岩石随机孔隙结构的三维重构模型与细观渗流分析
数字岩心技术在致密储层微观渗流特征研究中的应用
数字岩心技术在致密储层微观渗流特征研究中的应用盛军;阳成;徐立;丁晓军;杨晓菁;李纲【摘要】为了直观、准确地刻画致密储集层的微观渗流特征,选取具有代表性储层样品,利用多尺度X-CT扫描成像技术建立不同级别的三维数字岩心,应用最大球算法与孔喉尺寸校正方法,提取并建立致密储层纳米级数字岩心孔隙网络模型,最后实现利用三维孔隙网络模型模拟储层物性参数、进汞曲线以及孔、喉分布曲线、两相渗流特征曲线并与室内常规实验结果进行平行对比.结果表明:利用数字岩心技术模拟得到的孔隙度、渗透率参数与实际测量结果相差较小;模拟得到的进汞曲线、孔喉分布曲线与室内压汞实验的曲线具有较高的一致性,表明提取的孔隙网络模型与真实岩心误差较小,从而可以保证数字岩心得到的两相渗流模拟结果具有较高的可信度.【期刊名称】《西安石油大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(033)005【总页数】7页(P83-89)【关键词】数字岩心;致密储层;渗流特征;孔隙网络模型【作者】盛军;阳成;徐立;丁晓军;杨晓菁;李纲【作者单位】中国石油青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌736202;中国石油青海油田分公司采油一厂,甘肃敦煌736202;中国石油青海油田分公司采油一厂,甘肃敦煌736202;中国石油青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌736202;中国石油青海油田分公司采油一厂,甘肃敦煌736202;中国石油青海油田分公司勘探开发研究院,甘肃敦煌736202【正文语种】中文【中图分类】TE19;TP391引言储层微观渗流特征研究是储层研究中的一项重要内容，从微观的角度研究储层孔隙空间中各相流体的渗流特征，对掌握开发过程中的油水矛盾、水驱特征等方面具有重要意义[1-5]。
目前实验室内研究储层微观渗流的评价方法，比如相渗实验、核磁工作实验、驱油效率实验等已经日趋成熟，但这些方法多少都存在一些问题，例如样品制备繁琐，对岩心样品损耗严重，对于低渗透岩心驱替时间过长等。
低渗气藏微观孔隙结构三维重构研究
低渗气藏微观孔隙结构三维重构研究储层岩石微观孔隙结构异常复杂,岩石孔隙结构等价孔隙网络模型和微观尺度渗流研究是目前国际学术界研究的热点,具有十分重要的意义。
数字岩心和孔隙网络模型是开展微观渗流模拟研究的基础平台；本文针对低渗气藏开展了微观孔隙结构三维重构研究,采用微CT扫描法建立真实岩心的数字岩心,使用基于最大球算法的孔隙网络抽取方法建立与数字岩心等价的孔隙网络模型,借助孔隙级流动模拟理论和方法预测孔隙网络模型的孔隙度和渗透率。
通过上述研究,主要获得了以下认识：(1)微CT扫描法是构建数字岩心的一种非常有效的物理实验方法,具有精度高、不破坏原始岩样的优点,其建模质量的好坏主要取决于CT机的扫描精度(分辨率)(2)本文在二维中值滤波算法的基础上提出的三维中值滤波算法在图像滤波处理中可以很好地去除系统噪声,使得图像中孔隙和岩石骨架之间的过渡变得自然,灰度分布区间化更加明显,有利于划分孔隙和岩石骨架,同时可以剔除大部分的孤立孔隙和岩石骨架。
(3)基于立方体孔隙度的REV分析方法与自相关函数均可以度量数字岩心的表征体元尺寸；通过数字岩心尺寸与表征体元尺寸的对比,可以选取能够表征岩石孔隙结构和宏观特性的数字岩心,使得后续渗流模拟研究具有物理意义。
(4)基于最大球算法的孔隙网络抽取方法可以有效地将岩心孔隙空间划分为孔隙和喉道,建立与数字岩心等价的孔隙网络模型,保留了数字岩心孔隙空间拓扑结构及几何特征。
(5)使用真实岩心压汞实验数据确定岩心孔隙结构参数,与孔隙网络参数进行对比分析,并分别对实验孔隙结构参数和模型孔隙结构参数进行分形表征对比,可以很好地评价孔隙网络模型的准确性。
(6)以孔隙网络模型为基础开展微观流动模拟研究,预测孔隙网络模型的孔隙度和绝对渗透率,预测结果与数字岩心的分析结果及真实岩心的实验结果高度吻合,进一步验证了孔隙网络模型的准确性；同时利用孔隙网络模型预测油水(气水)两相水驱过程的相对渗透率,预测结果符合相渗曲线特征,说明预测结果的正确性,具有一定的参考价值。
基于CT的岩石三维裂隙定量表征及扩展演化细观研究
基于CT的岩石三维裂隙定量表征及扩展演化细观研究一、本文概述随着科学技术的发展，尤其是计算机断层扫描（CT）技术的广泛应用，岩石内部细微结构的研究进入了全新的阶段。
岩石作为一种典型的非均质材料，其内部存在着大量复杂的裂隙结构，这些结构对岩石的物理力学性质具有重要的影响。
因此，对岩石裂隙进行定量表征及扩展演化的细观研究，对于理解岩石的力学行为、预测地质灾害、优化岩石工程设计等都具有重要的理论和实践意义。
