页岩lREV尺度数字岩心重构方法及装置与流程

本发明实施例涉及石油开采领域，尤其涉及一种页岩lrev尺度数字岩心重构方法及装置。

背景技术：

岩气是从页岩储层中开采出的天然气，成分以甲烷为主，是一种重要的新兴能源。然而成功开发页岩气需要解决很多难题，其中的基础问题之一是对孔隙(缝)结构的认识不清楚。

页岩气主要以游离态和吸附态存储在页岩储层中，页岩的孔隙结构直接影响页岩的吸附、渗流、扩散和滑脱等流动特性。页岩中的微孔隙和微裂隙是页岩气中重要的储存空间与流通通道，因此，研究页岩储层的孔隙结构对页岩的含气性评价和勘探开发具有重要意义。但是目前的实验设备存在无法同时满足大视野和高分辨率的要求。微米ct可以获得较大的岩心尺寸,但它的分辨率最高只能达到1微米，仅能识别微米大小的孔隙，丢失了页岩内部大量的纳米孔隙的信息。纳米ct和fib-sem虽然可以识别纳米孔隙，但是其扫描视野太小，只有几立方微米，存在无法获得非均匀性较强的页岩的代表性体积元(representativeelementaryvolume,rev)的问题。如果要获得更大尺度和范围内的孔隙结构，必须通过对其特征的三维重构才能实现。

目前常用的重构方法如过程法、模拟退火法和序贯模拟法等大多只适用于均质性较好的砂岩样品，页岩具有复杂的多尺度孔隙结构，用这些方法难以构建较好的三维页岩数字岩心。重构的三维数字岩心ccsim方法是近几年发展起来的可用于页岩重构的方法，其重构的数字岩心与原始页岩岩样的二维图像统计特性非常接近，也可以保持较好的连通性，但是重构数字岩心的垂向形态特征、渗透率、岩电特性都与原始岩样存在偏差(gaoetal,2015，tahmasebi,2016)。ji(jietal,2017)将ccsim方法与三步删选方法(threestepsamplingmethod)相结合，发展了ccsim-tss方法，它有效的改善了ccsim方法重构结果的垂向连通性，但是其重构结果有一定随机性，并且孔隙半径分布、岩电性质、渗透率等物性参数仍与真实岩样存在一定偏差。

然而，以上重构方法都是适用于单一尺度孔隙结构的重构方法，无法准确刻画页岩多尺度孔隙结构。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种页岩lrev尺度数字岩心重构方法及装置，可以实现构建更大尺寸、高分辨率(纳米)的数字岩心，以涵盖页岩的多尺度孔隙结构信息，表征各层的孔隙(缝)结构特征。

第一方面，本发明实施例提供一种页岩lrev尺度数字岩心重构方法，包括：

扫描页岩样本获取sem图像，其中，所述sem图像包含所述页岩样品的层理内部的典型特征；

从所述sem图像提取所述页岩样本中各组分的典型二维图像；

根据所述二维图像重构有机质和有机孔的第一三维数字岩心；

根据所述二维图像重构黄铁矿、无机孔和微裂缝的第二三维数字岩心；

将所述第一三维数字岩心和所述第二三维数字岩心叠加为lrev尺度数字岩心；

根据渗透率和孔隙半径分布为约束条件，对所述lrev尺度数字岩心进行优化，得到lrev尺度的数字-实验岩心。

在一个可能的实施方式中，所述方法，还包括：

采用多功能脉冲衰减气体渗透率实验和氮吸附实验分别测得页岩样品在不同压力下渗透率和孔隙半径分布。

在一个可能的实施方式中，所述根据所述二维图像重构有机质和有机孔的第一三维数字岩心，包括：

根据res分析从所述sem图像中，提取有机质和有机孔达到res的二维图像；

基于所述二维图像，采用ccsim-tss重构方法重构有机质的三维数字岩心和有机孔的三维数字岩心。

在一个可能的实施方式中，所述根据所述二维图像重构黄铁矿、无机孔和微裂缝的第二三维数字岩心，包括：

从所述sem图像中分别提取黄铁矿、无机孔的直径分布，采用随机方法构建服从所述分布的球体，将所述球体随机洒在三维数字岩心中，获取黄铁矿的三维数字岩心和无机孔的三维数字岩心；

