一种芯片油藏及其制作方法与流程

本申请涉及但不限于石油天然气勘探开发与利用领域，尤指一种芯片油藏及其制作方法。

背景技术：

油气资源一直以来都是我国能源安全的命脉，其产量需要得到稳步的提高。提高采收率是稳步提高油气资源产量的重要手段。然而，当前对于提高采收率的机理不清楚，特别是复杂多孔介质中多相流流动的机理不清楚，严重地影响了相关提高采收率技术和方法的发展和应用。

随着微芯片技术的发展，微流控芯片实验是研究孔隙尺度多相流动机理和研究提高采收率机理的一种强有力的手段。和真实岩心相比，微流控芯片具有可视化、可控性和可重复性的诸多优点。更重要的是，可视化的微流控实验能够和数值模拟进行直接对比，进一步拓展了微流控芯片实验研究提高孔隙尺度多相流动机理和研究提高采收率机理的空间。开展微流控芯片实验时，最重要的是需要将一些重要的三维岩心结构特征反演到二维的芯片结构中，以使得二维芯片结构能够代表真实岩心的三维结构特征。当前的微流控结构设计大多为人工设计，例如阵列结构等，其不具有真实油藏的特点；部分采用二维岩心切片的结构，但是二维结构的连通性差，而且二维岩心切片也不能直接代表其真实三维结构特征。因此，目前的芯片油藏设计忽略了真实岩心结构的很多特征，严重地制约了实验的真实性及提高采收率技术的研究和发展。

技术实现要素：

本申请提供了一种芯片油藏及其制作方法，该芯片油藏能够在最大程度上保证真实岩心的主要结构特征，为后续微流控实验研究多孔介质中多相流动机理及提高采收率机理奠定了坚实的物理基础。

具体地，本申请提供了一种芯片油藏的制作方法，所述方法包括：

(1)选取真实油藏岩心并对其进行三维结构扫描；

(2)对扫描得到的所述真实油藏岩心的三维结构进行重构，提取孔径分布特征；

(3)根据得到的孔径分布特征，对所述真实油藏岩心的孔隙结构的形成及岩石颗粒的堆积形态进行分析，提取所述岩石颗粒中的主要的大颗粒的形态，并建立大颗粒形态数据库；

(4)从所述大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，并将选取出的大颗粒随机分布并投影在芯片油藏的多孔介质区域中；

(5)将小颗粒随机生长在所述多孔介质的剩余区域中，直到生成的芯片油藏结构的孔径分布与真实岩心的孔径分布类似，得到芯片油藏结构图片；

(6)将所述芯片油藏结构图片导入绘图软件中，并在所述绘图软件中绘制芯片油藏结构的进出口区域，得到芯片油藏设计图；和

(7)将所述芯片油藏设计图刻蚀在基底上，并和上下游处打孔的耐热玻璃阳极键和，得到所述芯片油藏。

在本申请中，术语“真实油藏岩心”定义为从地层取出来的岩心。

应理解，根据研究的目的不同，岩石的类型不同，大颗粒的大小的选取各不相同，例如，可以初步选取体积占整个岩石固体基质体积的0.5％以上的颗粒为大颗粒，在上述范围内选取的大颗粒的大小对本申请方法的最终结构的统计信息影响不大。在本申请的实施例中，可以选取体积占整个岩石固体基质体积的1％以上、2％以上或3％以上的颗粒为大颗粒。

在本申请中，当生成的芯片油藏结构中的平均孔隙直径在真实岩心的平均孔隙直径的0.5倍-5倍的范围内时，可以认为生成的芯片油藏结构的孔隙大小可以代表真实油藏孔隙大小，且生成的芯片油藏结构的孔径分布与真实油藏岩心的孔径分布形态类似时，可以认为生成的芯片油藏的孔径分布特征可以代表真实油藏的孔径分布特征，此时的芯片油藏结构能够代表真实油藏岩心的主要结构特征。

在本申请中，“小颗粒”指生成岩石基质的最基本单元，其尺寸不应大于大颗粒数据库中最小大颗粒的投影像素的1/10，在上述范围内选取的小颗粒的大小对本申请方法的最终结构的统计信息影响不大。在本申请的实施例中，对于3000×4000像素点的多孔介质区域的情况，可以选取20个像素点大小的颗粒作为小颗粒，以保证小颗粒能够堆积形成想要的结构的统计特征。

