强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911009739.8 (22)申请日 2019.10.23 (71)申请人 山东省科学院海洋仪器仪表研究所 地址 266200 山东省青岛市鳌山卫街道青 岛蓝色硅谷核心区蓝色硅谷创业中心 一期2号楼 (72)发明人 张琦于慧彬李小峰胡祎萌 刘铁生 (74)专利代理机构 青岛华慧泽专利代理事务所 (普通合伙) 37247 代理人 刘娜 (51)Int.Cl. G01N 15/08(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种强非均质多孔介。

2、质的多尺度渗透率计 算方法 (57)摘要 本发明公开了一种强非均质多孔介质的多 尺度渗透率计算方法， 包括以下步骤： 用高精度 扫描设备扫描岩心， 获取并分析包含岩心结构信 息的三维数字图像数据体； 通过组间分类， 基于 局部渗透率关系构建强非均质多孔介质的多尺 度模型； 利用孔隙网络模型和灰格子玻尔兹曼方 法， 开展多尺度流动模拟， 得到样品的多尺度渗 透率。 本发明考虑真实强非均质孔隙空间的微观 非均质特征， 计算多尺度渗透率， 定量评价强非 均质多孔介质的渗流特性， 为强非均质多孔介质 的精细数值模拟提供了数据基础。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 110702581 A 2。

3、020.01.17 CN 110702581 A 1.一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法， 其特征在于， 包括以下步骤： S1： 利用高精度成像设备获取样品的三维数字孔隙空间图像数据体P； S2： 通过流动单元结构分类， 以数据体P为基础， 构建大尺度孔隙结构数据体格子模型 PB； S3： 基于流动单元分类结果选取典型流动单元结构， 建立典型流动单元结构的XYZ三轴 孔隙网络模型， 定量分析其孔隙结构特征； S4： 通过耦合S2中的大尺度孔隙结构数据体格子模型PB和S3中的典型流动单元结构的 XYZ三轴孔隙网络模型， 构建多尺度孔隙结构模型M； S5： 开展多尺度孔隙结构模型M的多尺度。

4、流动模拟， 得到样品的多尺度渗透率KM。 2.根据权利要求1所述的一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法， 其特征在 于， 所述S1中的高精度成像设备为微纳米CT或FIB-SEM。 3.根据权利要求1所述的一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法， 其特征在 于， 所述S2包括以下步骤： S21： 判断样品单元体尺度， 选择流动单元结构数据体尺寸； S22： 依照流动单元数据体尺寸对原数据体P进行网格粗化， 每一个格子Pi代表一个流动 单元结构， 得到粗化格子模型PB0； S23： 以流动单元结构的局部孔隙度作为判定标准， 对所有流动单元结构分组归类为N 组； S24： 以不同的格子标签。

5、j代表不同的流动单元结构类别， j为流动单元结构的分组编 号， j(1， N)， 对粗化格子模型PB0的格子逐一标注， 得到大尺度孔隙结构数据体格子模型 PB。 4.根据权利要求3所述的一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法， 其特征在 于， 所述S3包括以下步骤： S31： 分析N组流动单元结构的孔隙结构， 每一组选取一种典型孔隙结构Pj作为该组的代 表， j为流动单元结构的分组编号， j(1， N)； S32： 对S31获得的N个典型孔隙结构Pj进行数据二值化， 分离孔隙对应的所有数据点， 标记为目标点， 并赋值1， 其余背景区域标记为背景点或噪声点， 赋值0， 得到只包含0和1的 二。

6、值化数据体P2j。 S33： 建立S32获得的N个二值化数据体P2j的XYZ三轴孔隙网络模型； S34： 通过流动模拟得到N个典型孔隙结构Pj对应的初始的XYZ三轴轴向渗透率KPj(Kx、 Ky、 Kz)KPj(Kx0、 Ky0、 Kz0)。 5.根据权利要求4所述的一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法， 其特征在 于， 所述S4具体如下： 依照标签号j， 将大尺度孔隙结构数据体格子模型PB中的格子Pi与N个 典型孔隙结构Pj相关联形成多尺度流动单元结构Mi， 构建多尺度孔隙结构模型M。 6.根据权利要求5所述的一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法， 其特征在 于， 所述S5包括以。