本文旨在通过基于CT的岩石三维裂隙定量表征及扩展演化细观研究，深入探讨岩石内部裂隙的三维几何特征、分布规律以及在外界条件作用下的扩展演化过程。
研究内容包括但不限于：利用CT技术获取岩石内部裂隙的三维图像数据，通过图像处理和分析技术提取裂隙的几何参数，建立裂隙的三维模型；分析裂隙在不同尺度下的分布规律和统计特性，揭示裂隙网络的复杂性；研究在外部应力、温度、渗流等条件下，裂隙的扩展演化规律和机制，预测岩石的破坏行为。
本文的研究方法和技术手段包括CT扫描技术、图像处理技术、三维建模技术、统计分析方法以及数值模拟技术等。
通过这些方法的综合运用，期望能够实现对岩石裂隙的精确表征和深入理解，为岩石力学和相关领域的研究提供新的思路和方法。
本文的研究结果也将为岩石工程的实践提供有益的参考和指导。
二、岩石三维裂隙CT扫描技术与数据处理岩石的三维裂隙定量表征首先依赖于高精度的CT扫描技术。
CT 扫描技术，即计算机断层扫描技术，以其非破坏性、高分辨率和强大的三维重建能力，在岩石力学、地质工程和其他相关领域得到了广泛应用。
CT扫描通过获取物体内部不同角度的射线投影图像，再经过特定的算法重构出物体的内部三维结构，为岩石内部裂隙的精细观察提供了有力手段。
在岩石CT扫描过程中，首先需要对岩石样品进行预处理，如表面清洁、固定和标记等，以确保扫描结果的准确性和可对比性。
随后，将岩石样品置于CT扫描设备中，通过精确控制扫描参数，如射线能量、曝光时间、扫描角度等，获取高质量的投影图像数据。
数字岩心分析与真实岩心实验平行对比研究
数字岩心分析与真实岩心实验平行对比研究高兴军;齐亚东;宋新民;赵天鹏【摘要】为探讨数字岩心分析与真实岩心实验之间的可替代性问题，采用大庆油田砂岩样品开展数字岩心研究，并建立了三维孔隙网络模型，以此为基础，剖析了储层微观孔隙结构特征；应用恒速压汞实验获取了同一块样品的真实微观孔喉结构特征参数，并将数字岩心分析结果与恒速压汞实验检测结果进行了对比分析。
研究结果表明：数字岩心技术是表征储层微观孔隙结构特征，研究微观渗流机理的有效手段，该技术的可靠性取决于对真实岩心特征参数提取的全面性与精确性，构建数字岩心过程中，除了满足孔隙度和渗透率与真实岩心高吻合度条件外，还有必要参考压汞测试得到的孔喉半径分布数据，建议增加平均喉道半径作为更严格的约束条件。
【期刊名称】《特种油气藏》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P93-96)【关键词】数字岩心;真实岩心;平行对比;微观孔隙结构;恒速压汞【作者】高兴军;齐亚东;宋新民;赵天鹏【作者单位】中国石油勘探开发研究院，北京100083;中国石油勘探开发研究院，北京 100083;中国石油勘探开发研究院，北京 100083;数岩科技有限公司，北京100027【正文语种】中文【中图分类】TE311随着中国油气勘探程度的不断提高，新增油气资源品质越来越差，低渗致密油气资源已逐步占据主流地位[1]。
低渗致密储层微观孔隙结构复杂，深入剖析其内部结构并厘清其基本性质是高效开发的基础[2]，尽管常规压汞、铸体薄片、扫描电镜等传统的储层研究手段仍在发挥积极作用，但已不能满足生产需求。
此外，从提高采收率角度看[3-4]，传统的采收率机理研究均基于宏观渗流理论体系，欲使油气采收率大幅度提高，必须深入多孔介质内部，开展微观研究。
近年快速发展的数字岩心技术正在努力探索和试图解决上述问题[5-9]，该项技术大有取代室内岩心分析实验之势。
数字岩心分析能否真正地取代真实岩心实验，需要哪些约束条件，尚有待探讨。
岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型
岩石破裂与渗流耦合过程细观力学模型
杨天鸿;屠晓利;於斌;张永彬;李连崇;唐春安;谭国焕
【期刊名称】《固体力学学报》
【年(卷),期】2005(26)3
【摘要】从岩石细观非均匀性的特点出发,应用弹性损伤力学、B iot渗流力学理论,对岩石破裂过程渗流-应力-损伤耦合模型进行了描述.算例表明,该模型能较好的模拟出岩石材料在水压和载荷作用下裂纹扩展路径不规则发展及稳态、瞬态渗流过程,裂纹扩展对渗流路径和流动过程起到明显的控制作用.
【总页数】5页(P333-337)
【关键词】细观力学;破裂与渗流耦合;数值模拟;细观力学模型;岩石破裂过程;渗流过程;耦合过程;裂纹扩展路径;损伤力学;非均匀性
【作者】杨天鸿;屠晓利;於斌;张永彬;李连崇;唐春安;谭国焕
【作者单位】东北大学岩石破裂与失稳研究中心;抚顺职业技术学院;香港大学土木工程系
【正文语种】中文
【中图分类】TU452;TB33
【相关文献】
1.脆性岩石破裂过程损伤与渗流耦合数值模型研究 [J], 杨天鸿;唐春安;梁正召;李连崇;朱万成;谭国焕
