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【解决方案】中仿Simpleware数字岩心建模与数

2016-12-30

一、概述


在当今世界能源格局下,石油与天然气仍然是工业消耗的主要来源,油气资源是保证国民经济发展的命脉,在当前各种新的替代能源还未发展成熟之前,人们对油气资源的需求与开釆量仍然会日益增加。石油、天然气资源作为一种不可再生能源,如何对其高效合理的开采和利用,是推进石油工业技术发展的关键。测井作为一种重要的地球物理探测技术,一度被誉为“地质家的眼睛”,其在油气勘探开发中起到了决定性的作用,然而,随着目前油气勘探开发领域和规模的不断扩大,测井评价技术面临巨大挑战,特别是在岩石物理特征研究领域,常规实验方法遇到了诸多技术瓶颈,如岩心资料获取不全、岩心致密无法驱替、裂缝发育段岩心获取代表性差、页岩和油砂等非常规资源岩石物理实验工艺尚不成熟等。因此,加强对储层岩石物理特征的研究对于油气勘探开发具有至关重要的意义。


随着计算机的发展,数值模拟已经成为最经济且有效的科学研究方法。如数值模拟手段代替了核爆炸实验;模特卡罗粒子数值模拟代替了大多数放射性测量实验等。中仿科技公司技术团队在十多年的数值计算工作中,参与了众多重大项目,包括三峡大坝、某卫星系统设计、某核电站建设、某机场建设、二氧化碳封存、大型垃圾填埋场设计等等,发现越来越多领域的用户都在逐渐开展数值计算工作。在石油行业领域,数值模拟方法同样贯穿于油气田勘探与开发的始终,特别是在岩石物理研究方向,数值模拟方法与传统岩石物理实验方法相比,不仅节约成本,还可以开展微观尺度上的岩石物理属性影响因素分析,而且对于传统岩石物理实验无法直接测量的物理性质(如三相相对渗透率等),岩石物理数值模拟具有明显的优势。


岩石物理数值模拟研究必须基于一定的岩石物理模型,岩石物理模型的准确与否关系着岩石物理数值模拟结果的准确程度。岩石物理模型的发展经历了由简单到复杂的演化历程,根据模型的复杂程度,将其划分为两大类,即简单、规则的孔隙网络模型和复杂、真实的数字岩心模型。孔隙网络模型按照建模的拓扑性质来划分,可以分为规则拓扑孔隙网络模型和真实拓扑孔隙网络模型两类。孔隙网络模型都过于理想化,往往导致数值模拟结果与实际结果相差甚远,因而实用性较差,而能够真实反映岩心孔隙结构特征的三维数字岩心技术是岩石物理数值模拟研究的主要方向。


上世纪末,X射线CT扫描和计算机模拟技术在医学研究领域应用广泛,这引起了岩石物理学家对该技术的广泛兴趣,数字岩心技术在此背景下应运而生。利用CT扫描技术构建的三维数字岩心不仅能真实、完整的反应岩石的复杂孔隙结构特征,而且还可以代替真实岩心实验,系统全面的模拟岩石的电性、弹性、渗流等宏观物理属性。此外,数字岩心的建立大大节约了岩石物理研究的成本,数字岩心一旦构建完成就可以重复进行各种数值模拟实验,还可以根据研究者的需求进行各种实验条件约束,具有重要的应用价值和理论意义。


在测井解释评价工作中,面对岩性复杂、物性条件差的低渗透储层,传统岩石物理实验常常面临诸多问题和挑战。在某些复杂岩石物理问题传统实验无法解决的情况下,岩石物理数值模拟方法展现出强大的适应性。例如,利用数字岩心技术可以将错综复杂的岩石孔隙结构进行三维提取,大大简化了孔隙结构的影响因素。又如在研究岩石物理的机理性问题时,常常需要将简化的岩石物理模型与复杂的真实岩石结构进行对比分析,利用数字岩心技术模拟,可以实现不同条件下等效对比。中仿科技公司参与过众多测井项目的数值计算,例如和吉林大学的合作项目中,利用中仿数值仿真计算软件做二次开发,建立一套完整的测井系统;和中国科学院声学研究所、中国电子科技集团22研究所、中国石油集团长城钻探工程有限公司测井技术研究院等单位的合作中,也多次参与了数字岩心能源探测的项目,然而,数字岩心作为一种新兴的岩石物理研究方法,目前在测井和地质行业的实际应用还不够成熟,如何进一步发挥数字岩心技术在低渗透储层测井解释评价中旳作用,提高测井、地质研究人员对数字岩心技术的认知度,是目前数字岩心技术发展的重点。


二、数字岩心重构


数字岩心的重建方法有多种,如切片组合法、X射线扫描法和基于岩石二维图像的重建法等,但归纳起来有2大类:物理实验法和数值重建法。前者是借助于高精度的光学仪器获取岩心的平面图像,后者是利用各种重建算法获取三维数字岩心。由于重建算法利用较少的图像资料就可以获取反映孔隙结构的三维数字岩心,所以是当前进行数字岩心建模研究的重点。本解决方案主要围绕三维数字重构方法来阐述数字岩心的建立方法以及数字岩心的数值实验(仿真计算)。


(一)、数字岩心重构一般步骤


三维数字重构数字岩心以及后续数值实验(仿真计算),需要如下几个步骤:


即:数据获取、图像导入——降噪滤波、图像处理——体/面网格划分——模型导出、仿真计算



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