页岩岩心尺度数字-实验模型的重构方法及装置与流程

本发明实施例涉及石油开采领域，尤其涉及一种页岩岩心尺度数字-实验模型的重构方法及装置。

背景技术：

与常规储层不同,页岩储层具有非均质性强，有效孔隙度低，渗透率极低，各向异性明显，孔隙结构极其复杂的特点。目前,页岩储层评价仍面临很多问题，其中关键困难之一就是对孔隙(缝)结构的认识不清楚。页岩孔隙(缝)结构具有很强的非均一性，不同区块和不同层位页岩的孔径分布、孔隙形态、干酪根类型和丰度、矿物成分及其分布等等千差万别。由扫描电子显微镜图像也可以看出，页岩内部分布着多种类型的孔隙和微裂缝，其尺度跨越六到七个数量级，以纳米孔为主。页岩的孔隙结构极大地影响储层的渗流能力和储集能力,对页岩的孔隙结构进行深入研究,实现多尺度孔隙空间的精细表征，可为优质储层预测以及页岩气的可采量评价提供科学依据，对页岩气的勘探开发具有十分重要的现实和战略意义。

数字岩心技术是储层孔隙三维结构表征的重要手段，但是目前数字岩心建模技术较多集中于对单一尺度的孔隙(缝)结构构建，无法完整地描述尺寸变化范围较大的孔隙结构。页岩孔隙(缝)尺度横跨六到七个数量级，相互连通的纳米级孔喉、微米级孔隙、微裂缝网、人工裂缝为页岩气提供了运移通道，因此为了有效得进行储层评价，我们需要对页岩孔隙(缝)结构进行跨尺度、连续表征以精细刻画多尺度孔缝结构及其连通性。同时，垂向层理明显、层理缝发育是页岩样品的典型特征，也是导致页岩渗透率各向异性(垂向与沿层理方向渗透率相差将近十倍)的根本原因。页岩层理面上下层矿物成分差异较大，研究表明矿物直接控制着微观孔隙和构造的发育，对页岩的含气性和储集物性具有重要影响。

因此，在表征页岩孔隙(缝)结构特征的时候，需要综合考虑层理特征和各层矿物分布的差异，以表征各层的孔隙(缝)结构特征，然而，现有缺少适用于页岩的含层理特征的跨尺度(纳米-微米-厘米)数字岩心建模方案，以实现孔隙(缝)空间的完备表征。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种页岩岩心尺度数字-实验模型的重构方法及装置，可以实现构建含层理特征的跨尺度的数字岩心，以实现孔隙(缝)空间的完备表征。