2.岩石变形劣化全过程细观试验与细观损伤力学模型研究 [J], 朱珍德;黄强;王剑波;邵建富;王伟
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数字岩心--孔隙结构三维模型重构技术
数字岩心--孔隙结构三维模型重构技术
概念：即制作立方体（3mm×3mm×3mm）岩样，对该岩样进行密集的CT切片，在每个CT切片上进行孔隙喉道图像识别，通过有序定位将密集的各个CT切片上的孔隙喉道构建岩样的孔隙网络三维数字系统，建立数字岩心孔隙结构三维模型。
利用数字岩心孔隙结构三维模型不但可以开展孔隙结构的多参数定量计算和任意切片、任意角度的三维彩色显示，还可进行微米级各种孔喉、厘米级岩心、米级网格的流体流动及渗流机理模拟，因此它是孔隙结构研究领域的重大进展。
优势：①快速准确②成本低③对样本质量要求低，反复使用④非常规油气藏⑤可以有效地解决非均质岩心整体评价⑥中国复杂地层结构，起步较晚，缩短国际差距，捷径，直接运用最高端技术，符合集团数字化智能化战略。
⑦世界应用趋势。
应用：①可以全面深入分析油藏岩石的内部结构，比如说孔隙的大小和连通。
②可以迅速准确地计算出岩芯的渗透率以及多相流特性。
把半年或一年的工作缩短至几个小时。
③还可以迅速准确地计算出岩芯的其它物理性质，例如，电阻率，导磁性，核磁共振，声波以及地震波性等等。
④提高采油率:通过全面深入地分析孔隙介质的流体性质计算和多相流模拟，取得最佳交替驱替方案，达到最高采收率目的。
⑤可以直接对非常规油气藏储油层的渗透率以及多相流特性进行准确地计算。
⑥运用多级孔隙结构系统跨尺度粗化整合新技术对非均质岩心整体作出有效的评价。
岩石随机孔隙结构的三维重构模型与细观渗流分析
岩石随机孔隙结构的三维重构模型与细观渗流分析赵延林;曹平;唐劲舟;马文豪;李树清;王卫军【摘要】Taking porous rock medium as random microscopic structure with range of millimeters,rock model with 3-dimensional random pores was reconstructed,and the influence of pore structure to porous rock seepage was studied on the level of meso mechanics.By introducing microtubule seepage model,statistics principle and FLAC3D software were used to develop the reconstruction technology of porous rock medium with random pore structure produced and numerical simulation method of meso seepage.The results show that the time from unsteady flow to steady flow is shortened with the increase of porosity.There exists high accuracy linear relationship between seepage parameters and porosity,and the porosity threshold (nλ) of permeability of porous rock medium is4.05％.The permeability of porous rock medium is mainly effected by volumetric stress.Furthermore,during pre-peak process the negative exponential relationship between the permeability and the volumetric stress is also shown.The numerical simulation stability of porous structure unit with range of millimeters can be guaranteed.%将多孔岩石介质的孔隙视为具有毫米量级的随机细观结构,重构岩石三维随机孔隙结构模型,在细观力学的层面上研究孔隙结构对多孔岩石渗流的影响.引入微管渗流模型,利用统计学原理和FLAC3D软件研究多孔岩石介质随机孔隙结构的重构技术和细观渗流数值模拟方法.研究结果表明:多孔岩石孔隙率越大,流体由非稳定流过渡到稳定流的时间愈短,渗透系数和孔隙率具精度很高的线性关系,岩石介质透水性的孔隙率阈值nλ=4.05％,峰前多孔岩石介质的渗透系数主要受体积应力控制,且两者之间具有负指数关系.