一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，属于石油工程 提高采收率技术和实验流体力学领域。
【背景技术】
[0002] 实验室内岩心驱替实验是一种公认的研究岩心内部流体流动的方法，被广泛应用 于石油开发及环境科学等领域，但由于岩心具有不可视特征，流体在岩心内的流动只能用 压力和流量两个指标来间接表达，或是根据压力一一流量关系，利用数值模拟方法进行间 接表征。低场核磁共振是一项近年来发展迅速的高新技术，已经在医疗以及食品行业有了 很好的应用。如何使实验室内岩心驱替过程更加直接甚至可视，成为石油工程技术领域努 力追求的目标和开展的重要工作。在石油工程中常常采用注入凝胶封堵多孔介质中的大孔 道，调节注入液体的流动通道，提高波及面积和驱油效率。但是目前传统的岩心流动实验通 常只能用端部或者边界的宏观参数(例如出口压力、入口压力、流速等）来描述或者推演流 体在岩心内部的流动状况以及驱替效果。岩心对于研究者来说就相当于一个黑匣子，不能 准确了解其内部的流体运移情况。
【发明内容】
[0003] 针对目前凝胶在岩心中的运移性很难表征的难题，本发明的目的是提供一种凝胶 在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，将岩心流动实验和核磁共振检测技术有机结 合起来，使凝胶在多孔介质中的运移特征得到比较直观的描述。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，包括如下步骤： (1)开启核磁共振设备，将饱和水的岩心放入磁体后，通过核磁成像确定岩心位置，使 其处于磁场中心；对岩心矢状面和横截面的切片厚度、切片间隔和切片位置进行设置，利用 低场核磁共振设备获得岩心驱替实验中岩石微通道内流体信号。
[0005] (2)灰度图像提取。灰度图像通过亮暗表征岩心内部不同位置处信号强弱(信号越 强越亮，信号越弱越暗)。
[0006] (3)感兴趣区域（ROI)提取。核磁图像采集信号视窗为IOOmmX IOOmm的视窗，岩 心矢状面为90mmX25mm的矩形，横截面为直径25mm的圆，所以需要提取灰度图像的有效区 域。
[0007] (4)统一映射。每张核磁共振灰度图像按照自身信号强弱显示亮暗，为比较不同图 片中的信号强弱，必须把同一切片的核磁共振图片按照统一标准进行亮暗显示。
[0008] (5)提取岩心骨架。为确定岩心的骨架结构，对饱和岩心的核磁图像进行二值化处 理，分离岩心骨架和流体信息。
[0009] (6)添加伪彩。对灰度统一后的岩心，添加 JET伪彩，使凝胶和水的区分更加明显。
[0010] (7)提取凝胶图像。根据核磁共振图像提取凝胶图像，获得凝胶面积、凝胶前缘、凝 胶后缘和凝胶中心等参数。
[0011] (8)凝胶运移距离表征。凝胶候凝后，驱替一定孔隙体积（PV)的水，单位压差下 凝胶主体在中心在轴向上的移动距离为凝胶的运移距离。首先计算每一个矢状面的运移距 离，然后取平均值记为整个岩心中凝胶的运移距离。
[0012] 式中：X为凝胶移动长度O1O2,mm ;P为驱替压力，MPa ;L为单位压差下的运移距离， mm/MPa〇
[0013] (9)凝胶运移速度表征。定义单位压差条件下注入单位孔隙体积的水凝胶的运移 距离为该注入条件下凝胶的运移速度。首先计算每一个矢状面的运移速度，然后取平均值 记为整个岩心中凝胶的运移速度。
[0014] 式中：L为单位压差下的运移距离，mm/MPa ;PV-为注入液体的孔隙体积，无量纲； V-运移速度，mm/MPa ·Ρν。
[0015] (10)通过运移距离和运移速度衡量凝胶运移性的变化。运移距离和运移速度越 大，说明凝胶运移性越强；运移距离和运移速度越小，说明凝胶运移性越差。
[0016] 所述岩心的尺寸范围直径25mm，长度60mm~180mm。
[0017] 所述岩心渗透率范围500mD~5000mD。
[0018] 所述步骤8)中驱替的压力范围为0· 01MPa~20MPa。
[0019] 所述步骤8)中驱替的流量变化范围为0. lml/min~5ml/min。
[0020] 与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点： 本发明采用低场核磁共振成像技术研究凝胶在微孔道中运移性表征，将岩心流动实 验和核磁共振检测技术有机结合起来，使凝胶在多孔介质中的运移特征得到比较直观的描 述。
【附图说明】
[0021] 图1为凝胶运移性表征示意图。
[0022] 图2为凝胶在岩心中核磁分布图像。
[0023] 图3为凝胶运移距离表征结果。
[0024] 图4为凝胶运移速度表征结果。
[0025] 图5为凝胶特征参数表。
【具体实施方式】
[0026] 现将本发明结合附图的具体实施例叙述于后。
[0027] 本实施例的一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，包括如下步 骤： (1)开启核磁共振设备，将饱和水的岩心放入磁体后，通过核磁成像确定岩心位置，使 其处于磁场中心；对岩心矢状面和横截面的切片厚度设置为0. 7cm、切片间隔设置为0.1 cm 以及切片位置进行设置，利用低场核磁共振设备获得岩心驱替实验中岩石微通道内流体信 号； (2)灰度图像提取。通过核磁共振提取凝胶在岩心中的灰度图像。
[0028] (3)感兴趣区域（ROI)提取。提取90mmX25mm的矩形为灰度图像的有效区域。
