一种用于氢气流动行为模拟的页岩数字岩心重构方法

本发明涉及油气藏室内模拟，具体涉及一种用于氢气流动行为模拟的页岩数字岩心重构方法。

背景技术：

1、在“双碳”目标驱动下，低碳绿色能源格局及范式正在全方位演变。氢能作为最具潜力的清洁能源也正经历“灰氢”—“蓝氢”—“绿氢”的转变。随着制氢工业技术发展引发氢产能的提高，使得大规模储氢设施需求激增。页岩气藏原生密闭、库容量大、分布广、注采设施完备等优点使其成为地下大型储氢库强力竞争场所，但对于地下大面积储氢的研究多聚焦与盐穴、含水层、废弃砂岩油气藏，对于页岩储氢的试验与研究鲜有报道。

2、氢气在页岩中的流动行为、微观运移机理、封存安全性是页岩储氢库建设面临的诸多瓶颈问题。数字岩心技术作为一项成熟的孔隙网络模型构建方法，已广泛应用于各种流体在微观孔隙尺度的模拟研究领域。传统的数字岩心重构方法聚焦孔隙与岩石骨架的真实还原，对于孔隙结构的提取与重构方法主要有模拟退火法、序贯模拟法、过程法以及蒙特卡罗法。页岩气藏具有孔隙尺度跨度广，非均质强等特点，使得针对砂岩有效的重构方法在应用于页岩气藏时会出现计算时间长、计算难度大和孔隙特征重构准确率低等问题。

3、马尔科夫链式蒙特卡罗(markov chain monte carlo)方法是基于概率分布蒙特卡罗法改进而来，已经能被证实可有效用于页岩气藏的孔隙结构重构，但传统的数字岩心重构会忽略孔隙结构自身的成分特征，而被忽视的成分特征对于氢气微观吸附和扩散机理有着不可忽视的影响，这将使得对于氢气微观运移的研究存在机理认识不清或考虑不全的隐患。

4、目前尚未有一种考虑页岩孔隙类型和全矿物成分的数字岩心重构方法。

技术实现思路

1、为解决上述至少一种问题，本发明提出了一种用于氢气流动行为模拟的页岩数字岩心重构方法，其最终获得的数字岩心模型，能够更加准确、更加方便的对含氢气体在岩心内的流动模拟。

2、本发明的技术方案如下，一种用于氢气流动行为模拟的页岩数字岩心重构方法，包括如下步骤：

3、s1、获取岩心在至少三个方向上的二维扫描图像，并获取岩心的孔隙特征，所述孔隙特征包括孔隙类型；

4、s2、获取岩心的矿物组成；

5、s3、基于岩心的二维扫描图像以及岩心的孔隙特征，利用马尔科夫链式蒙特卡罗方法得到重构数字岩心中间体；

6、s4、根据岩心中矿物的含量，利用马尔科夫链式蒙特卡罗方法对无机孔隙的矿物成分进行标定即得重构数字岩心。

7、本发明的有益效果在于：本发明结合x-射线全岩矿物分析、扫描电镜有机/无机孔隙识别与马尔科夫链式蒙特卡罗方法，对数字岩心的孔隙结构和成分进行标定，使得最终获得的数字岩心模型，能够更加准确、更加方便的对含氢气体在岩心内的流动模拟。最终得到的结果，对页岩储氢库合理注采循环设计、库容量、安全密闭性评价具有重要实际意义。

技术特征：

1.一种用于氢气流动行为模拟的页岩数字岩心重构方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，基于sem获取岩心在相互垂直的三个方向上的二维扫描图像。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s1中，利用阈值分割法，区分二维扫描图像中的孔隙和骨架，从而获取岩心的孔隙特征，所述岩心的孔隙特征包括孔径分布、有机孔隙和无机孔隙。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s2中，基于x-射线衍射矿物分析，获取岩心的矿物组成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3中，利用马尔科夫链式蒙特卡罗法得到重构数字岩心的具体步骤包括：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于马尔科夫链式蒙特卡罗法进行预测时，包括以下公式：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在完成数字岩心的重构后对于系数α，可通过以下公式进行校正：式中，δα为修正值，为重构后孔隙度，为三个扫描面的平均孔隙度。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s3和s4之间，还包括以下步骤：利用改进的叠加算法，将不同分辨率重构图像进行叠加，所述改进的叠加算法如下所示：

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，s4中，利用马尔科夫链式蒙特卡罗方法对无机孔隙的矿物成分进行标定的具体操作如下：

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对无机孔隙的矿物成分进行标定后，还包括：通过最大球法对重构后的数字岩心模型进行孔隙结构提取。

技术总结
本发明公开了一种用于氢气流动行为模拟的页岩数字岩心重构方法，属于油气藏室内模拟技术领域。该方法包括以下步骤：获取岩心在至少三个方向上的二维扫描图像，并获取岩心的孔隙特征，所述孔隙特征包括孔隙类型；获取岩心的矿物组成；基于岩心的二维扫描图像以及岩心的孔隙特征，利用马尔科夫链式蒙特卡罗方法得到重构数字岩心中间体；根据岩心中矿物的含量，利用马尔科夫链式蒙特卡罗方法对无机孔隙的矿物成分进行标定即得重构数字岩心。根据本发明的方法获得的数字岩心模型，能够更加准确、更加方便的对含氢气体在岩心内的流动模拟。

技术研发人员：魏明强,卫诗豪,段永刚,罗乐,李政澜,任科屹,方全堂
受保护的技术使用者：西南石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15