深层超深层油气藏高应力下数字岩心构建方法

深层超深层油气藏由于埋藏深,其地应力达200 MPa,会显著改变储层岩石孔隙的微观结构。数字岩心是孔隙尺度数值模拟的重要载体,但是现有数字岩心重构方法是基于常温常压下岩心的扫描图像重构,不能反映高应力下的孔隙结构。为此,提出了一种基于离散元法考虑高应力影响的数字岩心重构方法。首先,采用分水岭算法分割CT图像,利用球面谐波分析方法建立轮廓数据库,并在PFC^(3D)中建立Clump(团簇)模板库;然后,根据孔隙度和粒径分布使用模板库中的Clump建立离散元模型,并用两点相关和线性路径相关函数曲线评价模型的准确性;随后,标定颗粒间微观力学参数,并加载应力模拟得到不同应力下的数字岩心;最后,分析了不同应力下数字岩心的孔隙几何拓扑结构,计算孔隙度和渗透率。以Bentheim砂岩为例,构建了其不同应力下的数字岩心,研究结果表明,应力增大,导致孔隙和喉道半径缩小、喉道伸长、连通性变差、孔隙度和渗透率减小。研究结果为深层超深层油气藏孔隙尺度模拟提供了技术途径。

基于三维数字岩心的油页岩裂解孔隙重构及表征研究

油页岩孔隙结构作为油气渗流的主要通道,高温热解过程中将产生复杂变化,然而其变化规律不明严重制约储集层分类评价和高效开发。因此,开展不同温度及不同有机质含量条件下油页岩热解对孔隙结构影响的研究对于油页岩的有效开发具有重要意义。针对热解前后油页岩孔缝结构变化精细表征难的问题,本文通过编程方法提出了一种基于三维数字岩心重构的裂缝及孔隙结构表征新方法,定量分析了热解过程中样品裂缝宽度、裂缝方向、分形维数及孔隙度等参数的变化规律。研究结果表明:(1)本文所提出的裂缝性数字岩心精细化处理方法结合等位精细化中面提取算法,在准确计算岩石物性参数的基础上可实现对缝宽及裂缝方向分布的精确计算,可达到对裂缝孔隙精细表征的目的;(2)随着热解温度的升高,油页岩样品孔隙度由18.3%升至20.9%,且裂缝宽度不断增大,油页岩样品物性得到持续改善,但当热解进行到一定程度后油页岩孔隙结构变化趋势放缓;(3)相同温度条件下随着有机质含量的升高,热解后油页岩样品孔隙度由12.1%升至29.3%,但4种样品分形维数未随着有机质含量升高呈现出单调递增趋势,表明热解裂缝复杂性除受有机质含量影响外,也受到样品中有机质初始分布的影响。本文可为油页岩热解后孔隙结构精细表征提供新思路。

企业级数字岩心数据中台系统建设

岩心分析是实现精准、高效油气开采的基础,岩心数字化已成为岩心分析不可替代的重要手段。针对现有数字岩心数据量大、数据共享能力低、多资料协同分析难的问题,本文研究设计了企业级数字岩心数据中台系统。系统集数据处理、数据存储、数据应用支撑于一体,提出了多模态岩心数据存储方法,制定了岩心数字化标准,提供了数字岩心应用思路。系统可适应于常规与非常规储层研究的不同尺度数字岩心应用场景,能为多专业人员应用提供协同研究环境,充分发挥岩心资料在勘探开发中的使用价值。

页岩数字岩心重构与水力压裂数值试验

为了实现对深部页岩油储层水力裂缝扩展规律的精细研究,以吉木萨尔凹陷芦草沟组陆相页岩油储层下甜点主要油层段为研究对象,对3684.62~3705.70 m深度范围内的20组页岩样品进行扫描并构建数字岩心,开展水力压裂数值试验.试验获得了各模型的破裂压力和水力裂缝扩展路径.结果表明:破裂压力随孔隙度的增加而降低,随着脆性矿物体积分数的增加而增加,和石英体积分数呈现较明显的线性关系.水力裂缝在孔隙位置起裂,连通独立的孔隙区域并沿着贯通的孔隙区域继续扩展.在远离孔隙区域时,水力裂缝主要沿垂直于最小主应力方向延伸.水力裂缝的复杂程度均随石英体积分数和孔隙度的增加而增加,但也会受到矿物分布形态的影响.当石英体积分数或孔隙度较高且呈现大面积连通分布时,水力裂缝的扩展受到抑制,水力压裂的增渗改造效果较弱.

