驱替实验的实验数据获取方法及系统与流程

本发明涉及油气田开发室内实验技术领域，特别涉及一种驱替实验的实验数据获取方法及系统。

背景技术：

在油气开发前一般需要在室内进行驱替实验，以模拟油气开发，在模拟过程中获取采收率等核心参数，以指导后续油气的正式开采。

目前常用的驱替模拟实验为基于填砂模型的物理模拟实验。然而，上述填砂模型的物理模拟设备通常为钢制封闭结构，不能直观观察到实验过程中诸如油水运移、油水分布等重要的实验现象。此外，现有技术中的驱替实验及相应的装置也无法获取洗油效率。

因此有必要提供一种新的驱替实验的实验数据获取方法及系统，以克服现有技术中的缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种驱替实验的实验数据获取方法及系统，能够获取采收率和通过采集图像获取波及系数，进而获取洗油效率。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

一种驱替实验的实验数据获取方法，包括：

构建驱替实验系统，所述驱替实验系统设置有呈平板结构的填砂模型，所述填砂模型内形成有凹槽；

向所述填砂模型的凹槽内注入饱和原油，并采集所述填砂模型的初始图像；

利用所述驱替实验系统进行驱替实验，并在驱替实验过程中通过图像采集系统实时采集所述填砂模型的实验图像；

在所述驱替实验结束后，根据所述驱替实验系统获取的出油量和注入的饱和原油量数据确定采收率，同时提取所述驱替实验结束后，所述填砂模型对应的最终图像；

将所述初始图像和最终图像进行数据处理，确定平面波及系数；

将所述平面波及系数等效为体积波及系数，基于所述体积波及系数和采收率确定洗油效率，所述洗油效率为所述采收率与所述体积波及系数的比值。

在一个优选的实施方式中，所述填砂模型的凹槽呈方形，所述凹槽的边长与所述凹槽的深度的比值大于等于10。

在一个优选的实施方式中，所述填砂模型的凹槽的边长为10厘米至20厘米，所述凹槽的深度为1厘米至2厘米。

在一个优选的实施方式中，将所述最终图像进行数据处理包括：

将所述最终图像放大后转换为灰度图；

设置初始划分阈值，基于所述初始划分阈值将所述灰度图转换为黑白二值图；所述黑白二值图包括黑色像素和白色像素；

统计所述黑色像素的个数，并根据所述黑色像素的个数确定白色像素占比。

在一个优选的实施方式中，所述方法还包括：

判断所述波及系数、采收率、洗油效率是否均小于1；

若所述波及系数、采收率、洗油效率存在至少一个不小于1，则调整所述初始划分阈值。

一种驱替实验的实验数据获取系统，包括：驱替实验系统、图像采集系统和图像处理系统；

其中，所述驱替实验系统包括：呈平板结构的填砂模型，以及与所述填砂模型相连接的泵、中间容器、控制阀；

所述图像采集系统用于采集所述填砂模型的平面图像，包括：向所述填砂模型的凹槽内注入饱和原油后采集所述填砂模型的初始图像；在驱替实验过程中实时采集所述填砂模型的实验图像；以及采集所述驱替实验结束后，所述填砂模型对应的最终图像；

所述图像处理系统用于将所述初始图像和最终图像进行数据处理，确定平面波及系数；将所述平面波及系数等效为体积波及系数，基于所述体积波及系数和采收率确定洗油效率，所述洗油效率为所述采收率与所述体积波及系数的比值。

在一个优选的实施方式中，所述填砂模型的凹槽呈方形，所述凹槽的边长与所述凹槽的深度的比值大于等于10。

在一个优选的实施方式中，所述填砂模型的凹槽的边长为10厘米至20厘米，所述凹槽的深度为1厘米至2厘米。

在一个优选的实施方式中，所述图像处理系统包括：

灰度转换模块，用于将所述最终图像放大后转换为灰度图；

黑白二值图转换模块，用于设置初始划分阈值，基于所述初始划分阈值将所述灰度图转换为黑白二值图；所述黑白二值图包括黑色像素和白色像素；

统计模块，用于统计所述黑色像素的个数，并根据所述黑色像素的个数确定白色像素占比。

在一个优选的实施方式中，所述图像处理系统还包括：

阈值判别模块，用于判断所述波及系数、采收率、洗油效率是否均小于1；若所述波及系数、采收率、洗油效率存在至少一个不小于1，则调整所述初始划分阈值。

在一个优选的实施方式中，所述图像采集系统的分辨率大于1200万像素。

在一个优选的实施方式中，所述填砂模型的凹槽对应的开孔位置设置有平板玻璃，所述平板玻璃与所述凹槽配合的位置设置有密封圈。

本发明的特点和优点是：通过将填砂模型设置成凹槽位置带有平板玻璃的模型，在驱替实验过程中通过图像采集系统实时采集所述填砂模型的实验图像，基于获取的实验图像，从宏观上对驱替实验效果进行直观评价，另外，通过在实验过程中获取采收率以及平面波及系数，可以确定出微观的洗油效率，从而指导实际的生产开发。

