一种基于ct图像的渗透率预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于石油、地质科学技术领域，涉及到一种基于CT图像的渗透率预测方法。
【背景技术】
[0002] 多孔介质流动一直是地质科学、油藏工程及地下水污染等相关领域研究的主要问 题。其中，岩石渗透率作为影响多孔介质流动最重要的因素之一，是进行岩石评价的主要物 性参数。岩石渗透率包括绝对渗透率和相对渗透率，它们直接决定了岩石的储运能力、流体 流动规律、流体分布及流动稳定性等。除此之外渗透率也会对岩石的其它重要物理参数(如 毛细管力分布)产生影响。因此，准确预测岩石渗透率对相关领域的发展具有重要意义。
[0003] 传统岩石渗透率主要由地震、岩芯分析、测井和试井等方法得到，但它们有以下缺 点:其一，测量结果与测量仪器精度有很大关系，不同的测量仪器和测量方法会产生较大差 异的实验结果;其二，许多测试方法也只能针对一个样品测量，测量过程耗时。其三，测井、 试井等大尺度测量方法虽然测量结果准确，但却不易操作，耗时耗力，也无法评价岩石微观 物性对渗透率的影响;其四，对于具有各向异性的岩石的渗透率测量困难。
【发明内容】
[0004] 为了解决传统岩石渗透率测量方法的局限与不足，本发明了提出一种基于CT图像 的渗透率预测方法，目的是为了快速准确的得到岩石的绝对渗透率值和相对渗透率值。测 量方法主要包括3个过程:CT扫描，岩石表征单元体积确定和渗流模拟。
[0005] 本发明的技术方案是:一种基于CT图像的渗透率预测方法，包括以下步骤：
[0006] 1.CT 扫描
[0007] 利用工业X射线CT对实际岩石进行扫描，得到数字岩芯图像并对图像进行裁剪;将 数字岩芯图像二值化，得到数字岩芯图像的骨架和孔隙；
[0008] 2.确定数字岩芯图像的表征单元体积
[0009] (1)从1 %岩芯体积开始对数字岩芯图像随机选取至少10个1 %岩芯体积的子体 积，计算每个子体积的孔隙度并记录;然后以2%岩芯体积的速率逐步同步扩大每个子体积 并记录新得到子体积的孔隙度，直到所有子体积的孔隙度相对大小大于95%为止，记录此 时子体积的体积VI;其中，子体积的孔隙度计算公式为：
：Φ代表孔隙 度，sunw#表子体积孔隙像素点总数，sumgrain代表子体积骨架像素点总数）。
[0010] (2)从1 %岩芯体积开始对数字岩芯图像随机选取至少10个1 %岩芯体积的子体 积，计算每个子体积的分形维数并记录。然后以2%岩芯体积的速率逐步同步扩大每个子体 积并记录新得到子体积的分形维数，直到所有子体积的分形维数相对大小大于95%为止， 记录此时子体积的体积V2。其中，子体积的分形维数可以利用计盒算法思想，使用基于3D图 像的分形盒维数算法计算得出。
[0011 ] (3)从1 %岩芯体积开始对数字岩芯图像随机选取至少10个1 %岩芯体积的子体 积，计算每个子体积的渗透率张量并记录。然后以2%岩芯体积的速率逐步同步扩大每个子 体积并记录新得到子体积的渗透率张量，直到所有子体积的渗透率张量其矩阵对应值相对 大小都大于90%为止，记录此时子体积的体积V3。其中，子体积的渗透率张量可以基于广义 达西定律和质量守恒方程，利用有限元思想计算得到。
[0012] ⑷比较VI，V2，V3,其中的最大体积就是表征单元体积。
[0013] 3.渗流模拟:根据步骤(4)得到的表征单元体积从数字岩芯图像中随机选取表征 单元体积，利用渗透率计算模型对表征单元体积进行渗流过程数值模拟(如孔隙网络模型， CFD模型等），得到表征单元体积的绝对渗透率和相对渗透率，此时的绝对渗透率值和相对 渗透率值便可作为实际岩石渗透率的预测值。
[0014] 本发明的有益效果是：
[0015] 1.过程简单，很容易实现不同地质条件下岩石渗透率的多次测量。
[0016] 2.测量方法可对具有各向异性的岩石的渗透率进行准确预测。
[0017] 3.测量结果可以直接作为数值模拟的输入参数，测量方法适用于任何气-液-固或 液-液-固三相或多相体系的岩石渗透率预测。
[0018] 4.本发明也可推广到岩石其它物性的预测。
【附图说明】
[0019] 图1是工业X射线CT扫描岩石获取数字岩芯图像的示意图。
[0020] 图2是表征单元体积获取的流程示意图。
[0021 ]图中：1工业X射线CT; 2实际岩石样品；3数字岩芯图像;4子体积；
[0022] 5计算机;6表征单元体积。
【具体实施方式】
[0023]以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的【具体实施方式】。
[0024] 实施例
[0025] CT 扫描
[0026] 利用工业X射线CT1对实际岩石样品2进行扫描，得到数字岩芯图像3并对图像进行 裁剪;将数字岩芯图像3二值化，得到数字岩芯图像3的骨架和孔隙。
[0027]表征单元体积确定