从所述sem图像中分别提取微裂缝的长度分布，用随机方法构建服从所述分布的直线，将所述直线随机洒在三维数字岩心中，获取微裂缝的三维数字岩心。

在一个可能的实施方式中，所述将所述第一三维数字岩心和所述第二三维数字岩心叠加为lrev尺度数字岩心，包括：

采用三次样条差值的方法，将机质的三维数字岩心、黄铁矿的三维数字岩心和微裂缝的三维数字岩心扩大到分辨率为4nm的数字岩心；

采用镜像法和组合嵌套的方法，将有机孔的三维数字岩心和无机孔的三维数字岩心叠加组合为320微米的数字岩心；

将所述数字岩心叠加组合为lrev尺度数字岩心。

第二方面，本发明实施例提供一种页岩lrev尺度数字岩心重构装置，包括：

扫描模块，用于扫描页岩样本获取sem图像，其中，所述sem图像包含所述页岩样品的层理内部的典型特征；

获取模块，用于从所述sem图像提取所述页岩样本中各组分的典型二维图像；

重构模块，用于根据所述二维图像重构有机质和有机孔的第一三维数字岩心；根据所述二维图像重构黄铁矿、无机孔和微裂缝的第二三维数字岩心；

叠加模块，用于将所述第一三维数字岩心和所述第二三维数字岩心叠加为lrev尺度数字岩心；

优化模块，用于根据渗透率和孔隙半径分布为约束条件，对所述lrev尺度数字岩心进行优化，得到lrev尺度的数字-实验岩心。

在一个可能的实施方式中，所述获取模块，还用于

采用多功能脉冲衰减气体渗透率实验和氮吸附实验分别测得页岩样品在不同压力下渗透率和孔隙半径分布。

在一个可能的实施方式中，所述重构模块，具体用于根据res分析从所述sem图像中，提取有机质和有机孔达到res的二维图像；基于所述二维图像，采用ccsim-tss重构方法重构有机质的三维数字岩心和有机孔的三维数字岩心。

在一个可能的实施方式中，所述重构模块，具体用于从所述sem图像中分别提取黄铁矿、无机孔的直径分布，采用随机方法构建服从所述分布的球体，将所述球体随机洒在三维数字岩心中，获取黄铁矿的三维数字岩心和无机孔的三维数字岩心；

从所述sem图像中分别提取微裂缝的长度分布，用随机方法构建服从所述分布的直线，将所述直线随机洒在三维数字岩心中，获取微裂缝的三维数字岩心。

在一个可能的实施方式中，所述叠加模块，具体用于采用三次样条差值的方法，将机质的三维数字岩心、黄铁矿的三维数字岩心和微裂缝的三维数字岩心扩大到分辨率为4nm的数字岩心；采用镜像法和组合嵌套的方法，将有机孔的三维数字岩心和无机孔的三维数字岩心叠加组合为320微米的数字岩心；将所述数字岩心叠加组合为lrev尺度数字岩心。

本发明实施例提供的页岩lrev尺度数字岩心重构方案，通过扫描页岩样本获取sem图像，其中，所述sem图像包含所述页岩样品的层理内部的典型特征；从所述sem图像提取所述页岩样本中各组分的典型二维图像；根据所述二维图像重构有机质和有机孔的第一三维数字岩心；根据所述二维图像重构黄铁矿、无机孔和微裂缝的第二三维数字岩心；将所述第一三维数字岩心和所述第二三维数字岩心叠加为lrev尺度数字岩心；根据渗透率和孔隙半径分布为约束条件，对所述lrev尺度数字岩心进行优化，得到lrev尺度的数字-实验岩心；可以实现构建更大尺寸、高分辨率(纳米)的数字岩心，以涵盖页岩的多尺度孔隙结构信息，表征各层的孔隙(缝)结构特征。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种页岩lrev尺度数字岩心重构方法的流程示意图；