页岩多尺度数字岩心及其应用

构建能完备表征岩石多尺度孔隙(缝)及基质结构的数字岩心是非常规油气研究领域的科技前沿问题,也是页岩油气勘探开发的重要基础。文章综合分析了国内外在表征页岩有机孔隙簇、多尺度孔(缝)结构和代表性单元体(REV)三个方面的研究进展,在分析四川盆地海相页岩结构特征的基础之上,提出了可完备表征其孔隙(缝)和基质结构的新方法.最后,将页岩数字岩心应用到多尺度孔(缝)结构对声学特性的影响和原位地层含气量评估方面,为页岩储层评价和甜点预测提供了新的技术方法.

基于数字岩心的碳酸盐岩复杂孔隙特征研究——以普光气田飞仙关组储层为例

川东北普光气田飞仙关组为一套深层海相碳酸盐岩储层,储集空间类型、组合方式多样,孔隙结构复杂,储层非均质性强,利用常规测井资料难以有效表征其储层的孔隙结构及渗透力。文中应用数字岩心技术精细刻画孔隙结构,即采用全直径岩心CT扫描、微米级X-ray CT扫描、大面积扫描电镜拼图成像技术等,建立纳米—厘米级别的多维度多尺度的岩心数字化表征。对大数据图像特征参数提取和分析,建立了不同类型储层的孔渗关系,将整个储层类型分为三区一带:微裂缝区、粒(晶)间孔主控区、铸模孔区、粒间孔加铸模孔过渡带。研究明确了粒(晶)间孔结构是渗透率的主控因素,更好地明确了该类储层孔隙结构对渗流能力的影响,揭示了礁滩相碳酸盐岩地层的微观渗流特性。

基于Unet++网络的数字岩心图像分割泛化能力

图像分割是数字岩心技术的重要组成部分,深度学习为数字岩心图像分割提供了新方法。在优选的深度学习模型的基础上确定网络结构、训练数据量来平衡计算效率,进一步在不同类型的岩心数据集上讨论网络的泛化能力及其影响因素。结果表明:Unet、Segnet和Unet++网络中,Unet++网络可以在保证分割精度的同时具有最好的物性参数预测效果;Unet++网络在训练数据量和预测数据量为1∶1,网络结构设计2次采样的条件下,Unet++网络的分割精度可以达到98%;基于多类岩心训练的Unet++网络分割不同岩心图像的平均分割精度达95%,相较于岩心的类型,岩心图像的质量更能影响Unet++网络的识别效果。

基于数字岩心模型重构的岩石力学行为评价新方法

石油天然气钻井过程中,上覆非目的地层钻取的岩心数量有限,在一定程度上限制了其岩石力学行为的研究,不利于安全高效钻进。为此,采用数字岩心模型对上覆长井段非目的地层岩石力学行为开展了反演研究,并以四川盆地天府气田上三叠统须家河组地层为例,基于目标层位岩屑组分测试结果与Voronoi理论,建立了用于表征须家河组岩心力学行为的数字岩心三维Voronoi体模型,还原了矿物成分、黏土以及孔隙的空间分布,最后从微观角度分析和研究了岩石的力学特性及损伤演化过程。研究结果表明:①数字岩心单轴压缩变形存在空隙压密、弹性变形、塑性变形和破坏后4个阶段,破坏形式主要为剪切破坏,这与实验结果高度吻合;②在轴向压力加载时,矿物颗粒受到挤压产生应变,当应变超过矿物本身的屈服应变时,矿物开始损伤,并将无法承受的压力传递给邻近矿物颗粒,逐渐形成裂纹和破裂面;③矿物空间分布仅对数字岩心的损伤演化和裂纹发展有影响,颗粒尺寸对弹、塑性以及破坏后阶段的力学行为均有影响;④随着围压增加,抗压强度和残余强度明显增大,且岩心尺寸越大弹性模量和峰值强度越低。结论认为,该方法分析结果与实验结果吻合,为岩心缺少条件下研究钻井过程中上覆地层岩石力学特性提供了新思路,并对破岩机理认识及优化钻头选型与设计具有重要工程意义。