[0028] (1)从1%岩芯体积开始对数字岩芯图像3随机选取至少10个子体积4,利用计算机 5计算每个子体积4的孔隙度并记录。然后以2%岩芯体积的速率逐步同步扩大每个子体积4 并记录新得到子体积4的孔隙度，直到所有子体积4的孔隙度相对大小大于95 %为止，记录 此时子体积4的体积VI;其中，子体积4的孔隙度计算公式为：
：Φ代表 孔隙度，smwA表子体积孔隙像素点总数，sumgrain代表子体积骨架像素点总数）。
[0029] (2)从1%岩芯体积开始对数字岩芯图像3随机选取至少10个1 %岩芯体积的子体 积4,利用计算机5计算每个子体积4的分形维数并记录。然后以2%岩芯体积的速率逐步同 步扩大每个子体积4并记录新得到子体积4的分形维数，直到所有子体积4的分形维数相对 大小大于95%为止，记录此时子体积4的体积V2。其中，子体积4的分形维数可以利用计盒算 法思想，使用基于3D图像的分形盒维数算法计算得出。
[0030] (3)从1 %岩芯体积开始对数字岩芯图像3随机选取至少10个1 %岩芯体积的子体 积4，利用计算机5计算每个子体积4的渗透率张量并记录。然后以2 %岩芯体积的速率逐步 同步扩大每个子体积4并记录新得到子体积4的渗透率张量，直到所有子体积4的渗透率张 量其矩阵对应值相对大小都大于90 %为止，记录此时子体积4的体积V3。其中，子体积4的渗 透率张量可以基于广义达西定律和质量守恒方程，利用有限元思想计算得到。
[0031] (4)比较VI，V2，V3的大小，其中的最大体积就是表征单元体积6的大小。
[0032]渗流模拟
[0033]根据步骤(4)得到的表征单元体积6的大小从数字岩芯图像中随机选取表征单元 体积6,利用渗透率计算模型对表征单元体积6进行渗流过程数值模拟（如孔隙网络模型， CFD模型等），得到表征单元体积6的绝对渗透率和相对渗透率，此时的绝对渗透率值和相对 渗透率值便可作为实际岩石样品2渗透率的预测值。
【主权项】
1. 一种基于CT图像的渗透率预测方法，其特征在于，步骤如下： (1) CT扫描 利用工业X射线CT对实际岩石样品进行扫描，得到实际岩石样品的数字岩忍图像并对 图像进行裁剪;将数字岩忍图像二值化，得到数字岩忍图像的骨架和孔隙； (2) 确定数字岩忍图像的表征单元体积 1) 从1%岩忍体积开始对数字岩忍图像随机选取至少10个1%岩忍体积的子体积，计算 每个子体积的孔隙度并记录;然后W2%岩忍体积的速率逐步同步扩大每个子体积并记录 新得到子体积的孔隙度，直到所有子体积的孔隙度相对大小都大于95%为止，记录此时子 体积的体积VI;其中，子体积的孔隙度计算公式为：4为孔隙度， sumpore为子体积孔隙像素点总数，sumgrain为子体积骨架像素点总数； 2) 从1%岩忍体积开始对数字岩忍图像随机选取至少10个1%岩忍体积的子体积，计算 每个子体积的分形维数并记录;然后W2%岩忍体积的速率逐步同步扩大每个子体积并记 录新得到子体积的分形维数，直到所有子体积的分形维数相对大小都大于95%为止，记录 此时子体积的体积V2;其中，子体积的分形维数利用计盒算法，使用基于3D图像的分形盒维 数算法得出； 3) 从1%岩忍体积开始对数字岩忍图像随机选取至少10个1%岩忍体积的子体积，计算 每个子体积的渗透率张量并记录;然后W2%岩忍体积的速率逐步同步扩大每个子体积并 记录新得到子体积的渗透率张量，直到所有子体积的渗透率张量其矩阵对应值相对大小都 大于90%为止，记录此时子体积的体积V3;其中，子体积的渗透率张量基于广义达西定律和 质量守恒方程，利用有限元计算得到； 4) 比较Vl，V2和V3，其中的最大体积就是表征单元体积； (3) 渗流模拟 根据步骤4)确定的表征单元体积从数字岩忍图像中随机选取表征单元体积，利用渗透 率计算模型对表征单元体积进行渗流过程数值模拟，得到表征单元体积的绝对渗透率和相 对渗透率，绝对渗透率值和相对渗透率值即为实际岩石渗透率的预测值。2. 根据权利要求1所述的渗透率预测方法，其特征在于，所述的渗流过程数值模拟方法 为孔隙网络模型或CFD模型。
【专利摘要】本发明属于石油、地质科学技术领域，提供了一种基于CT图像的渗透率预测方法。CT扫描：利用工业X射线CT对实际岩石样品进行扫描，得到实际岩石样品的数字岩芯图像并对图像进行裁剪；将数字岩芯图像二值化，得到数字岩芯图像的骨架和孔隙；确定数字岩芯图像的表征单元体积；渗流模拟：绝对渗透率值和相对渗透率值即为实际岩石渗透率的预测值。本发明的渗透率预测方法过程简单，很容易实现不同地质条件下岩石渗透率的多次测量。测量方法可对具有各向异性的岩石的渗透率进行准确预测。测量结果可以直接作为数值模拟的输入参数，测量方法适用于任何气‐液‐固或液‐液‐固三相或多相体系的岩石渗透率预测。本发明也可推广到岩石其它物性的预测。
【IPC分类】G01N15/08
【公开号】CN105510204
【申请号】CN201510880934
【发明人】宋永臣, 吕鹏飞, 刘瑜, 蒋兰兰, 滕莹, 武博浩, 陆国欢, 王梦婷
【申请人】大连理工大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2015年12月3日