[0029] (4)统一映射。所有矢状面统一映射的范围为1~100000无因次等效亮度。
[0030] (5)提取岩心骨架。对饱和岩心的核磁图像进行二值化处理，定义岩心骨架和流体 的分离阀值为15000无因次等效亮度。
[0031] (6)添加伪彩：对灰度统一后的岩心，添加 JET伪彩，使凝胶和水的区分更加明显。
[0032] (7)提取凝胶图像。根据核磁共振图像提取凝胶图像，提取结果见图2。获得凝胶 面积、凝胶前缘、凝胶后缘和凝胶中心等参数。提取结果见图5。
[0033] (8)凝胶运移距离表征：凝胶候凝后，驱替一定孔隙体积的水，凝胶主体的中心在 轴向上的移动距离为凝胶的运移距离；首先计算每一个矢状面的运移距离，如图1所示，然 后取平均值记为整个岩心中凝胶的运移距离，并将计算结果绘图，绘图结果见图3 :
式中：X为凝胶移动长度〇A，mm ;P为驱替压力，MPa ;L为单位压差下的运移距离，mm/ MPa ； (9) 凝胶运移速度表征：定义单位压差条件下注入单位孔隙体积的水凝胶的运移距离 为该注入条件下凝胶的运移速度；首先计算每一个矢状面的运移速度，然后取平均值记为 整个岩心中凝胶的运移速度，并将计算结果绘图，绘图结果见图4 :
式中：L为单位压差下的运移距离，mm/MPa ;PV为注入液体的孔隙体积，无量纲；V为运 移速度，mm/MPa ·Ρν; (10) 通过运移距离和运移速度的表征，可得凝胶在运移过程中运移距离逐渐增大，运 移速度成起伏状变化。
【主权项】
1. 一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，其特征在于，包括如下步 骤： 1) 开启核磁共振设备，将饱和水的岩心放入磁体后，通过核磁成像确定岩心位置，使其 处于磁场中心；对岩心矢状面和横截面的切片厚度、切片间隔和切片位置进行设置，利用低 场核磁共振设备获得岩心驱替实验中岩石微通道内流体信号； 2) 灰度图像提取：灰度图像通过亮暗表征岩心内部不同位置处流体信号强弱，信号越 强越亮，信号越弱越暗； 3) 感兴趣区域提取：在核磁图像采集信号视窗提取灰度图像的有效区域，其中核磁图 像采集信号视窗为IOOmmX IOOmm的视窗，其中岩心矢状面为90mmX 25mm的矩形，横截面为 直径25mm的圆； 4) 统一映射：同一切片的核磁共振图片按照统一标准进行亮暗显示； 5) 提取岩心骨架：对饱和岩心的核磁图像进行二值化处理，分离岩心骨架和流体信息， 确定岩心的骨架结构； 6) 添加伪彩：对灰度统一后的岩心，添加 JET伪彩，使凝胶和水的区分更加明显； 7) 提取凝胶图像：根据核磁共振图像提取凝胶图像，获得凝胶面积、凝胶前缘、凝胶后 缘和凝胶中心参数； 8) 凝胶运移距离表征：凝胶候凝后，驱替一定孔隙体积的水，凝胶主体的中心在轴向上 的移动距离为凝胶的运移距离；首先计算每一个矢状面的运移距离，然后取平均值记为整 个岩心中凝胶的运移距离：式中：X为凝胶移动长度〇A，mm ;P为驱替压力，MPa ;L为单位压差下的运移距离，mm/ MPa ； 9) 凝胶运移速度表征：定义单位压差条件下注入单位孔隙体积的水凝胶的运移距离为 该注入条件下凝胶的运移速度；首先计算每一个矢状面的运移速度，然后取平均值记为整 个岩心中凝胶的运移速度：式中：L为单位压差下的运移距离，mm/MPa ;PV为注入液体的孔隙体积，无量纲；V为运 移速度，mm/MPa ·Ρν; 10) 通过运移距离和运移速度衡量凝胶运移性的变化：运移距离和运移速度越大，说明 凝胶运移性越强；运移距离和运移速度越小，说明凝胶运移性越差。2. 根据权利要求1所述的凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，其特征在 于，所述岩心的尺寸范围直径25mm，长度60mm~180mm。3. 根据权利要求1所述的凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，其特征在 于，所述岩心渗透率范围500mD~5000mD。4. 根据权利要求1所述的凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，其特征在 于，所述步骤8)中驱替的压力范围为0· 01MPa~20MPa。5.根据权利要求1所述的凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，其特征在 于，所述步骤8)中驱替的流量变化范围为0. lml/min~5ml/min。
【专利摘要】本发明涉及一种凝胶在岩石微通道中的运移性的可视化评价方法，属于石油工程提高采收率技术和实验流体力学领域。本发明采用低场核磁共振成像技术研究凝胶在微孔道中分布，可通过核磁共振成像技术和T2谱分析技术，直接观察岩心驱替实验中凝胶在多孔介质微孔道内的分布。然后根据核磁共振图像提取凝胶图像，获得凝胶面积、凝胶前缘、凝胶后缘和凝胶中心等参数。最后通过对凝胶运移距离和运移速度的计算，定量表征凝胶在岩心中的运移性。本发明方法使凝胶在多孔介质中的运移特征得到比较直观的描述。
【IPC分类】G01N24/08
【公开号】CN105158287
【申请号】CN201510396001
【发明人】狄勤丰, 顾春元, 华帅, 叶峰, 张景楠, 蒋帆, 王文昌
【申请人】上海大学
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月8日