基于数字岩心的储层微观孔隙结构定量表征——以渤海蓬莱19-3油田为例

深化储层微观孔隙结构认识对渤海油田的长久高效开发具有重要现实意义,针对渤海蓬莱19-3油田新近系馆陶组储层,在物性特征及孔隙类型认识的基础上,依托基于CT扫描的三维数字岩心分析技术,采用最大球法完成三维孔隙网络模型的处理分割和构建,通过提取网络模型的特征参数,实现岩石微观孔隙结构的可视化、定量化表征,进而利用数值模拟方法分析岩心不同驱替方向带来的渗流差异。结果表明:1)蓬莱19-3油田岩石成分成熟度处于中等,分选较差,成岩作用相对较弱,胶结类型主要包括接触式胶结和孔隙式胶结,整体表现为疏松砂岩特征;2)储层以中-高孔渗为主,孔喉半径较大但分选较差,储集空间以原生粒间孔为主,次生溶蚀孔为辅;3)微观孔喉特征参数决定了储层宏观物性,连通的大孔喉配比越高,对储层物性贡献越大;4)储层内流体驱替具有明显的方向性,优质储层更易受到驱替方向所带来的影响。

基于三维重构的数字岩心应力加载实验研究

传统数字岩心技术在建立三维模型的过程中存在局限性,导致数值模拟的试验分析精度较差。为优化建模技术,采用CT扫描+MATLAB图像处理+AVIZO三维重构方法改善传统建模方式,依托ABAQUS数值模拟软件建立三维数字岩心模型。通过与室内试验进行对比,标定数字岩心的物理力学参数,并构建微单元数字岩心模型探究单轴应力加载过程中的损伤演化规律。结果表明:建立的三维数字岩心模型可以很好的捕捉室内试验测试的应力—应变曲线特征,并且具有相同的裂纹扩展方式。微单元数字岩心模型内部多种介质的分布状态极大影响了岩心的应力与损伤演化过程。其中,拉伸损伤明显滞后于压缩损伤的发展,同时拉伸损伤区域也明显较低,在峰后区域两者相差约74倍。

基于数字岩心的海上砂砾岩油藏提高采收率研究

海上砂砾岩油藏岩心收获率低,岩心品质差,难以开展常规岩心实验研究。为了分析旅大29油田砂砾岩油藏储层孔隙结构分布与油水相渗特征,采用数字岩心分析技术,建立三维数字岩心模型,并在此基础上开展岩心静态孔隙特征描述、油水渗流规律及微观剩余油分布研究。研究表明:旅大29油田砂砾岩油藏在水驱油初期微观剩余油主要分布于狭窄吼道处以及小孔隙中,水驱油末期以不连续的点状或者斑状分布于岩样死角、孔隙盲端及渗流阻力相对较大的微小孔隙和吼道中;含水变化规律整体呈现初期见水晚、含水上升速度慢,中后期含水上升速度快的特点。建议旅大29油田应适时转注水开发,在开发过程中采取控水措施,减缓含水上升速度,采用高性能驱油体系挖潜零散分布的剩余油,从而改善驱替效果,提高采收率。

大岗山水电站云端全域3D数字岩心库系统平台建设与实践

为积极响应国家对岩心管理和服务的新要求,大岗山水电站构建了国内首个水电站云端全域数字岩心库系统平台。该平台集岩心信息资料管理、应用和服务“三位一体”,可满足工程建设和电站运行期对岩心数据的应用需求,为大渡河公司各流域电站统一使用。根据设计目的与原则,系统平台按B/S(浏览器/服务器)“三层式”体系构架,采用PHP+MySQL技术,开发了四大业务模块和四个应用子程序,实现了对岩心信息资料的系统化、科学化、数字化管理和资源共享,保证了岩心信息资料的存储规范性、数据独立性、项目关联性和安全保密性。系统平台是对水电站工程全域岩心信息资料存储、管理、应用、服务的一次创新探索,其建设经验与实践成效可为水电行业岩心数字化工作提供指导与参考。