附图说明

图1是本申请实施方式中一种驱替实验的实验数据获取方法的步骤流程图；

图2是本申请实施方式中一种填砂模型的主视图；

图3是本申请实施方式中一种填砂模型的俯视图；

图4是本申请实施方式中驱替实验的实验数据获取方法的子步骤流程图；

图5a是某一次实验中获取的宏观图像；

图5b是上述宏观图像经过处理后的黑白二值图；

图6a是另一次实验中获取的宏观图像；

图6b是上述宏观图像经过处理后的黑白二值图；

图7是本申请实施方式中一种驱替实验的实验数据获取系统中图像处理系统的结构示意图。

附图标记说明：

填砂模型10、入口端11、出口端12、凹槽13、平板玻璃14、灰度转换模块141、黑白二值图转换模块142、统计模块143。

具体实施方式

下面将结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作详细说明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围内。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明提供一种驱替实验的实验数据获取方法及系统，能够获取采收率和通过采集图像的获取波及系数，进而获取洗油效率。

本申请所述的驱替实验的实验数据获取系统是一种基于数据图像处理技术的可视化实验系统。

请参阅图1至图3，本申请实施方式中提供一种驱替实验的实验数据获取方法，该方法可以包括如下步骤：

步骤s10：构建驱替实验系统，所述驱替实验系统设置有呈平板结构的填砂模型10，所述填砂模型10内形成有凹槽13；

步骤s11：向所述填砂模型10的凹槽13内注入饱和原油，并采集所述填砂模型10的初始图像；

步骤s12：利用所述驱替实验系统进行驱替实验，并在驱替实验过程中通过图像采集系统实时采集所述填砂模型10的实验图像；

步骤s13：在所述驱替实验结束后，根据所述驱替实验系统获取的出油量和注入的饱和原油量数据确定采收率，同时提取所述驱替实验结束后，所述填砂模型10对应的最终图像；

步骤s14：将所述初始图像和最终图像进行数据处理，确定平面波及系数；

步骤s15：将所述平面波及系数等效为体积波及系数，基于所述体积波及系数和采收率确定洗油效率，所述洗油效率为所述采收率与所述体积波及系数的比值。

在本实施方式中，所述填砂模型10内部可以开设有方形凹槽13，所述凹槽13内用于容纳不同目数的石英砂。实验时，在所述凹槽13对应的开孔位置设置有平板玻璃14，图像采集系统通过所述平板玻璃14可以采集到凹槽13位置的图像。具体的，所述平板玻璃14可以为高强度、高透光度的玻璃，以较佳地满足实验需求。在所述平板玻璃14与所述凹槽13配合的位置设置有密封圈，所述密封圈可以通过加压方式固定密封，以便于当所述填砂模型10内充入高压模拟液时，该密封圈可以可靠地密封。在本实施方式中，所述方形凹槽13的边长与所述凹槽13的深度的比值大于等于10，即填砂模型10呈平板结构，垂向深度尺寸远小于平面面积尺寸，使得驱替介质在模型中的体积波及系数可以近似为在平面上的面积波及系数。

具体的，所述平板结构的填砂模型10可以由316不锈钢按预定结构铣销加工而成。该结构中包含预定尺寸的平板凹槽13。该填砂模型10具有相对的入口端11和出口端12，所述入口端11和出口端12分别与所述平板凹槽13相连通。具体的，所述入口端11和出口端12可以为螺丝接口，通过该螺丝接口可以连接钢制管线。

实验时，在凹槽13内填入实验所需的石英砂，压实，上覆高强度、高透光度玻璃，并采用密封圈加压方式固定密封，从而构建为可视化驱替实验系统。由于该填砂模型10具有耐高温高压的特性，通过在模型两端的螺丝接口连接钢制管线可进行常规驱油物理模拟实验。进行常规驱油物理模拟实验所需要的工具至少还应包括，流量可控的平流泵、六通阀、中间容器、钢制管线、压力表、温度表等。

在一个具体的实施方式中，所述填砂模型10的凹槽13为正方形，其边长范围可以为10厘米至20厘米，所述凹槽13的深度范围可以为1厘米至2厘米。当然，所述填砂模型10凹槽13的尺寸还可以根据实验需要作适应性调整，具体的，本申请在此并不作具体的限定。

在本实施方式中，所述图像采集系统的分辨率大于1200万像素，以保证获取清晰的驱替实验中的细节变化。具体的，所述图像采集系统可以包括高分辨率的数码照相机，该数码照相机的像素不低于1200万，在将采集的图像放大后，可准确观察到驱替实验中的细节变化，同时实现宏观与微观实验现象的捕捉。具体的，该照相机需安装于所述填砂模型10的玻璃形成的可视观察窗口的正上方，且可视观察窗口与相机镜头间需安装遮光罩。