第一方面，本发明实施例提供一种页岩岩心尺度数字-实验模型的重构方法，包括：

获取岩石样本的页岩垂向的eds图片和sem图片；

从所述sem图片提取典型层理内部无机孔和有机孔的二维图片；

根据所述有机孔的二维图片重构有机孔的三维数字岩心；

根据所述无机孔的二维图片重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心；

从所述eds图片中提取每个层理内部矿物分布信息，并重构每层内部矿物质的三维结构；

根据每层矿物质的三维结构、有机孔的三维数字岩心和无机孔和微裂缝的三维数字岩心，叠加得到每层的多尺度数字岩心；

根据相邻层矿物质的分布信息，确定层理缝的分布信息；

根据垂直层理方向的渗透率为约束，确定无机孔的迂曲度；

根据沿层理方向的渗透率为约束，确定层理缝的迂曲度；

根据所述分布信息和所述迂曲度将各层的多尺度数字岩心和实验岩心进行叠加，得到岩心尺度的数字-实验岩心。

在一个可能的实施方式中，所述获取岩石样本的页岩垂向的eds图片和sem图片，包括：

采用x射线能谱仪对页岩岩样进行扫描，获取岩石样本的页岩垂向的eds图片；

采用扫描电子显微镜对页岩岩样进行扫描，获取岩石样本的页岩垂向的sem图片。

在一个可能的实施方式中，所述方法还包括：

利用多功能脉冲衰减气体渗透率实验测得页岩岩样在不同压力下沿层理方向和垂直层理方向的渗透率，利用氮吸附实验获得页岩孔隙半径分布。

在一个可能的实施方式中，根据所述有机孔的二维图片采用csim-tss方法重构有机孔的三维数字岩心；

根据所述无机孔和微裂缝的二维图片采用随机分析方法重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心。

在一个可能的实施方式中，采用ccsim-tss方法和随机分析方法相结合，重构每层内部矿物质的三维结构。

第二方面，本发明实施例提供一种页岩岩心尺度数字-实验模型的重构装置，包括：

获取模块，用于获取岩石样本的页岩垂向的eds图片和sem图片；

提取模块，用于从所述sem图片提取典型层理内部无机孔、微裂缝和有机孔的二维图片；

重构模块，用于根据所述有机孔的二维图片重构有机孔的三维数字岩心；根据所述无机孔、微裂缝的二维图片重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心；

所述提取模块，还用于从所述eds图片中提取每个层理内部矿物分布信息，并重构每层内部矿物质的三维结构；

叠加模块，用于根据每层矿物质的三维结构、有机孔的三维数字岩心和无机孔和微裂缝的三维数字岩心，叠加得到每层的多尺度数字岩心；

确定模块，用于根据相邻层矿物质的分布信息，确定层理缝的分布信息；根据垂直层理方向的渗透率为约束，确定层理缝的迂曲度；根据沿层理方向的渗透率为约束，确定层理缝的迂曲度；

所述叠加模块，还用于根据所述分布信息和所述迂曲度将各层的多尺度数字岩心和实验岩心进行叠加，得到岩心尺度的数字-实验岩心。

在一个可能的实施方式中，所述获取模块，具体用于采用x射线能谱仪对页岩岩样进行扫描，获取岩石样本的页岩垂向的eds图片；采用扫描电子显微镜对页岩岩样进行扫描，获取岩石样本的页岩垂向的sem图片。

在一个可能的实施方式中，所述确定模块，还用于利用多功能脉冲衰减气体渗透率实验测得页岩岩样在不同压力下沿层理方向和垂直层理方向的渗透率，利用氮吸附实验获得页岩孔隙半径分布。

在一个可能的实施方式中，所述重构模块，具体用于根据所述有机孔的二维图片采用csim-tss方法重构有机孔的三维数字岩心；根据所述无机孔的二维图片采用随机分析方法重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心。

在一个可能的实施方式中，所述重构模块，具体用于采用ccsim-tss方法和随机分析方法相结合，重构每层内部矿物质的三维结构。

本发明实施例提供的页岩岩心尺度数字-实验模型的重构方案，通过获取岩石样本的页岩垂向的eds图片和sem图片；从所述sem图片提取典型层理内部无机孔和有机孔的二维图片；根据所述有机孔的二维图片重构有机孔的三维数字岩心；根据所述无机孔的二维图片重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心；从所述eds图片中提取每个层理内部矿物分布信息，并重构每层内部矿物质的三维结构；根据每层矿物质的三维结构、有机孔的三维数字岩心和无机孔和微裂缝的三维数字岩心，叠加得到每层的多尺度数字岩心；根据相邻层矿物质的分布信息，确定层理缝的分布信息；根据沿层理放心的渗透率为约束，确定层理缝的迂曲度；根据所述分布信息和所述迂曲度将各层的多尺度数字岩心和实验岩心进行叠加，得到岩心尺度的数字-实验岩心；可以实现构建含层理特征的跨尺度的数字岩心，以实现孔隙(缝)空间的完备表征。