基于数字岩心的低渗储层孔隙结构及水驱剩余油分布特征

针对低渗砂岩储层水驱开发后期剩余油形成机理和赋存状态不清等问题,以涠洲11-1和涠洲12-1油田低渗砂岩为研究对象,基于Micro-CT扫描技术构建了储层三维数字岩心模型,提取连通孔隙结构并定量表征岩样微观孔隙结构特征,建立了非结构化四面体网格模型。基于N-S方程和水平集算法建立了油水两相微观渗流数学模型,采用有限元方法求解模型,开展了微观水驱油流动模拟。研究结果表明:孔喉大小及连通性是决定储层渗透能力的主要因素;微观水驱油模拟中可以观察到明显的黏性指进现象,水驱剩余油主要以网状剩余油、盲端孔隙剩余油、小孔喉滞留剩余油、并联孔道剩余油及油膜形式存在;提高注水强度可有效动用网状剩余油及小孔喉滞留剩余油,改善油水黏度比可获得更大波及体积,改善润湿性则可有效动用盲端孔隙及亲油孔道内剩余油。研究成果对低渗油藏水驱剩余油挖潜具有指导意义。

数字岩心和数字井筒技术研究与应用进展

分别从模型构建技术与测井实际应用两方面对数字岩心和数字井筒技术研究与应用进展进行了介绍。总结了单孔隙介质系统、双孔隙介质系统、多元多孔结构和多尺度融合的数字岩心建模方法,探讨了数字岩心建模在电学特性、声学特性、渗流特性和核磁共振特性方面的应用。由于数字岩心技术的建模和数值模拟主要集中在微米级甚者纳米级,探索微观尺度下的岩石物理属性不能有效地解释宏观因素(岩石结构、层理、裂缝等)对岩石物理属性的影响规律,因此发展了数字井筒建模技术。基于多尺度数字岩心并结合电成像、常规测井等多种信息构建三维数字井筒是一门新兴技术。该技术能够在大尺度上反映井周孔隙度的连续变化,结合核磁技术、压汞、常规测井等信息可应用于电性、弹性、渗流特性等的模拟,为井震结合提供虚拟测井数据,可用于解释各种微、宏观因素对地层岩石物理属性的影响规律,有望成为未来三维测井数据处理与解释的主要辅助工具。

基于数字岩心技术的岩石孔渗特征研究:以海外J油田孔隙型碳酸盐岩油藏为例

走向海外是解决我国能源安全问题的必由之路。但海外油气藏评价往往缺乏第一手岩心资料,使得储层孔隙结构和渗流规律认识不清,影响评价效果。以海外J油田孔隙型碳酸盐岩油藏为例,应用数字岩心技术开展油气藏孔渗特征研究。①以不同流动单元的铸体薄片图像作为输入数据,经过中值滤波和阈值分割预处理后,基于马尔科夫链蒙特卡洛数值重构算法构建数字岩心;②分析孔喉分布、孔喉连通性、孔隙度特征;③基于格子玻尔兹曼模拟方法开展单相和油水两相流动模拟,计算数字岩心的绝对渗透率和相对渗透率曲线。结果表明,构建的三维数字岩心能够刻画不同流动单元孔隙型碳酸盐岩的孔喉半径分布及孔喉连通程度的差异化特征。数字岩心孔隙度与铸体薄片孔隙度吻合度高,数字岩心渗透率与真实岩心渗透率存在较好的正相关关系,且符合真实岩心所属的流动单元。油水两相稳态流动模拟计算的相对渗透率曲线体现了不同流动单元的两相渗流能力差异,可作为数值模拟输入条件,以及估算油藏采收率。数字岩心分析与物理实验结果吻合良好,证明了该方法的可靠性。为岩心资料稀缺条件下油气藏表征和渗流特征分析提供新的思路,对油气藏精细描述具有重要的参考价值。

基于梯度惩罚-生成对抗神经网络的页岩三维数字岩心重构

数字岩心技术在油气的勘探开发中发挥着越来越重要的作用。由于传统的数字岩心重构方法存在成本高、耗时长等问题,提出使用带有梯度惩罚的生成对抗神经网络(WGAN-GP)实现页岩的三维数字岩心重构。以三组分的页岩图像为训练样本进行模型的训练,得到了可以生成三维页岩图像的生成器模型,进而重构了多个三维岩心图像。将重构岩心与原始岩心进行了各种参数的对比分析,结果表明重构岩心与原始岩心具有很好的一致性,证明了本文方法的可靠性。使用WGAN-GP进行岩心重构具有岩心生成速度快、重构图像尺寸不受限制等优点,具有广泛的应用前景。

