隙度φ、孔隙形狀分布參數(shù)(rhv的分布區(qū)間[a,b]，正態(tài)分布均數(shù)μ，正態(tài)分布標(biāo)準(zhǔn)差σ)。

48、進(jìn)一步的，所述步驟s2通過(guò)matlab編程實(shí)現(xiàn)。

49、本發(fā)明還公開(kāi)了上述任一所述的頁(yè)巖微觀孔隙結(jié)構(gòu)表征方法的應(yīng)用，用于非常規(guī)油氣勘探技術(shù)領(lǐng)域。

50、進(jìn)一步的，用于頁(yè)巖油氣儲(chǔ)層微觀孔隙結(jié)構(gòu)的表征。本發(fā)明最直接的應(yīng)用是在頁(yè)巖氣勘探與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域。通過(guò)精確表征頁(yè)巖儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)，可以深入理解頁(yè)巖氣的賦存狀態(tài)和運(yùn)移規(guī)律，為鉆井選址、壓裂設(shè)計(jì)、氣藏評(píng)估等關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供科學(xué)依據(jù)，從而優(yōu)化開(kāi)采方案，提高采收率。本發(fā)明同樣適用于其他非常規(guī)油氣資源(如致密油、煤層氣等)的孔隙結(jié)構(gòu)表征。這些資源同樣具有復(fù)雜的孔隙系統(tǒng)，對(duì)其孔隙結(jié)構(gòu)的精確表征是理解其儲(chǔ)集和運(yùn)移機(jī)制的關(guān)鍵。

51、進(jìn)一步的，用于流體在孔隙結(jié)構(gòu)中的賦存和流動(dòng)特性的定量預(yù)測(cè)。

52、隨著頁(yè)巖氣等非常規(guī)油氣資源在全球能源結(jié)構(gòu)中的重要性日益凸顯，對(duì)其孔隙結(jié)構(gòu)的精確表征成為推動(dòng)技術(shù)提升和產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵。本發(fā)明的應(yīng)用將促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)化，推動(dòng)頁(yè)巖氣等資源的高效開(kāi)發(fā)。

53、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

54、本發(fā)明通過(guò)結(jié)合掃描電鏡觀測(cè)與圖像處理技術(shù)，能夠精確提取并量化真實(shí)頁(yè)巖巖心的孔隙結(jié)構(gòu)特征，包括孔隙的形態(tài)和尺寸分布，為頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的精細(xì)表征提供了科學(xué)依據(jù)。

55、本發(fā)明通過(guò)引入分形原理和蒙特卡洛方法，實(shí)現(xiàn)了孔隙尺寸和形態(tài)的離散化與隨機(jī)化表征，構(gòu)建了能夠反映復(fù)雜孔隙形態(tài)特征的多孔介質(zhì)模型，顯著提高了孔隙結(jié)構(gòu)表征的精度和真實(shí)性。

56、本發(fā)明構(gòu)建的多孔介質(zhì)模型不僅可用于流體在孔隙結(jié)構(gòu)中的賦存和流動(dòng)特性的定量預(yù)測(cè)，還能夠指導(dǎo)頁(yè)巖氣藏勘探開(kāi)發(fā)中的流體運(yùn)移規(guī)律研究，為優(yōu)化開(kāi)采方案、提高采收率提供了有力支持。

57、本發(fā)明的多尺度表征方法實(shí)現(xiàn)了從孔隙微觀尺度到多孔介質(zhì)介觀尺度的無(wú)縫銜接，為頁(yè)巖儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的全面理解和表征開(kāi)辟了新途徑，具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。