在本申请的实施例中，可以选择将所述岩石颗粒中的尺寸合适的颗粒直接作为“小颗粒”，或者采用比“小颗粒”更小的颗粒堆积形成“小颗粒”。

在本申请的实施例中，步骤(1)中可以采用电子计算机断层扫描、聚焦离子束-扫描电子显微镜或核磁共振成像技术进行三维结构扫描。

在本申请的实施例中，步骤(4)中可以采用四参数随机生成法从所述大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，并将选取出的大颗粒随机分布并投影在芯片油藏多孔介质区域中。

在本申请的实施例中，步骤(5)中可以采用四参数随机生成法将小颗粒随机生长在所述多孔介质的剩余区域中。

在本申请的实施例中，步骤(6)中可以采用lisp编程将所述芯片油藏结构图片导入绘图软件中。

在本申请的实施例中，所述绘图软件可以为autocad或l-edit。

在本申请的实施例中，步骤(7)中可以采用标准光刻蚀法和耦合等离子深反应刻蚀法、或标准光刻蚀法和湿法刻蚀技术将所述芯片油藏设计图刻蚀在基底上。

在本申请的实施例中，所述基底可以为硅片、玻璃片、聚二甲基硅氧烷片或聚甲基丙烯酸甲脂片。

本申请还提供了一种芯片油藏，所述芯片油藏通过如上所述的制作方法得到。

本申请的芯片油藏制作方法基于真实岩心结构特征，利用随机算法生成了相似的芯片油藏，并利用微电子加工技术加工得到最终的芯片油藏。该芯片油藏最大程度保证了真实岩心的主要结构特征，为后续微流控实验研究多孔介质中多相流动机理及提高采收率机理奠定了坚实的物理基础。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所描述的方案来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例的芯片油藏的制作方法的设计流程图；

图2为本申请实施例制作出的芯片油藏设计图；

图3为本申请实施例制作出的芯片油藏的实物图；

图4为本申请对比例由单一颗粒生成的芯片油藏的结构图；

图5为本申请对比例由单一颗粒生成的芯片油藏的孔径分布图；

图6为采用人工设计的芯片结构得到的芯片油藏与本申请实施例1得到的芯片油藏分别进行水驱的实验示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本申请的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本申请实施例提供了一种芯片油藏的制作方法，所述方法包括：

(1)选取真实油藏岩心并对其进行三维结构扫描；

(2)对扫描得到的所述真实油藏岩心的三维结构进行重构，提取孔径分布特征；

(3)根据得到的孔径分布特征，对所述真实油藏岩心的孔隙结构的形成及岩石颗粒的堆积形态进行分析，提取所述岩石颗粒中的主要的大颗粒的形态，并建立大颗粒形态数据库；

(4)从所述大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，并将选取出的大颗粒随机分布并投影在芯片油藏的多孔介质的目标区域中；

(5)将小颗粒随机生长在所述多孔介质的剩余区域中，直到生成的芯片油藏结构的孔径分布与真实岩心的孔径分布类似，得到芯片油藏结构图片；

(6)将所述芯片油藏结构图片导入绘图软件中，并在所述绘图软件中绘制芯片油藏结构的进出口区域，得到芯片油藏设计图；和

(7)将所述芯片油藏设计图刻蚀在基底上，并和上下游处打孔的耐热玻璃阳极键和，得到所述芯片油藏。

在本申请的实施例中，步骤(1)中可以采用电子计算机断层扫描(ct)、聚焦离子束-扫描电子显微镜(fib-fem)或核磁共振成像技术(mri)进行三维结构扫描。

在本申请的实施例中，步骤(2)中可以利用matlab或者imagej等软件对扫描得到的所述真实油藏岩心的三维结构进行重构。

在本申请的实施例中，步骤(2)中可以采用最大球法提取孔径分布特征。

在本申请的实施例中，步骤(4)中可以采用四参数随机生成法(quartetstructuregenerationset，qsgs)从所述大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，并将选取出的大颗粒随机分布并投影在芯片油藏多孔介质区域中。

