产生用于分析渗透性特征的多孔材料样本的三维特征模型的方法
产生用于分析渗透性特征的多孔材料样本的三维特征模型的方法
【专利说明】产生用于分析渗透性特征的多孔材料样本的H维特征模型 的方法 发明领域
[0001] 本发明设及多孔材料和介质特性的研究领域。更具体地说，本发明设及用于获得 岩石样本的特征=维模型的方法，该方法可基于计算机断层扫描图像的处理进一步研究其 空间物理性能。
【背景技术】
[0002] 石油和天然气储存在地壳的多孔岩石的不同深度。一种用于研究产油地层的方法 是对钻井过程中获取的岩巧-圆柱状岩石样本进行检验。岩石具有多尺度的非均匀结构。 岩巧分析能够解决油田开发中的许多重要问题；石油储量评估、采收方法选择、油田开发经 济性评估等。
[0003] 如今，石油工程师需要面对日益复杂的油田一碳酸盐地层、页岩油等，该需要更有 效的提高采收率方法。
[0004] 由于复杂和多尺度孔空间结构的原因，碳酸盐岩地层评估自身具有许多困难，包 括尺寸从数厘米到毫米的小数（化actionsofmillimeters)不等的裂缝和罐隙，W及尺寸 从几十纳米到几微米不等的孔。
[0005] 页岩地层具有小于1毫达西的超低渗透率W及显著的封闭孔隙度和油母质、硬有 机物。该些因素使页岩在传统的实验室中很难被研究。
[0006] 对采油方法的检验方法例如聚合物注水或热气沉积需要更昂贵的设备和更复杂 的实验，即使是大公司对每个物体也只能进行少量实验。该对项目总体设计的质量有不利 影响，降低了油采收和油田开发的盈利能力。
[0007] 岩巧材料对地下资源的信息来说是非常有价值的来源。然而，岩巧样本通常随着 时间推移而降解一分解或变质，该也显示了传统岩巧分析实验研究的一显著缺点。
[000引 由于上述传统方法的问题，最近数字岩石物理方法正在积极地被开发。该种复杂 的技术包括几个阶段（参见图1):
[0009] (1)利用计算机断层扫描进行多尺度岩巧分析；
[0010] (2)分割并处理断层图像；
[0011] 做采用高性能计算技术进行数学建模；
[0012] (4)将所得的多尺度结果整合到岩巧模型中。
[0013] -些团队使用类似的岩巧分析方法（例如请见DvorkinJ.等人的题为"Method fordeterminingpermeabilityofrockformationusingcomputertomograpicimages thereof"的美国专利us8081802B2)。然而，到现在为止该技术设及对表示岩石骨架和空 隙空间的像素使用断层图像分割，而并不总是能够获得足够准确的结果。
[0014] 在本申请中，提供了一种不设及分割的岩巧分析和岩巧数字模型构建的方法。
【发明内容】
[0015] 本发明设及获得多孔材料样本的特征=维模型的方法，该模型用于分析样本的渗 透性特征。
[0016] 本发明的计算效果是无需额外的财务和人力资源提高了多孔材料样本的渗透性 数值的精确性和可靠性。
[0017] 上述技术效果通过应用所述方法（用于获得多孔材料样本的特征=维模型W进 行渗透性特征分析）中设及的一系列动作来实现，该些动作包括：
[0018] (1)通过计算机断层扫描获得样本材料的S维断层图像，
[0019] (2)确定该S维图像（样本体积）的W均匀材料结构为特征的区域，通过分析断层 图像给每个区域赋予特定的体积密度值，
[0020] (3)给所得的S维图像的每个像素赋予特定的孔隙率值，
[0021] (4)给所得的=维图像的每个像素赋予特定的绝对渗透率值，
[0022] (5)基于所得图像的每个像素的已知的孔隙率和渗透率数值形成多孔材料样本的 特征=维模型，
[0023] (6)通过计算流体力学规律计算多孔材料的整个样本或其一部分沿任何方向的绝 对渗透率。
[0024] 根据本发明，基于专家意见或由所得的断层图像的直方图的分析识别具有均匀材 料结构的区域。在第一种情况下，材料的密度值通过实验数据获得，该提高了结果的精确 性。
[0025] 根据本发明，获得的图像的每个像素的材料孔隙率值通过将断层图像的每个像素 的断层亮度值的数值与该像素所属的区域的平均密度值相乘而算出。
[0026] 基于所得图像的每个像素的孔隙率值，通过使用描述该两个变量之间的分析相关 关系的公式来确定每个不同像素的渗透率值。
[0027] 此外，根据所要求保护的方法，基于样本的每个像素的空隙率和渗透率值形成所 研究样本的特征立维模型。
[002引因此，整个样本或其一部分的绝对渗透率可W被确定。为此，需使用基于流体和气 体动力学规律的公式。
