酸刻蚀物理模拟实验中岩板表面扫描数据的步长标定方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及石油领域，尤其是酸化压裂领域的酸刻蚀物理模拟实验中岩板表面扫 描数据的步长标定方法。
【背景技术】
[0002] 酸化压裂（简称酸压）是油气增产改造的主要措施，其主要是在高于油气储集层 破裂压力或天然裂缝闭合压力条件下，将酸液（或前置液）注入储层，在储集层中形成新的 人工缝或使天然裂缝张开，同时注入的酸液对裂缝表面造成非均匀刻蚀。酸液返排后，由于 裂缝表面的粗糙不平，表面的凸起部分使裂缝在闭合压力作用下保持一定的开启程度，以 此形成一条为流体提供流动空间、具有一定导流能力的裂缝，从而达到改善油气渗流条件 和油气增产的目的。因此，裂缝导流能力是评价酸压成功与否的重要指标之一，而裂缝被酸 液刻蚀后形成的表面几何形态是影响裂缝导流能力的重要因素。所以，准确地表征酸刻蚀 裂缝表面的几何形态，对酸压工艺优化研究有着非常重要的作用。
[0003] 酸刻蚀物理模拟实验是指在实验室利用切割成长方体、表面光滑平整的岩石样品 (岩板）与酸液发生酸刻蚀反应，使岩板表面粗糙不平。以此模拟现场酸压施工条件下酸液 与裂缝表面岩石的反应，实验岩板表面即为裂缝表面。实验的目的一方面是获取用作酸刻 蚀裂缝导流能力评价的测试样品（岩板），对酸压效果进行预测，以优化酸压施工设计；另 一方面是为酸刻蚀裂缝表面几何形态的表征工作提供更接近储层真实刻蚀形态的岩板。
[0004] 酸刻蚀裂缝表面几何形态的表征工作是指利用三维激光扫描仪对酸刻蚀后岩板 的粗糙表面进行扫描，获取岩板表面的三维数据，再利用获得的三维数据来计算一系列表 征裂缝表面粗糙程度的参数（如表面各点平均高度、表面各点高度的方差、标准差、表面形 态的JRC参数、分形维数等）。而该项工作的后续则是研究这些参数与裂缝导流能力的关 系，旨在为裂缝导流能力的计算模型提供合适的计算参数，最终提出准确的导流能力计算 模型。
[0005] 然而，在表征裂缝表面粗糙程度的参数（以下统称表征参数）的计算过程中却存 在一个比较严重的问题一一扫描步长尺寸效应。所谓扫描步长尺寸效应是指同一个表征参 数的计算结果会因为岩板表面扫描过程中所用的三维激光扫描仪扫描步长的取值不同而 不同。显然，同一个表征参数只能有一个结果，究竟采用哪一个扫描步长才能得到合理的计 算结果呢？这就需要根据岩板的性质对三维激光扫描仪的扫描步长进行标定，确定一个合 适的扫描步长。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供酸刻蚀物理模拟实验中岩板表面扫描数据的步长标定方 法，该方法原理可靠，能够为表征参数的计算提供一个合适的扫描步长。
[0007] 为达到以上技术目的，本发明提供以下技术方案。
[0008] 将未经过酸液刻蚀的光滑、平整岩板表面视作一个光滑、平整平面，并以此作为扫 描步长标定的参考物。在改变三维激光扫描仪扫描步长的条件下，计算不同扫描步长下岩 板表面的平均曲折比。随着扫描步长的增大，平均曲折比的值减小，然而在宏观条件下，一 个光滑、平整平面的平均曲折比的值应该等于1，所以，可以在计算得到的平均曲折比约等 于1时，选取一个合适的扫描步长作为最佳扫描步长。
[0009] 酸刻蚀物理模拟实验中岩板表面扫描数据的步长标定方法，依次包括以下步骤：
[0010] (A)设定三维激光扫描仪的初始扫描步长为0.Olmm;
[0011] (B)利用三维激光扫描仪对未经过酸液刻蚀的光滑、平整岩板表面进行扫描，获取 岩板表面的三维数据；
[0014] (E)以每次增加0?Olmm的幅度改变扫描步长（即依次设定扫描步长为0? 02mm、 0. 03mm、0. 04mm、0. 05mm、......），在每一个扫描步长条件下依次重复步骤（B)、步骤（C)和
0. 0001时的扫描步长即为最佳扫描步长。
[0015] 所述步骤（A)中之所以取初始扫描步长为0. 01mm，是因为目前用在酸刻蚀岩板表 面扫描工作方面的激光扫描仪扫描步长都大于0. 1mm。而在本发明的步聚中，扫描步长的变 化是由初始扫描步长开始逐渐增加的，如果设定的初始扫描步长太大，可能导致初始扫描 步长大于最佳步长。为了保证初始扫描步长小于最佳步长，设定初始扫描步长为0.Olmm是 非常保险的做法。
[0016] 所述步骤（B)中获取岩板表面的三维数据有X、Y、Z三列，其中列X和列Y为岩板 表面上各点的平面坐标，列Z为岩板表面各点的高度值。
[0017] 所述步骤（C)中平均曲折比ii的计算采用以下公式：
[0019] 式中：AL-三维激光扫描仪的扫描步长；
[0020] Nx-三维激光扫描仪在X方向上的扫描步数；
[0021] Ny-三维激光扫描仪在Y方向上的扫描步数；
[0022] -岩样表面上X=i，y=j所在的点的高度值。
[0023] 参数计算公式的推导过程如下：
[0024]1)利用岩板表面三维数据在三维坐标系中可生成一个曲面（即岩板的粗糙表 面）。其中，y=y](〇彡j彡Ny)对应的是一条沿X方向（横向）曲线。由于相邻两个扫描 点之间的距离非常小，可利用勾股定理算得点（Xl，y])和点（x1+1，y])之间的曲线段长度为：
[0026] 2)通过累加，可算得y= 1对应的横向曲线长度为：
[0030] 4)上述计算过程只处理了y=y_j-条横向曲线，计算整个曲面上的所有横向曲线 的平均值，即得到i的计算公式为：
[0032] 所述步骤（D)中，相对误差的定义是计算值与真实值之差的绝对值再除以真实 值，而光滑、平整平面的平均曲折比i的真实值应该等于1，故相对误差的公式为^-4^， 即卜冬
[0033] 所述步骤（E)中，如果每次增加的扫描步长幅度过大，可能会导致前一次设定的 扫描步长比最佳扫描步