重构毫米量级的孔隙结构单元,其数值稳定性可以得到保证.【期刊名称】《中南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(048)001【总页数】9页(P168-176)【关键词】岩石力学;孔隙结构;细观渗流;流固耦合;重构模型【作者】赵延林;曹平;唐劲舟;马文豪;李树清;王卫军【作者单位】湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,南方煤矿瓦斯与顶板灾害防治安全生产重点实验室,湖南湘潭,411201;中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州,221008;中南大学资源与安全工程学院,湖南长沙,410083;湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,南方煤矿瓦斯与顶板灾害防治安全生产重点实验室,湖南湘潭,411201;湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,南方煤矿瓦斯与顶板灾害防治安全生产重点实验室,湖南湘潭,411201;湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,南方煤矿瓦斯与顶板灾害防治安全生产重点实验室,湖南湘潭,411201;湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室,南方煤矿瓦斯与顶板灾害防治安全生产重点实验室,湖南湘潭,411201【正文语种】中文【中图分类】TU45流体通过多孔介质的渗透是许多工程学科的基础。
岩石孔隙结构分析技术PPT课件
孔隙和喉道间的配置关系
白色部分：岩石颗粒
黑色部分：孔隙（粗：孔隙，细：喉道）
-3-
岩石孔隙结构分析技术
提纲
一、引言 二、孔隙结构的分析方法 三、孔隙结构的定量表征 四、孔隙结构参数的应用
-4-
孔隙结构分析方法
铸体薄片法
直接观测法
荧光显示剂注入法
孔
扫描电镜法
孔隙
隙
激光共聚焦
结构
结
聚焦离子束
可视 化
分
CT扫描成像
析
核磁共振成像
方 法
间接测定法
核磁共振波谱法 半渗透隔板法
孔隙 结构 特征
离心法
参数
化
压汞法
-8-
激光共聚焦
孔隙结构分析—数字岩心法
聚焦离子束 CT扫描成像 核磁共振成像
激光共聚焦
向岩石孔隙中灌注掺合萤光物质的环氧树脂，荧光被照相设备检测并 将光信号转换为电信号获取孔隙结构信息。在平面上对样品逐点或逐 线扫描，得到2D图像。在纵向上以一定的间距扫描出不同轴位置的2D 图像，通过三维重建技术，还原样品的三维空间状态。能提供亚微米 级的分辨率，可以识别微孔、微缝，观察孔隙内流体赋存状态。
-9-
激光共聚焦
孔隙结构分析—数字岩心法
聚焦离子束 CT扫描成像 核磁共振成像
电
子
离子束
束
成像平面
切片方向
52O倾角
黑色：干酪根 红色：干酪根孔隙 灰色：基质矿物
Barrnet页岩3D SEM体视图
(高：5 μm ，宽：5 μm ，深：2.5 μm)
孔隙分布柱状图
聚焦离子束
(氩离子研磨技术与SEM相结合)
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３ ． ｄ ｉ ｍｅ ｎｓ ｉ ｏ ｎａ ｌ ｒ ｅ ｃ ０ ｎｓ ｔ ｒ ｕｃ ｔ ｉ ０ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｏ ｆ ｒ ｏ ｃ ｋ ｗｉ ｔ ｈ ｒ ａ ｎ ｄｏ ｍ ｐｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎｄ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｃ ｓ ｅ ｅ ｐａ ｇ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ
（ １ ．湖南科技 大学 煤矿 安全开采技术湖南省重点 实验 室 ， 南方煤矿 瓦斯 与顶板 灾害防治安全生产重点 实验 室，湖 南 湘潭 ，４ １ １ ２ ０ １ ；
２ ．中国矿 业大学 煤炭 资源与安全开 采国家重点实验 室，江苏 徐 州，２ ２ １ ０ ０ ８ ； ３ ．中南大学 资源与安全 工程 学院，湖南 长 沙，４ １ ０ ０ ８ ３ ）
流过渡到稳定流 的时间愈短 ， 渗透系数和孔 隙率 具精度很 高的线性关系， 岩石介质透水性的孔隙率阈值 ｎ ｘ ＝ ４ ． ０ ５ ％， 峰前多孔岩石介质 的渗透系数主要受体积应力控制 ， 且两 者之 间具有负指数关系。 重构毫米量级的孔隙结构单元， 其数值稳 定性可 以得到保证 。 关键 词：岩石 力学 ；孔 隙结构；细观渗流 ；流 固耦 合；重构模型 中图分类 号：Ｔ Ｕ４ ５ 文献标志码 ：Ａ 文章编号：１ ６ ７ ２ － ７ ２ ０ ７ （ ２ ０ １ ７ ） ０ １ － ０ １ ６ ８ 一 Ｏ ９
