一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法

1.本发明涉及气藏开发技术领域，特别涉及非常规油气开发领域，具体是一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法。


背景技术：

2.作为描述渗流通道的一个重要参数，孔道迂曲度定义为渗流过程中指定运移的实际长度与渗流通道的宏观长度的比值。随着近年来对非常规油气藏的开发，油气渗流过程愈加复杂，常规的通过孔隙结构进行简单计算获取的迂曲度方法所获得的迂曲度用以解释渗流过程存在较大误差。
3.近年来专家及学者们趋向于使用高精度ct反演制成数字岩心以模拟复杂非常规油气藏中的运移，但对迂曲度的解释则仅仅停留在孔介质矿物的不同平均粒径量化上，忽略了真实渗流过程中粒子间作用力以及储层岩石的各向异性影响。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明旨在提供一种技术以精确的表征复杂多孔介质的迂曲度方法，使其结果上更接近于真实渗流情况。
5.本发明的技术方案如下：
6.一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法，其特点在于，包括以下步骤：
7.step1：对岩样进行360度扫描，基于岩样多角度图像进行三维修正处理；
8.step2：对处理后的岩样三维灰度数据通过图像阈值分割分离岩样孔隙与岩样骨架。对比矩阵统计孔隙与实际测试孔隙度调整阈值数据，获取表征真实岩样骨架与孔隙的数据；
9.step3：结合现场实验，使用分水岭算法分割空隙相欧式距离矩阵，将复杂矩阵转化为较为简单的对应样品空间连接点集合，设定该矩阵区域为随机游走中无碰撞区域。
10.step4：通过不断去除岩石空隙相边界体素，结合现场实验将对应获取对应岩样在对应扫描分辨率下单个体素的碰撞与反弹概率。
11.step5：选取样品数字岩心矩阵中孔隙内任意一点，进行随机游走模拟，游走过程中记录对应步数对应游走距离，对游走过程中矩阵边界进行镜像映射。随机游走模拟坐标在接触数字岩心骨架采取不同措施限制步数或游走距离。
12.step6：通过随机游走步数与距离的关系表征样品储层迂曲度。
13.进一步地，所述step1具体过程为：
14.使用计算机遍历重构后的三维数字岩心矩阵，以灰度数据量为标准，将灰度数据划分为两个频段，对频段划分后的数据，在较难区分的部分基于对应灰度值与密度的重构算法，转化灰度值为密度数据，并代替其灰度值数据。
15.进一步地，所述step2具体过程为：
16.step201：通过液体饱和排液法或氦气法等岩样孔隙度实验测定方法测定样品孔隙度。
17.step202：基于修正后的三维数字岩心数据，通过设定灰度或密度阈值划分骨架与孔隙，遍历划分后的二值化孔隙，对矩阵内标记为孔隙的坐标进行bwlabel算法计算其独立性，标记并计算调整阈值后不连通孔隙所占体积。对比step201中实验所获的孔隙度φ1，调整阈值后统计孔隙度φ2以及不连通孔隙φu。通过不断调整阈值使得φ1＝φ
2-φu，从而确定能够反应真实岩心孔隙与骨架结构的数据。
18.进一步地，所述step3具体过程为：
19.对数字岩心中根据step2过程中划分为孔隙的区域中灰度值进行高斯平滑操作，抹除极小值后调整分水岭算法中孔隙灰度阈值，根据数字岩心中灰度划分为多个相似小区间并根据其灰度值大小进行编号，编号，体素半径r以及其对应阈值th储存在对应数字岩心对应[x，y，z]位置矩阵中。
[0020]
基于波尔茨曼方程中对于连续相速度对碰撞相的影响：
[0021][0022]
其中：f为无量纲外力，x
α
为对应位置，ξ
α
为无量纲粒子扩散速度
[0023]
考虑多孔介质中迂曲度计算忽略外力作用，结合玻尔兹曼方程中对于速度场于碰撞相的方程，数字岩心中某一孔隙点的扩散分布概率可以等效为：
[0024][0025]
考虑数字岩心中孔隙网络可以等效为长圆管，因此结合流动过程中泊肃叶方程以及step3过程中分水岭算法分隔的独立孔隙，则岩样流动过程中各体素分布概率可以通过如下方程表示：
[0026][0027]
化简，则微观尺度中岩心孔隙中单个体素在进行自由扩散流动时各方向概率为：
[0028][0029]
进一步地，所述step5具体过程为：
[0030]
step501:基于step2步骤中获取的孔隙网络模型，在孔隙网络中随机生成一个算子，读取step3过程中获取的数据矩阵，结合step4过程计算该算子在下一迭代时间步长内的周边n个体素的运移概率，若数字岩心分辨率较低，即单个体素尺寸较大，限于精度限制，该模型无法精细表达孔隙结构，因此可能存在低于精度的孔隙结构，考虑周边27个体素作为运移方向；若数字岩心分辨率较高，能够表征精细孔隙结构，则取单个体素周边14或6个方向。对应体素运移概率为：
[0031][0032]
