基于孔隙网络模型的气液渗流特性

CO_(2)地质封存是实现大量CO_(2)减排的有效途径之一,而阐明CO_(2)在岩石孔隙中的运移规律是CO_(2)长期安全地质封存的关键。基于岩心微观结构重建的孔隙网络模型,不仅可以反映真实岩心孔喉分布规律,又能体现孔隙空间的分布及其发育特征,在多孔介质多相流研究领域具有十分重要的意义。选用储层较为常见的Berea砂岩,基于微焦点X射线计算机断层扫描(micro-CT)技术获得二维CT图像,在ImageJ软件中通过尺寸裁剪、降噪滤波以及阈值分割等一系列图像处理过程,重建了岩心样品数字图像,并在Matlab软件中借助提取函数实现了二值化;然后,采用最大球算法,通过搜索最大球、建立最大球连通关系、孔喉的识别和参数计算3个主要步骤,提取了实验岩心样品中的孔喉拓扑等效网络,并运用Amira软件进行可视化,将孔隙和吼道等效为球杆模型。通过对比不同图像处理与孔隙网络提取方法得到的岩心孔隙度、配位数、孔喉几何尺寸与形状因子等结构参数,确定了能够较好反映真实岩心孔隙空间特征的数字岩心重构及孔隙网络模型提取方法,即模型Pic7:滤波处理时将Mean值设置为1.5,Median值设置为2;阈值分割选择Otsu算法且应用最大球法提取数字岩心时将最小孔径设置为1。确定了Berea岩心孔隙结构参数:配位数分布在30以内,峰值在5左右;孔隙半径分布在80μm内,集中在20μm左右;吼道半径分布在60μm内,集中在10μm左右;孔隙形状因子和吼道形状因子分布在0.07以内,孔隙形状因子峰值在0.03左右,吼道形状因子峰值在0.035左右。最后,借助帝国理工大学开发的孔隙网络两相渗流模拟程序,用0.103 mol/kg NaCl溶液表征咸水,在50℃、12.4 MPa的储层条件下,开展了基于孔隙网络模型的多孔介质内CO_(2)驱替咸水的渗流数值模拟,通过分析驱替和吸入过程中毛细管压力曲线和相对渗透率曲线,阐明了孔隙网络提取方法对多孔介质多相流过程的影响,再次验证了孔隙网络模型建模方法的可靠性以及所得建模参数的准确性。

基于CT图像的孔隙结构参数提取算法改进

对岩石三维复杂孔隙结构进行定量表征最新的方法是基于三维数字岩心,通过提取微观孔隙空间的孔隙网络模型进行定量表征。目前常用的方法是最大球算法,但该算法确定的孔隙长度偏大而喉道长度偏小,间接影响其他孔隙和喉道参数的确定。针对遇到的问题,在最大球算法的基础上通过引入图形几何变换和判别分析2项关键算法,实现了孔隙、喉道的合理划分,准确提取岩石的孔径分布。与核磁共振T2谱转换的岩石孔径分布对比表明,改进的最大球算法能够准确地提取岩石的孔径分布。