附图说明

图1为本发明实施例提供一种页岩岩心尺度数字-实验模型的重构方法的流程示意图；

图2为本发明实施例的根据岩石样本获得的eds图片和sem图片；

图3为本发明实施例的重构有机孔的三维数字岩心的示意图；

图4为本发明实施例的提取无机孔的示意图；

图5为本发明实施例的重构每层内部矿物质的三维结构的示意图；

图6为本发明实施例的叠加得到每层的多尺度数字岩心的示意图；

图7为本发明实施例的每一层中多尺度数字岩心重构结果层理缝构建示意图；

图8为本发明实施例提供的一种页岩岩心尺度数字-实验模型的重构装置结构示意图。

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一种页岩岩心尺度数字-实验模型的重构方法的流程示意图，如图1所示，该方法具体包括：

s101、获取岩石样本的页岩垂向的eds图片和sem图片。

具体的，采用x射线能谱仪对页岩岩样进行扫描，获取岩石样本的页岩垂向的eds图片；采用扫描电子显微镜对页岩岩样进行扫描，获取岩石样本的页岩垂向的sem图片。

其中，参照图2示出了本实施例的根据岩石样本获得的eds图片和sem图片。sem图片用于表征演示样品中的无机孔和有机孔，sem图片也可理解为从岩石样本中采样获取的；eds图片用于表征每层内部矿物分布信息，其中，单个sem图片对应于某一层的eds图片。

作为本实施例的一可选方案，还包括：利用多功能脉冲衰减气体渗透率实验测得页岩岩样在不同压力下沿层理方向和垂直层理方向的渗透率，利用氮吸附实验获得页岩孔隙半径分布。

s102、从所述sem图片提取典型层理内部无机孔、微裂缝和有机孔的二维图片。

s103、根据所述有机孔的二维图片重构有机孔的三维数字岩心。

参照图3，示出了本发明实施例的重构有机孔的三维数字岩心的示意图，具体的根据所述有机孔的二维图片采用csim-tss方法重构有机孔的三维数字岩心。

s104、根据所述无机孔和微裂缝的二维图片重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心。

参照图4示出了为本发明实施例的提取无机孔的示意图，具体的根据所述无机孔的二维图片采用随机分析方法重构无机孔的三维数字岩心。

在此步骤中，需要将eds图片和sem图片相结合，提取每种无机矿物中无机孔的分布特征(如图4所示)，然后重构每种无机矿物中的无机孔三维数字岩心。每张无机孔三维数字岩心的大小为1000*1000*1000um³，分辨率为20nm。

s105、从所述eds图片中提取每个层理内部矿物分布信息，并重构每层内部矿物质的三维结构。

参照图5，示出了本发明实施例的重构每层内部矿物质的三维结构的示意图，采用ccsim-tss方法和随机分析方法相结合，重构每层内部矿物质的三维结构。

s106、根据每层矿物质的三维结构、有机孔的三维数字岩心和无机孔和微裂缝的三维数字岩心，叠加得到每层的多尺度数字岩心。

具体的，参照图，示出了本发明实施例的叠加得到每层的多尺度数字岩心的示意图，采用改进的多尺度叠加算法，将每层的各矿物组分、有机孔和无机孔和微裂缝的三维数字岩心叠加得到每层的多尺度数字岩心。

从eds图片的每层中提取矿物典型矿物的分布信息，在本例中提取的是含量大于5％的矿物，即石英，伊利石，黄铁矿，白云石，铁白云石，奥长石，有机质，如图4所示。然后利用ccsim-tss方法和随机分析方法重构每种矿物的三维数字岩心，每个岩心的大小为1000*1000*1000um³，分辨率为1um。