[0029] 简要【附图说明】
[0030] 图1示出了通过微断层扫描获得的多孔材料样本的=维亮度分布图像。
[0031] 图2示出了S维图像的一个平面剖面，该图像反映了采用已知方法获得的图像分 割的示例，图中孔显示为黑色而多孔物体的材料显示为白色。
[0032] 图3示出了可视化的S维空隙空间模型，灰度表示物体的空隙空间。
[0033] 图4示出了样本孔隙空间的流体力学仿真结果，其中曲线示出流体输送的方向， 灰度表示流速。
[0034] 图5示出了由一条黑线分成两个区域的S维图像，根据本发明要求保护的方法， 每个反射区域具有不同体积密度，区域I中材料密度为Ri，区域II中材料密度为Rii。
【具体实施方式】
[0035] 在本发明的描述中，作为示例，所要求保护的技术被应用于圆柱形岩巧样本。该显 然不能被认为限制所要求保护方法在任何其他多孔介质的设计和形式（包括钻屑）中的可 能应用。
[0036] 首先，岩巧通过开钻过程升至地表并运至实验室，在实验室中，岩巧通常被切成较 小尺寸的样本用于微断层扫描研究。
[0037] 此外，W足够的分辨率（断层图像的必要像素尺寸）进行样本的断层研究。该结果 是岩巧的一组连续图像，其中每个由一种具有不同灰度（从纯白至纯黑）的像素表示。本 文中白色对应于最大体积密度，黑色对应于最低体积密度。
[003引下一步是区分材料样本的密度均匀的区域。此步骤可在专家意见和实验数据的基 础上通过辅助技术实现，或者通过使用用于断层图像处理的自动算法来实现。由于区域分 害d，会获得分别具有密度Ri，R2,...咕的N个子区域。
[0039] 在该种情况下，对于子区域i(i= 1，2,…，脚中的每个像素，像素体积内的相等特 征平均孔隙率为巧其中Pj.是像素的亮度值（X射线密度），c是校准常数。
[0040] 此外，可获得每个像素的绝对渗透率的数值。在描述孔隙率和渗透率之间联系 时存在一些分析相关关系。本文中，出于此目的，才用由公式沪批/[72r2(l-刮2]表示的 Kozeny-Carman模型，其中k是绝对渗透率值，是材料样本的孔隙率，d是样本内平均晶粒 尺寸，且T是孔道曲率值。
[0041] 所得结果是具有每个像素限定的孔隙率和渗透率数值的岩巧=维结构模型。使用 该模型，可W检查岩巧结构及其电容特性的异质性。此外，使用岩巧的该种数字表示形式， 可W有效地计算任何方向的绝对渗透率。该是通过应用一种计算流体力学（CFD)方法完成 的。
[0042] 本文中，多孔介质的过滤问题通过基于格子波尔兹曼（lattice Boltzmann)模型 的改进算法（例如，请见化aoli Guo, T. S.化ao在物理学评论（Phys. Rev.)发表的编号E 66, 036304但002)的文章"Lattice Boltzmann model for incompressible flows t虹OU曲 porous media")来解决的。该方法仅使用每个体素的局部孔隙率和渗透率来模拟流体力 学参数。在该种情况下，该方法被用于计算多孔材料=维模型的渗透率。
[0043] 本文描述的构建岩巧=维模型并获得其绝对渗透率的方法相比于类似方法 (例如，请见DvorkinJ等人的题为"Methodfordeterminingperme油ilityofrock formationusingcomputertomograpicimagesthereof" 的美国专利8081802 B2)具有 一些优点。
[0044] 首先，由于排除了从孔隙空间分离岩石的争议性步骤（因为无论断层扫描分辨率 如何，孔隙的某些部分可能不会被探测到），该方法具有较高的可靠性。例如，对尺寸为300 纳米的孔在1微米的分辨率下是不可能分割的。与此同时，所提出的方法使用全套源断层 数据一一岩巧的全亮图像。
[0045] 第二，所要求保护的方法的重要区别特征是它利用关于岩巧物质成分的附加数 据，该不需要通过使用断层扫描来获得一一而是例如由专家通过薄片研究、元素分析等来 获得。该一特性使得岩巧模型更加丰富和准确。
[0046] 第=，所要求保护的方法利用在每个体积点单独计算的孔隙率和渗透率值。该种 方法还没有在相似的过程中实现过，且该种方法可W显著提高结果的可靠性和准确性。
【主权项】