图2为本发明实施例涉及的有机质重构的示意图；

图3为本发明实施例涉及的有机孔重构的示意图；

图4为本发明实施例涉及的黄铁矿重构的示意图；

图5为本发明实施例涉及的无机孔重构的示意图；

图6为本发明实施例涉及的微裂缝重构的示意图；

图7为本发明实施例涉及的数字岩心叠加的示意图；

图8为本发明实施例提供的一种页岩lrev尺度数字岩心重构装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明实施例的限定。

图1为本发明实施例提供的一种页岩lrev尺度数字岩心重构方法的流程示意图，如图1所示，该方法具体包括：

s101、扫描页岩样本获取sem图像。

在本实施例中，使用扫描电子显微镜对真实页岩岩样进行扫描和识别后得到相应的sem图像，该图像需要足够大，以包含页岩特定层理内部有机质块体、有机质孔隙、无机矿物中的无机孔、微裂缝以及黄铁矿等组分的典型特征，同时该图像分辨率也要足够高，能观察到最小的纳米孔隙分布，其中，所述sem图像包含所述页岩样品的层理内部的典型特征。

采用多功能脉冲衰减气体渗透率实验和氮吸附实验分别测得页岩样品在不同压力下渗透率和孔隙半径分布。

s102、从所述sem图像提取所述页岩样本中各组分的典型二维图像。

s103、根据所述二维图像重构有机质和有机孔的第一三维数字岩心。

参照图2和3，示出了本实施例的有机质和有机孔重构的示意图，根据res分析从所述sem图像中，提取有机质和有机孔达到res的二维图像；基于所述二维图像，采用ccsim-tss重构方法重构有机质的三维数字岩心(分辨率80nm，边长320微米)和有机孔的三维数字岩心(分辨率4nm，边长20微米)。

s104、根据所述二维图像重构黄铁矿、无机孔和微裂缝的第二三维数字岩心。

参照图4和5，示出了本实施例的黄铁矿和无机孔重构的示意图，从所述sem图像中分别提取黄铁矿、无机孔的直径分布，采用随机方法构建服从所述分布的球体，将所述球体随机洒在三维数字岩心中，获取黄铁矿的三维数字岩心和无机孔的三维数字岩心。

参照图6，示出了本实施例的微裂缝重构的示意图从所述sem图像中分别提取微裂缝的长度分布，用随机方法构建服从所述分布的直线，将所述直线随机洒在三维数字岩心中，获取微裂缝的三维数字岩心。

s105、将所述第一三维数字岩心和所述第二三维数字岩心叠加为lrev尺度数字岩心。

参照图7，示出了本发明实施例涉及的数字岩心叠加的示意图，采用三次样条差值的方法，将有机质的三维数字岩心、黄铁矿的三维数字岩心和微裂缝的三维数字岩心扩大到分辨率为4nm的数字岩心；采用镜像法和组合嵌套的方法，将有机孔的三维数字岩心和无机孔的三维数字岩心叠加组合为边长为320微米的数字岩心；将所述数字岩心叠加组合为lrev尺度数字岩心。

可采用如下叠加算法进行叠加：

ω＝ω1+ω2+ω3+ω4+ω5

其中，ω,ω1,ω2,ω3,ω4,ω5为多组分数字岩心、有机质、有机孔、黄铁矿、微裂缝和无机孔的数字岩心。,ω^skeleton,ω^pyrite,ω^ompore,ω^iompore和ω^slit表示多组分数字岩心中的基质、黄铁矿、有机孔、有机质、无机孔和微裂缝，他们的值分别为0,1,2,3和4。

s106、根据渗透率和孔隙半径分布为约束条件，对所述lrev尺度数字岩心进行优化，得到lrev尺度的数字-实验岩心。

具体地，利用实验测得的孔隙半径为约束条件，利用模拟退火法，对lrev尺度的数字岩心进行迭代调整，直到最后得到的数字岩心的孔隙半径分布与实验测得值一致。然后，利用实验测得渗透率，确定数字岩心中无机孔的迂曲度的值，就可以得到lrev尺度的数字-实验岩心，该岩心的孔隙半径分布和渗透率与实验测量值一致，具有较高的精度。