基于三维数字岩心的介观尺度流弹性响应数值模拟

复杂介质油气藏的地震波频散和衰减是地球物理勘探中油气特征反演与解释的重要属性.介观尺度处于微观孔隙尺度与宏观地震波场尺度之间,地震波穿过饱和流体岩石时激励流体发生频散和衰减,导致地震波能量损耗,被称为介观波致流.其形成机理、特征和规律一直是勘探地球物理学和岩石物理学等领域共同关心的科学问题,也是研究的前沿和难点之一.本文首先选取印第安纳灰岩(Indiana)作为研究对象,通过排水方式饱和样品,使用CT方法研究介观流体分布特征和规律;为研究其机理,引入Biot孔弹性理论构建三维(3D)数值模型,模拟部分饱和岩石的纵波速度频散和衰减特征.经对比,数值模拟结果与实验结果匹配,表明Biot孔弹性理论可以用来描述介观波致流的物理机理.本文发展的岩石物理实验结合数值模拟的研究手段为今后研究介观流衰减和频散的特征和规律提供了理论和方法借鉴.

基于数字岩心和孔隙网络模型的油水相渗模拟研究--以W433长6油田为例

以W344长6油田低渗透砂岩为研究对象,通过X-CT扫描技术获得低渗透岩样多尺度三维灰度图像,通过降噪、二值化、连通性检验和孔隙分割等操作建立三维孔隙网络模型。通过tNavigtor软件进行数值模拟,对比分析了基于数字岩心和岩心驱替实验的相对渗透率曲线对油藏拟合效果的影响。实验结果表明,通过数字岩心技术得到的相对渗透率曲线更平滑,对应的残余油饱和度更低,在数值模拟过程中具有较好的应用效果。

基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙分布识别研究

为了实现煤裂隙多尺度分布特征的高精度,高效率识别,开展基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法研究。利用工业CT扫描系统收集大量煤原始CT数字岩心信息阵列,将CT数字岩心信息阵列低损转换成二维灰度图像,再分割成不同尺度的正方形图像并将其图像亮度增强为不同级别作为训练样本,然后通过Matlab平台实现了用于含CT裂隙图像识别的AlexNet,ResNet-18,GoogLeNet,Inception-V3四种模型的构建与模型参数的优化。研究在不同数量训练样本下不同模型训练的识别准确率与验证准确率;研究在相同训练样本下不同模型对于不同尺度和亮度图像的准确率、计算效率和训练时间,获得适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型,再按照盒计维数的统计方法,计算每张裂隙图像的分形分布特性,并与传统二值化方法和人眼识别方法相对比,验证了基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度分布特性识别方法的适用性,结果表明:①ResNet-18模型在图片样本为亮度4,尺度为3.5~21 mm时是适用于计算含裂隙的二维CT图像的分形维数的最优模型,该模型计算二维CT裂隙图像的分形维数精度高,且训练时间短。②基于CT数字岩心深度学习的煤裂隙多尺度识别方法与传统二值化方法相比,识别连通性裂隙的速度快、精度高、不易受煤中杂质的影响。

“高精度、多维度、跨尺度”页岩数字岩心技术

1.目的页岩储层发育大量微纳米级孔隙和微米级矿物颗粒,常规实验分析手段难以观测和定量分析。为解决传统岩心分析所面临的问题,将物理岩心转化成可由计算机处理并永久存储图像和数据的数字岩心,最大程度无损实现“厘米-纳米”“宏观-微观”“二维-三维”页岩储层多维度、跨尺度精细定量评价,笔者综合利用滚筒扫描、CT扫描、场发射扫描电子显微镜(SEM)和聚焦离子束扫描电子显微镜(FIB-SEM)等方法将岩石样品扫描成像,结合计算机图像处理和重构技术,建立了“高精度、多维度、跨尺度”页岩数字岩心。