在本实施方式中，所述图像处理系统基于matlab或者python的图像处理软件，实现将含油部分转换为黑色像素，被水驱替的部分转换为白色像素，进而计算得出水作为驱替介质在填砂模型10中的体积波及系数。进一步可以计算得出实验的微观洗油效率。

在本实施方式中，可以根据所述驱替实验系统获取的出油量和注入的饱和原油量数据确定采收率。具体的，所述采收率为获取的油水混合物中出油量与注入的饱和原油量的比值。

请参阅图4，在一个具体的实施方式中，将所述最终图像进行数据处理包括：

步骤s141：将所述最终图像放大后转换为灰度图；

步骤s142：设置初始划分阈值，基于所述初始划分阈值将所述灰度图转换为黑白二值图；所述黑白二值图包括黑色像素和白色像素；

步骤s143：统计所述黑色像素的个数，并根据所述黑色像素的个数确定白色像素占比。

具体的，确定白色像素占比的主要代码如下：

上述主要代码中，a、b代表凹槽13的两个边长，c代表凹槽13的深度。

请参阅图5a，其为某一次实验过程中获取的宏观图像，该图像经过图像处理系统处理后获得图5b所示的黑白二值图。基于该黑白二值图，计算获得该图像的白色像素占比为53.68％。

请参阅图6a，其为另一次对比实验过程中获取的宏观图像，该图像经过图像处理系统处理后获得图6b所示的黑白二值图。基于该黑白二值图，计算获得的该图像的白色像素占比为74.94％。

当确定了白色像素的占比后，由于白色像素代表了被水驱替的部分，也就是获得了面积波及系数。由于该填砂模型10呈平板结构，垂向深度尺寸远小于平面面积尺寸，使得驱替介质在模型中的体积波及系数可以近似为在平面上的面积波及系数，也就是获得了体积波及系数。

在获取了体积波及系数和采收率的情况下，可以利用采收率＝体积波及系数*微观洗油效率求得洗油效率。

其中，采收率指的是采出原油量与油藏原始地质储量之比，通常以百分数表示。油藏的地质条件和现有的开发采油工艺水平，决定了一个油藏原油采收率的高低。随着开发工艺水平的不断提高，原油采收率也将随之增加。对于注水开发的油田来说，油层采收率的高低，主要取决于两个因素，即波及系数和洗油效率。原油的采收率等于波及系数和洗油效率的乘积，要进一步提高原油采收率，需提高波及系数和洗油效率。

波及系数是注入的驱油剂在油层中的波及程度，也指驱油剂波及到的油层容积与整个含油容积的比，也就是被驱油剂驱洗过的油层体积(或面积)占油层总体积(或面积)的百分数。

洗油效率是指被工作剂前缘驱过的单位体积岩石中驱出油量与驱动前储量的比值，也称为微观波及系数。驱替效率是油藏驱替效果好差的反映。

进一步的，所述方法还可以包括：判断所述波及系数、采收率、洗油效率是否均小于1；若所述波及系数、采收率、洗油效率存在至少一个不小于1，则调整所述初始划分阈值。

在本实施方式中，所述初始划分阈值可以根据经验值给以初步的确定，以用于在灰度图像中划分黑色像素和白色像素。

在实验过程中，可以用相同的初始划分阈值进行对比实验，以判断所述初始划分阈值的合理性，另外，可以结合波及系数、采收率、洗油效率等参数的大小确认所述初始划分阈值的合理性。当所述波及系数、采收率、洗油效率存在至少一个不小于1，表示所述初始划分阈值不合理，此时可以调整所述初始划分阈值。此外，还可以结合其他方式判断所述初始划分阈值是否合理，例如，可以通过获取的图像进行判断，当然，判断所述初始划分阈值的方式并不限于上述举例，本申请在此并不作具体的限定。

本申请所提供的驱替实验的实验数据获取方法，通过将填砂模型10设置成凹槽13位置带有平板玻璃14的模型，在驱替实验过程中通过图像采集系统实时采集所述填砂模型10的实验图像，基于获取的实验图像，从宏观上对驱替实验效果进行直观评价，另外，通过在实验过程中获取采收率以及平面波及系数，可以确定出微观的洗油效率，从而指导实际的生产开发。