当算子在随机游走过程中运移到数字岩心矩阵中骨架位置时，则算子位置保持不动，下一次迭代运移过程中忽略当前运移位置概率。
[0033]
step502：经过step501过程获取数字岩心矩阵中获取的不同方向概率，调用编程软件中自带随机数库，使算子在数字岩心矩阵对应孔隙位置内进行带有对应方向概率的随机游走；对数字岩心矩阵进行横向以及纵向的镜像映射，用以扩充边界，对应边界镜面映射的过程为:
[0034][0035]
其中：x
i+1
，y
i+1
代表映射前的算子所处矩阵内坐标；ref(x,y)代表映射后的数字岩心矩阵坐标；b为矩阵边界大小。
[0036]
step503：使用编程软件重复迭代step501-step502过程。同时运行一次无限制空间下的运移模拟，即矩阵内全部为孔隙；根据不同需要设计并记录不同时间步长下算子所处位置。
[0037]
进一步地，所述step503过程中根据不同需要选取不同步长以获取不同算子的具体位置分过程可以解释为：若研究过程为平面二维运移，则根据迭代过程记录记录不同迭代步数下对应二维坐标下的距离r；若考虑整体迂曲度，则据迭代过程记录记录不同迭代步数下对应三维坐标下的距离r。若考虑不同运移尺度下的迂曲度，则结合对应数字岩心分辨率记录算子达到规定运移距离的对应步数。
[0038]
本发明在保证易于实施的基础上，相比现有方法在筛选影响致密气产量的主控因素上更切合实际，对后续致密气产量预测研究有着极其深远的意义。
附图说明
[0039]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0040]
图1为本发明一种受限制游走模拟以计算多孔介质内流动迂曲度的方法流程示意图；
[0041]
图2为实施例1计算得到的经avizo可视化后的数字岩心矩阵；
[0042]
图3为实施例1计算得到的基于分水岭算法计算处理后的矩阵数据(avizo可视化)；
[0043]
图4为实施例1计算得到不同时间步长下的扩散系数；
具体实施方式
[0044]
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互结合。需要指出的是，除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。本发明公开使用的“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0045]
实施例1
[0046]
如附图1所示，一种基于随机游走精确测定多孔介质内渗流动态迂曲度的方法，包括以下步骤：
[0047]
step1：对岩样进行360度扫描，基于岩样多角度图像进行三维修正处理；转化后的三维数字岩心矩阵如表1所示，经avizo可视化读取的数据如说明书附图2所示。
[0048]
表1转化后的三维数字岩心数据矩阵
[0049]
[0050][0051]
step2：对处理后的岩样三维灰度数据通过图像阈值分割分离岩样孔隙与岩样骨架。对比矩阵统计孔隙与实际测试孔隙度调整阈值数据，获取表征真实岩样骨架与孔隙的数据；
[0052]
经过调整阈值，以阈值设定4817获得的孔隙度0.143与试验结果最相近，则以该阈值划分孔隙，图2为处理后的矩阵数据经avizo可视化后的结果。
[0053]
step3：结合现场实验，使用分水岭算法分割空隙相欧式距离矩阵，将复杂矩阵转化为较为简单的对应样品空间连接点集合，设定该矩阵区域为随机游走中无碰撞区域。
[0054]
经分水岭算法及修正后的随机游走无碰撞区域如图3三种蓝色位置所示。
[0055]
step4：通过不断去除岩石空隙相边界体素，结合现场实验将对应获取对应岩样在对应扫描分辨率下单个体素的碰撞与反弹概率。
[0056]
以数字岩心矩阵坐标[77,77,77]为例，基于其灰度值计算其在9个方向的运移概率为163/814,5/906,16/103,49/370,5/56,25/222,24/299,50/841,35/213。
[0057]
step5：选取样品数字岩心矩阵中孔隙内任意一点，进行随机游走模拟，游走过程中记录对应步数对应游走距离，对游走过程中矩阵边界进行镜像映射。随机游走模拟坐标在接触数字岩心骨架采取不同措施限制步数或游走距离。
[0058]
数字岩心样品中存在不同粒径，将数字岩心样品分为大粒径，小粒径总体以及按照无制约空间分别进行10000次*100000步游走，记录不同情况下运移距离。
[0059]
step6：通过随机游走步数与距离的关系表征样品储层迂曲度。
[0060]
如图4所示，游走步数高于70000次时，四种不同情况下的扩散系数均趋于定值，因此，该样品中大粒径区域，小粒径区域以及整体迂曲度分别为，1.7，2.1以及1.9.将此值带入泊肃叶方程进行流动模拟，模拟结果与真实结果相差8％，相比孔隙度计算的迂曲度值，模拟误差降低了11％。
[0061]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。