Ｃｈ ｉ ｎ ａ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｙ ｔ ｏ ｆ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｎｏ ｈ ｌ ｏ ｙ， ｇ Ｘｕ ｚ ｈ ｏ ｕ ２ ２１ ０ ０ ８ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
３ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｒｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ａ ｆ ｅ ｙ ｔ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｉ ｒ ｎ ｇ ， Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｙ， ｔ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ４ １ ０ ０ ８ ３ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
第４ ８ 卷第 １ 期
２ ０ １ ７年 １ 月
中南大学学报（ 自然科 学版）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｌ Ｓ ｏ ｕ ｔ ｈ Ｕｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ（ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ）
摘要 ：将 多孔岩石介质 的孔 隙视 为具有毫米量级 的随机 细观 结构，重构岩石三维随机孔 隙结构模型 ，在细观力学 的层面上研究孔隙结构对多孔岩石渗流的影响 。引入微管渗流模型 ，利用统计学原理和 Ｆ Ｌ ＡＣ ｍ软件研究多孔岩
石介质随机孔隙结构的重构技术和细观渗流数值模拟方法 。研究结果表明 ：多孔岩石孔 隙率越大 ，流体 由非稳定
、 ， ０ ｌ ＿ ４ ８ ＮＯ． １
Ｊ ａ ｎ ． ２ ０１ ７
Ｄ ＯＩ ： １ ０ ． １ １ ８ １ ７ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ２ — ７ ２ ０ ７石随机孔 隙结构 的三维重构模型 与细观渗流分析
赵延林 一，曹平 ，唐 劲舟 ，马文豪 ，李树清 ，王卫军
Ｈｕ ｎ ｎ ａ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｉ ａ ｌ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ Ｏ ｆ Ｓ ａ ｆ ｅ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｑ ｕ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｃｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｅ ｓ ． Ｈｕ ｎ ａ ｎＵｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ０ ｆＳ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄＴ ｅ ｃ ｎｏ ｈ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｘｉ ａ ｎ ｇ ｔ ａ ｎ４１ １ ２ ０ １ ． Ｃｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ Ｋｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｃｏ ａ ｌ Ｒｅ ｓ ｏ ｕ ｒ ｃ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｓ ａ ｆ ｂ ｔ 、 ， Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ．
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