本发明实施例提供的页岩lrev尺度数字岩心重构方法，通过扫描页岩样本获取sem图像，其中，所述sem图像包含所述页岩样品的层理内部的典型特征；从所述sem图像提取所述页岩样本中各组分的典型二维图像；根据所述二维图像重构有机质和有机孔的第一三维数字岩心；根据所述二维图像重构黄铁矿、无机孔和微裂缝的第二三维数字岩心；将所述第一三维数字岩心和所述第二三维数字岩心叠加为lrev尺度数字岩心；根据渗透率和孔隙半径分布为约束条件，对所述lrev尺度数字岩心进行优化，得到lrev尺度的数字-实验岩心；可以实现构建更大尺寸、高分辨率(纳米)的数字岩心，以涵盖页岩的多尺度孔隙结构信息，表征各层的孔隙(缝)结构特征。

图8为本发明实施例提供的一种页岩lrev尺度数字岩心重构装置的结构示意图，如图8所示，该装置具体包括：

扫描模块801，用于扫描页岩样本获取sem图像，其中，所述sem图像包含所述页岩样品的层理内部的典型特征；

获取模块802，用于从所述sem图像提取所述页岩样本中各组分的典型二维图像；

重构模块803，用于根据所述二维图像重构有机质和有机孔的第一三维数字岩心；根据所述二维图像重构黄铁矿、无机孔和微裂缝的第二三维数字岩心；

叠加模块804，用于将所述第一三维数字岩心和所述第二三维数字岩心叠加为lrev尺度数字岩心；

优化模块805，用于根据渗透率和孔隙半径分布为约束条件，对所述lrev尺度数字岩心进行优化，得到lrev尺度的数字-实验岩心。

可选地，所述获取模块802，还用于采用多功能脉冲衰减气体渗透率实验和氮吸附实验分别测得页岩样品在不同压力下渗透率和孔隙半径分布。

可选地，所述重构模块803，具体用于根据res分析从所述sem图像中，提取有机质和有机孔达到res的二维图像；基于所述二维图像，采用ccsim-tss重构方法重构有机质的三维数字岩心和有机孔的三维数字岩心。

可选地，所述重构模块803，具体用于从所述sem图像中分别提取黄铁矿、无机孔的直径分布，采用随机方法构建服从所述分布的球体，将所述球体随机洒在三维数字岩心中，获取黄铁矿的三维数字岩心和无机孔的三维数字岩心；

从所述sem图像中分别提取微裂缝的长度分布，用随机方法构建服从所述分布的直线，将所述直线随机洒在三维数字岩心中，获取微裂缝的三维数字岩心。

可选地，所述叠加模块803，具体用于采用三次样条差值的方法，将机质的三维数字岩心、黄铁矿的三维数字岩心和微裂缝的三维数字岩心扩大到分辨率为4nm的数字岩心；采用镜像法和组合嵌套的方法，将有机孔的三维数字岩心和无机孔的三维数字岩心叠加组合为320微米的数字岩心；将所述数字岩心叠加组合为lrev尺度数字岩心。

本发明实施例提供的页岩lrev尺度数字岩心重构装置，通过扫描页岩样本获取sem图像，其中，所述sem图像包含所述页岩样品的层理内部的典型特征；从所述sem图像提取所述页岩样本中各组分的典型二维图像；根据所述二维图像重构有机质和有机孔的第一三维数字岩心；根据所述二维图像重构黄铁矿、无机孔和微裂缝的第二三维数字岩心；将所述第一三维数字岩心和所述第二三维数字岩心叠加为lrev尺度数字岩心；根据渗透率和孔隙半径分布为约束条件，对所述lrev尺度数字岩心进行优化，得到lrev尺度的数字-实验岩心；可以实现构建更大尺寸、高分辨率(纳米)的数字岩心，以涵盖页岩的多尺度孔隙结构信息，表征各层的孔隙(缝)结构特征。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。