s107、根据垂直层理方向的渗透率为约束，确定无机孔的迂曲度。

s108、根据相邻层矿物质的分布信息，确定层理缝的分布信息。

s109、根据沿层理方向的渗透率为约束，确定层理缝的迂曲度。

s110、根据所述分布信息和所述迂曲度将各层的多尺度数字岩心和实验岩心进行叠加，得到岩心尺度的数字-实验岩心。

具体地，据相邻两层的矿物分布特征，假设层理缝只产生在不同矿物交界面处，则上下两层矿物不一样的地方，会有层理缝。按照上述准则，我们可以得到层理缝分布，如图7所示。

本发明实施例提供的页岩岩心尺度数字-实验模型的重构方法，通过获取岩石样本的页岩垂向的eds图片和sem图片；从所述sem图片提取典型层理内部无机孔和有机孔的二维图片；根据所述有机孔的二维图片重构有机孔的三维数字岩心；根据所述无机孔的二维图片重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心；从所述eds图片中提取每个层理内部矿物分布信息，并重构每层内部矿物质的三维结构；根据每层矿物质的三维结构、有机孔的三维数字岩心和无机孔和微裂缝的三维数字岩心，叠加得到每层的多尺度数字岩心；根据垂直层理方向的渗透率为约束，确定无机孔的迂曲度。根据相邻层矿物质的分布信息，确定层理缝的分布信息；根据沿层理方向的渗透率为约束，确定层理缝的迂曲度；根据所述分布信息和所述迂曲度将各层的多尺度数字岩心和实验岩心进行叠加，得到岩心尺度的数字-实验岩心；可以实现构建含层理特征的跨尺度的数字岩心，以实现孔隙(缝)空间的完备表征。

图8为本发明实施例提供的一种页岩岩心尺度数字-实验模型的重构装置结构示意图，如图8所示，该装置具体包括：

获取模块801，用于获取岩石样本的页岩垂向的eds图片和sem图片；

提取模块802，用于从所述sem图片提取典型层理内部无机孔、微裂缝和有机孔的二维图片；

重构模块803，用于根据所述有机孔的二维图片重构有机孔的三维数字岩心；根据所述无机孔、微裂缝的二维图片重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心；

所述提取模块802，还用于从所述eds图片中提取每个层理内部矿物分布信息，并重构每层内部矿物质的三维结构；

叠加模块804，用于根据每层矿物质的三维结构、有机孔的三维数字岩心和无机孔和微裂缝的三维数字岩心，叠加得到每层的多尺度数字岩心；

确定模块805，用于根据相邻层矿物质的分布信息，确定层理缝的分布信息；根据垂直层理方向的渗透率为约束，确定层理缝的迂曲度；根据沿层理方向的渗透率为约束，确定层理缝的迂曲度；

所述叠加模块804，还用于根据所述分布信息和所述迂曲度将各层的多尺度数字岩心和实验岩心进行叠加，得到岩心尺度的数字-实验岩心。

可选地，所述获取模块801，具体用于采用x射线能谱仪对页岩岩样进行扫描，获取岩石样本的页岩垂向的eds图片；采用扫描电子显微镜对页岩岩样进行扫描，获取岩石样本的页岩垂向的sem图片。

可选地，所述确定模块805，还用于利用多功能脉冲衰减气体渗透率实验测得页岩岩样在不同压力下沿层理方向和垂直层理方向的渗透率，利用氮吸附实验获得页岩孔隙半径分布。

可选地，所述重构模块803，具体用于根据所述有机孔的二维图片采用csim-tss方法重构有机孔的三维数字岩心；根据所述无机孔的二维图片采用随机分析方法重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心。

可选地，所述重构模块803，具体用于采用ccsim-tss方法和随机分析方法相结合，重构每层内部矿物质的三维结构。

本发明实施例提供的页岩岩心尺度数字-实验模型的重构方案，通过获取岩石样本的页岩垂向的eds图片和sem图片；从所述sem图片提取典型层理内部无机孔和有机孔的二维图片；根据所述有机孔的二维图片重构有机孔的三维数字岩心；根据所述无机孔的二维图片重构无机孔和微裂缝的三维数字岩心；从所述eds图片中提取每个层理内部矿物分布信息，并重构每层内部矿物质的三维结构；根据每层矿物质的三维结构、有机孔的三维数字岩心和无机孔和微裂缝的三维数字岩心，叠加得到每层的多尺度数字岩心；根据相邻层矿物质的分布信息，确定层理缝的分布信息；根据沿层理放心的渗透率为约束，确定层理缝的迂曲度；根据所述分布信息和所述迂曲度将各层的多尺度数字岩心和实验岩心进行叠加，得到岩心尺度的数字-实验岩心；可以实现构建含层理特征的跨尺度的数字岩心，以实现孔隙(缝)空间的完备表征。

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。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

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。