1. 一种产生用于分析渗透性特征的多孔材料样本的三维特征模型的方法，其特征在 于，所述方法包括获得样本材料的三维断层图像，识别具有均匀材料结构的区域并给每个 这样的区域赋予特定的密度值，给每个像素赋予特定的孔隙率值，给每个像素赋予特定的 绝对渗透率值，基于每个像素的孔隙率和渗透率数值形成特征三维模型，通过计算流体力 学方法计算整个样本或其一部分沿任何方向的绝对渗透率。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于专家意见或由断层图像获得的直方 图的分析确定具有均匀材料结构的区域。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得的图像的每个像素的孔隙率值通过 将每个像素的断层亮度值的数值与该像素所属的区域的材料密度相乘而算出。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所得图像的每个像素的渗透率值通过描 述其与孔隙率的分析相关关系的公式来确定。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔材料样本或其一部分的绝对渗 透率值通过流体力学规律来确定。
【专利摘要】本发明涉及一种产生岩石样本的三维特征模型的方法，该模型用于在处理由计算机断层扫描装置获得的图像之后分析材料的空间和物理特征。该方法包括产生样本材料的三维断层图像，识别具有均匀材料结构的区域并给每个这样的区域赋予特定的密度值，给每个像素赋予特定的孔隙率值，给每个像素赋予特定的绝对渗透率值，基于每个像素的孔隙率和渗透率数值形成三维特征模型，通过计算流体力学方法计算整个样本或其一部分沿任何方向的绝对渗透率。该技术可以在无需雇佣额外财务和劳动力资源的情况下，使得所获的关于多孔材料样本的渗透性特征的数据的精确性和可靠性有所提升。
【IPC分类】G06T19/00, G01N23/04, G01N15/08
【公开号】CN104885124
【申请号】CN201280078004
【发明人】E·A·格拉契夫, V·G·库里克奥, A·P·戈尔比克, G·A·卡拉什尼科夫, A·A·萨拉托夫, A·V·希瓦茨伯格
【申请人】因特维芯研究与发展有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2012年12月25日
【公告号】CA2896465A1, US20150331145, WO2014104909A1
【专利说明】产生用于分析渗透性特征的多孔材料样本的H维特征模型 的方法 发明领域
[0001] 本发明设及多孔材料和介质特性的研究领域。更具体地说，本发明设及用于获得 岩石样本的特征=维模型的方法，该方法可基于计算机断层扫描图像的处理进一步研究其 空间物理性能。
【背景技术】
[0002] 石油和天然气储存在地壳的多孔岩石的不同深度。一种用于研究产油地层的方法 是对钻井过程中获取的岩巧-圆柱状岩石样本进行检验。岩石具有多尺度的非均匀结构。 岩巧分析能够解决油田开发中的许多重要问题；石油储量评估、采收方法选择、油田开发经 济性评估等。
[0003] 如今，石油工程师需要面对日益复杂的油田一碳酸盐地层、页岩油等，该需要更有 效的提高采收率方法。
[0004] 由于复杂和多尺度孔空间结构的原因，碳酸盐岩地层评估自身具有许多困难，包 括尺寸从数厘米到毫米的小数（化actionsofmillimeters)不等的裂缝和罐隙，W及尺寸 从几十纳米到几微米不等的孔。
[0005] 页岩地层具有小于1毫达西的超低渗透率W及显著的封闭孔隙度和油母质、硬有 机物。该些因素使页岩在传统的实验室中很难被研究。
[0006] 对采油方法的检验方法例如聚合物注水或热气沉积需要更昂贵的设备和更复杂 的实验，即使是大公司对每个物体也只能进行少量实验。该对项目总体设计的质量有不利 影响，降低了油采收和油田开发的盈利能力。
[0007] 岩巧材料对地下资源的信息来说是非常有价值的来源。然而，岩巧样本通常随着 时间推移而降解一分解或变质，该也显示了传统岩巧分析实验研究的一显著缺点。
[000引 由于上述传统方法的问题，最近数字岩石物理方法正在积极地被开发。该种复杂 的技术包括几个阶段（参见图1):
[0009] (1)利用计算机断层扫描进行多尺度岩巧分析；
[0010] (2)分割并处理断层图像；
[0011] 做采用高性能计算技术进行数学建模；
[0012] (4)将所得的多尺度结果整合到岩巧模型中。