在本申请的实施例中，步骤(5)中可以采用四参数随机生成法将所述岩石颗粒中的小颗粒随机生长在所述多孔介质的剩余区域中。

在本申请的实施例中，步骤(6)中可以采用lisp(listprocessionlanguage)编程将所述芯片油藏结构图片导入绘图软件中。

在本申请的实施例中，所述绘图软件可以为autocad或l-edit。

在本申请的实施例中，步骤(7)中可以采用标准光刻蚀(standardphotolithography)法和耦合等离子深反应刻蚀(inductivelycoupledplasmadeepreactiveionetching,icp-drie)法两个步骤、或采用标准光刻蚀法和湿法刻蚀技术两个步骤将所述芯片油藏设计图刻蚀在基底上。

在本申请的实施例中，所述基底可以为硅片、玻璃片、聚二甲基硅氧烷(pdms)片或聚甲基丙烯酸甲脂(pmma)片。

本申请实施例还提供了一种芯片油藏，所述芯片油藏通过如上所述的方法制作得到。

实施例1

一种芯片油藏的制作方法，包括：

(1)选取长庆油田真实油藏岩心(砂岩，如图1中的a所示)，并采用微米ct对所述真实油藏岩心进行三维结构扫描(如图1中的b所示)；

(2)利用matlab或者imagej软件对扫描得到的所述真实油藏岩心的三维结构进行重构，采用最大球法提取孔径分布特征(如图1中的c所示，横坐标为孔隙直径μm，纵坐标为孔隙体积分数％)；

(3)根据得到的孔径分布特征，对所述真实油藏岩心的孔隙结构的形成及岩石颗粒的堆积形态进行分析，提取所述岩石颗粒中的主要的大颗粒(指体积占整个岩石固体基质体积的1％以上的颗粒)的形态，并建立大颗粒形态数据库；

(4)采用四参数随机生成法从所述大颗粒形态数据库中随机选取若干大颗粒，并将选取出的大颗粒随机分布并投影在芯片油藏的多孔介质区域中；

(5)采用四参数随机生成法将所述岩石颗粒中的小颗粒随机生长在所述多孔介质的剩余区域中，直到生成的芯片油藏结构(如图1中的d所示)的孔径分布(如图1中的e所示，横坐标为孔隙直径μm，纵坐标为孔隙体积分数％)与真实岩心的孔径分布类似(生成的芯片油藏结构中的平均孔隙直径在真实岩心的平均孔隙直径的0.5倍-5倍范围内)，得到芯片油藏结构图片；

(6)采用lisp编程将所述芯片油藏结构图片导入autocad软件中，并在autocad软件中绘制芯片油藏结构的进出口区域，得到芯片油藏设计图(如图2所示)；和

(7)采用标准光刻蚀法和耦合等离子深反应刻蚀法将所述芯片油藏设计图刻蚀在硅片上，并和上下游处打孔的耐热玻璃阳极键和，得到所述芯片油藏(如图1中的f和图3所示，其中具有超过2.8×10⁵个孔隙)。

对比例1

本对比例与实施例1的不同之处仅在于省略步骤(3)和(4)，直接将小颗粒随机分布在芯片油藏的多孔介质区域和剩余区域中。

生成的芯片油藏结构如图4所示，其孔径分布如图5所示。

从图4和图5可以看出，由单一颗粒形成的芯片油藏的粒径分布为正态分布，其结构无法代表此类真实岩心的主要结构特征。

图6为采用人工设计的芯片结构得到的芯片油藏与本申请实施例1得到的芯片油藏分别进行水驱的实验示意图，其中a对应人工设计的芯片结构得到的芯片油藏，b对应本申请实施例1得到的芯片油藏。

从图6可以看出，与采用人工设计的芯片结构得到的芯片油藏相比，采用本申请实施例1得到的芯片油藏进行的水驱实验更能真实地模拟水油的真实分布，说明本申请实施例的芯片油藏能够保证真实岩心的主要结构特征。

虽然本申请所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本申请而采用的实施方式，并非用以限定本申请。任何本申请所属领域内的技术人员，在不脱离本申请所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本申请的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。