本申请实施方式中提供的一种驱替实验的实验数据获取系统，可以包括：驱替实验系统、图像采集系统和图像处理系统。其中，所述驱替实验系统包括：填砂模型10，以及与所述填砂模型10相连接的泵、中间容器、控制阀，其中，填砂模型10为平板结构；所述图像采集系统用于采集所述填砂模型10的平面图像，包括：向所述填砂模型10的凹槽13内注入饱和原油后采集所述填砂模型10的初始图像；在驱替实验过程中实时采集所述填砂模型10的实验图像；以及采集所述驱替实验结束后，所述填砂模型10对应的最终图像；所述图像处理系统用于将所述初始图像和最终图像进行数据处理，确定平面波及系数；将所述平面波及系数等效为体积波及系数，基于所述体积波及系数和采收率确定洗油效率，所述确定洗油效率为所述采收率与所述体积波及系数的比值。

如图2或3所示，在一个实施方式中，所述填砂模型10内部可以开设有方形凹槽13，所述凹槽13内用于容纳不同目数的石英砂。实验时，在所述凹槽13对应的开孔位置设置有平板玻璃14，图形采集系统通过所述平板玻璃14可以采集到凹槽13位置的图像。具体的，所述平板玻璃14可以为高强度、高透光度的玻璃，以较佳地满足实验需求。在所述平板玻璃14与所述凹槽13配合的位置设置有密封圈，所述密封圈可以通过加压方式固定密封，以便于当所述填砂模型10内充入高压模拟液时，该密封圈可以可靠地密封。在本实施方式中，所述方形凹槽13的边长与所述凹槽13的深度的比值大于等于10，即填砂模型10呈平板结构，垂向深度尺寸远小于平面面积尺寸，使得驱替介质在模型中的体积波及系数可以近似为在平面上的面积波及系数。

具体的，所述平板结构的填砂模型10可以由316不锈钢按预定结构铣销加工而成。该结构中包含预定尺寸的平板凹槽13。该填砂模型10具有相对的入口端11和出口端12，所述入口端11和出口端12分别与所述平板凹槽13相连通。具体的，所述入口端11和出口端12可以为螺丝接口，通过该螺丝接口可以连接钢制管线。

实验时，在凹槽13内填入实验所需的石英砂，压实，上覆高强度、高透光度玻璃，并采用密封圈加压方式固定密封，从而构建为可视化驱替实验系统。由于该填砂模型10具有耐高温高压的特性，通过在模型两端的螺丝接口连接钢制管线可进行常规驱油物理模拟实验。进行常规驱油物理模拟实验所需要的工具至少还应包括，流量可控的平流泵、六通阀、中间容器、钢制管线、压力表、温度表等。

在一个具体的实施方式中，所述填砂模型10的凹槽13为正方形，其边长范围可以为10厘米至20厘米，所述凹槽13的深度范围可以为1厘米至2厘米。当然，所述填砂模型10凹槽13的尺寸还可以根据实验需要作适应性调整，具体的，本申请在此并不作具体的限定。

在本实施方式中，所述图像采集系统的分辨率大于1200万像素，以保证获取清晰的驱替实验中的细节变化。具体的，所述图像采集系统可以包括高分辨率的数码照相机，该数码照相机的像素不低于1200万，在将采集的图像放大后，可准确观察到驱替实验中的细节变化，同时实现宏观与微观实验现象的捕捉。具体的，该照相机需安装于所述填砂模型10的玻璃形成的可视观察窗口的正上方，且可视观察窗口与相机镜头间需安装遮光罩。

在本实施方式中，所述图像处理系统基于matlab或者python的图像处理软件，实现将含油部分转换为黑色像素，被水驱替的部分转换为白色像素，进而计算得出水作为驱替介质在填砂模型10中的体积波及系数。进一步可以计算得出实验的微观洗油效率。

请参阅图7，在一个实施方式中，所述图像处理系统可以包括：

灰度转换模块141，用于将所述最终图像放大后转换为灰度图；

黑白二值图转换模块142，用于设置初始划分阈值，基于所述初始划分阈值将所述灰度图转换为黑白二值图；所述黑白二值图包括黑色像素和白色像素；

统计模块143，用于统计所述黑色像素的个数，并根据所述黑色像素的个数确定白色像素占比。

进一步的，所述图像处理系统还可以包括：阈值判别模块，用于判断所述波及系数、采收率、洗油效率是否均小于1；若所述波及系数、采收率、洗油效率存在至少一个不小于1，则调整所述初始划分阈值。

本申请所提供的驱替实验的实验数据获取系统，通过将填砂模型10设置成凹槽13位置带有平板玻璃14的模型，在驱替实验过程中通过图像采集系统实时采集所述填砂模型10的实验图像，基于获取的实验图像，从宏观上对驱替实验效果进行直观评价，另外，通过在实验过程中获取采收率以及利用图像处理系统获取平面波及系数，可以确定出微观的洗油效率，从而指导实际的生产开发。

本说明书中的上述各个实施方式均采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同相似部分相互参照即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式不同之处。

以上所述仅为本发明的几个实施方式，虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施方式的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附权利要求书所界定的范围为准。