[0013] -些团队使用类似的岩巧分析方法（例如请见DvorkinJ.等人的题为"Method fordeterminingpermeabilityofrockformationusingcomputertomograpicimages thereof"的美国专利us8081802B2)。然而，到现在为止该技术设及对表示岩石骨架和空 隙空间的像素使用断层图像分割，而并不总是能够获得足够准确的结果。
[0014] 在本申请中，提供了一种不设及分割的岩巧分析和岩巧数字模型构建的方法。
【发明内容】
[0015] 本发明设及获得多孔材料样本的特征=维模型的方法，该模型用于分析样本的渗 透性特征。
[0016] 本发明的计算效果是无需额外的财务和人力资源提高了多孔材料样本的渗透性 数值的精确性和可靠性。
[0017] 上述技术效果通过应用所述方法（用于获得多孔材料样本的特征=维模型W进 行渗透性特征分析）中设及的一系列动作来实现，该些动作包括：
[0018] (1)通过计算机断层扫描获得样本材料的S维断层图像，
[0019] (2)确定该S维图像（样本体积）的W均匀材料结构为特征的区域，通过分析断层 图像给每个区域赋予特定的体积密度值，
[0020] (3)给所得的S维图像的每个像素赋予特定的孔隙率值，
[0021] (4)给所得的=维图像的每个像素赋予特定的绝对渗透率值，
[0022] (5)基于所得图像的每个像素的已知的孔隙率和渗透率数值形成多孔材料样本的 特征=维模型，
[0023] (6)通过计算流体力学规律计算多孔材料的整个样本或其一部分沿任何方向的绝 对渗透率。
[0024] 根据本发明，基于专家意见或由所得的断层图像的直方图的分析识别具有均匀材 料结构的区域。在第一种情况下，材料的密度值通过实验数据获得，该提高了结果的精确 性。
[0025] 根据本发明，获得的图像的每个像素的材料孔隙率值通过将断层图像的每个像素 的断层亮度值的数值与该像素所属的区域的平均密度值相乘而算出。
[0026] 基于所得图像的每个像素的孔隙率值，通过使用描述该两个变量之间的分析相关 关系的公式来确定每个不同像素的渗透率值。
[0027] 此外，根据所要求保护的方法，基于样本的每个像素的空隙率和渗透率值形成所 研究样本的特征立维模型。
[002引因此，整个样本或其一部分的绝对渗透率可W被确定。为此，需使用基于流体和气 体动力学规律的公式。
[0029] 简要【附图说明】
[0030] 图1示出了通过微断层扫描获得的多孔材料样本的=维亮度分布图像。
[0031] 图2示出了S维图像的一个平面剖面，该图像反映了采用已知方法获得的图像分 割的示例，图中孔显示为黑色而多孔物体的材料显示为白色。
[0032] 图3示出了可视化的S维空隙空间模型，灰度表示物体的空隙空间。
[0033] 图4示出了样本孔隙空间的流体力学仿真结果，其中曲线示出流体输送的方向， 灰度表示流速。
[0034] 图5示出了由一条黑线分成两个区域的S维图像，根据本发明要求保护的方法， 每个反射区域具有不同体积密度，区域I中材料密度为Ri，区域II中材料密度为Rii。
【具体实施方式】
[0035] 在本发明的描述中，作为示例，所要求保护的技术被应用于圆柱形岩巧样本。该显 然不能被认为限制所要求保护方法在任何其他多孔介质的设计和形式（包括钻屑）中的可 能应用。
[0036] 首先，岩巧通过开钻过程升至地表并运至实验室，在实验室中，岩巧通常被切成较 小尺寸的样本用于微断层扫描研究。
[0037] 此外，W足够的分辨率（断层图像的必要像素尺寸）进行样本的断层研究。该结果 是岩巧的一组连续图像，其中每个由一种具有不同灰度（从纯白至纯黑）的像素表示。本 文中白色对应于最大体积密度，黑色对应于最低体积密度。
[003引下一步是区分材料样本的密度均匀的区域。此步骤可在专家意见和实验数据的基 础上通过辅助技术实现，或者通过使用用于断层图像处理的自动算法来实现。由于区域分 害d，会获得分别具有密度Ri，R2,...咕的N个子区域。
[0039] 在该种情况下，对于子区域i(i= 1，2,…，脚中的每个像素，像素体积内的相等特 征平均孔隙率为巧其中Pj.是像素的亮度值（X射线密度），c是校准常数。
[0040] 此外，可获得每个像素的绝对渗透率的数值。在描述孔隙率和渗透率之间联系 时存在一些分析相关关系。本文中，出于此目的，才用由公式沪批/[72r2(l-刮2]表示的 Kozeny-Carman模型，其中k是绝对渗透率值，是材料样本的孔隙率，d是样本内平均晶粒 尺寸，且T是孔道曲率值。
[0041] 所得结果是具有每个像素限定的孔隙率和渗透率数值的岩巧=维结构模型。使用 该模型，可W检查岩巧结构及其电容特性的异质性。此外，使用岩巧的该种数字表示形式， 可W有效地计算任何方向的绝对渗透率。该是通过应用一种计算流体力学（CFD)方法完成 的。
[0042] 本文中，多孔介质的过滤问题通过基于格子波尔兹曼（lattice Boltzmann)模型 的改进算法（例如，请见化aoli Guo, T. S.化ao在物理学评论（Phys. Rev.)发表的编号E 66, 036304但002)的文章"Lattice Boltzmann model for incompressible flows t虹OU曲 porous media")来解决的。该方法仅使用每个体素的局部孔隙率和渗透率来模拟流体力 学参数。在该种情况下，该方法被用于计算多孔材料=维模型的渗透率。
[0043] 本文描述的构建岩巧=维模型并获得其绝对渗透率的方法相比于类似方法 (例如，请见DvorkinJ等人的题为"Methodfordeterminingperme油ilityofrock formationusingcomputertomograpicimagesthereof" 的美国专利8081802 B2)具有 一些优点。
[0044] 首先，由于排除了从孔隙空间分离岩石的争议性步骤（因为无论断层扫描分辨率 如何，孔隙的某些部分可能不会被探测到），该方法具有较高的可靠性。例如，对尺寸为300 纳米的孔在1微米的分辨率下是不可能分割的。与此同时，所提出的方法使用全套源断层 数据一一岩巧的全亮图像。
[0045] 第二，所要求保护的方法的重要区别特征是它利用关于岩巧物质成分的附加数 据，该不需要通过使用断层扫描来获得一一而是例如由专家通过薄片研究、元素分析等来 获得。该一特性使得岩巧模型更加丰富和准确。
[0046] 第=，所要求保护的方法利用在每个体积点单独计算的孔隙率和渗透率值。该种 方法还没有在相似的过程中实现过，且该种方法可W显著提高结果的可靠性和准确性。
【主权项】
1. 一种产生用于分析渗透性特征的多孔材料样本的三维特征模型的方法，其特征在 于，所述方法包括获得样本材料的三维断层图像，识别具有均匀材料结构的区域并给每个 这样的区域赋予特定的密度值，给每个像素赋予特定的孔隙率值，给每个像素赋予特定的 绝对渗透率值，基于每个像素的孔隙率和渗透率数值形成特征三维模型，通过计算流体力 学方法计算整个样本或其一部分沿任何方向的绝对渗透率。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于专家意见或由断层图像获得的直方 图的分析确定具有均匀材料结构的区域。3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得的图像的每个像素的孔隙率值通过 将每个像素的断层亮度值的数值与该像素所属的区域的材料密度相乘而算出。4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所得图像的每个像素的渗透率值通过描 述其与孔隙率的分析相关关系的公式来确定。5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔材料样本或其一部分的绝对渗 透率值通过流体力学规律来确定。
【专利摘要】本发明涉及一种产生岩石样本的三维特征模型的方法，该模型用于在处理由计算机断层扫描装置获得的图像之后分析材料的空间和物理特征。该方法包括产生样本材料的三维断层图像，识别具有均匀材料结构的区域并给每个这样的区域赋予特定的密度值，给每个像素赋予特定的孔隙率值，给每个像素赋予特定的绝对渗透率值，基于每个像素的孔隙率和渗透率数值形成三维特征模型，通过计算流体力学方法计算整个样本或其一部分沿任何方向的绝对渗透率。该技术可以在无需雇佣额外财务和劳动力资源的情况下，使得所获的关于多孔材料样本的渗透性特征的数据的精确性和可靠性有所提升。
【IPC分类】G06T19/00, G01N23/04, G01N15/08
【公开号】CN104885124
【申请号】CN201280078004
【发明人】E·A·格拉契夫, V·G·库里克奥, A·P·戈尔比克, G·A·卡拉什尼科夫, A·A·萨拉托夫, A·V·希瓦茨伯格
【申请人】因特维芯研究与发展有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2012年12月25日
【公告号】CA2896465A1, US20150331145, WO2014104909A1
最新回复(0)