7、下步骤： S51： 给多尺度孔隙结构模型M的压力和边界条件赋初值； S52： 将N个典型孔隙结构的初始XYZ三轴轴向渗透率KPj(Kx、 Ky、 Kz)作为多尺度格子的初 始局部渗透率KMi(Kx、 Ky、 Kz)， 赋值给大尺度孔隙结构数据体格子模型PB中每个格子Mi； 权利要求书 1/2 页 2 CN 110702581 A 2 S53： 利用局部渗透率关系， 基于灰格子玻尔兹曼方法开展流动模拟， 粒子运动一个时 间步长， 其中局部渗透率关系为ns为流体在穿过孔隙空间的反弹系数， 为流动单元结构的局部孔隙度； S54： 判断多尺度孔隙结构模型M是否平衡， 若平衡则输出样品的多尺度渗透率KM。

8、； 若不 平衡， 将每个格子Mi的局部压力及流量参数赋值给对应的典型孔隙结构Pj， 计算Pj的XYZ三 轴轴向渗透率KPj(Kx、 Ky、 Kz)， 循环步骤S52-S53， 直到多尺度孔隙结构模型M平衡时输出样品 的多尺度渗透率KM。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110702581 A 3 一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法 技术领域 0001 本发明涉及强非均质多孔介质空间多尺度表征技术领域， 特别涉及一种强非均质 多孔介质的多尺度渗透率计算方法。 背景技术 0002 强非均质多孔介质是指其孔隙空间中的孔隙大小和数量都分布十分不均匀的材 料， 广泛应用于各个领域， 多见于天然。

9、多孔介质材料或混合多孔介质材料， 例如自然界中常 见的页岩/致密储层等非常规油气储集空间都具有很强的非均质性特征。 强非均质多孔介 质的孔隙空间复杂性主要体现在： (1)孔隙结构类型复杂， 区域差异性强， 表征单元体(REV) 尺寸选择难度大； (2)孔隙大小分布复杂， 发育纳米-微米-毫米级孔隙结构， 尺度差异性大， 受微尺度效应影响， 其流动传质模式多样。 0003 在描述常规多孔介质的流动传质特征时一般采用室内试验及传质模拟方法， 由于 强非均质多孔介质孔隙空间的复杂性， 室内实验方法周期长、 重复性差、 造价高， 常规实验 很难开展； 利用微观流动模拟方法可准确描述微纳尺度的流动规律，。

10、 但同时受方法适用范 围和计算规模的限制， 计算范围很有限； 宏观尺度的流动模拟可以描述多孔介质的传质模 式， 但很难全面考虑到此类多孔介质的微尺度流动效应， 因此， 能够准确表征此类多孔介质 的复杂孔隙结构的尺度升级研究备受关注。 0004 目前， 尺度升级方法多是基于周期性假设的理想模型， 通过引入微观规则孔隙结 构模型， 采用从微纳米尺度逐级升级到毫米、 米尺度的方法推算宏观尺度上的流动传质控 制方程， 无法全面考虑真实岩心孔隙空间的微观非均质特征， 难以应用于复杂的强非均质 多孔介质传质性质模拟。 发明内容 0005 为解决上述技术问题， 本发明提供了一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率。

11、计算 方法， 以达到操作简单， 成本低， 周期短， 能够准确表征多孔介质的复杂孔隙结构的目的。 0006 为达到上述目的， 本发明的技术方案如下： 0007 一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法， 包括以下步骤： 0008 S1： 利用高精度成像设备获取样品的三维数字孔隙空间图像数据体P； 0009 S2： 通过流动单元结构分类， 以数据体P为基础， 构建大尺度孔隙结构数据体格子 模型PB； 0010 S3： 基于流动单元分类结果选取典型流动单元结构， 建立典型流动单元结构的XYZ 三轴孔隙网络模型， 定量分析其孔隙结构特征； 0011 S4： 通过耦合S2中的大尺度孔隙结构数据体格子模。

12、型PB和S3中的典型流动单元结 构的XYZ三轴孔隙网络模型， 构建多尺度孔隙结构模型M； 0012 S5： 开展多尺度孔隙结构模型M的多尺度流动模拟， 得到样品的多尺度渗透率KM。 0013 上述方案中， 所述S1中的高精度成像设备为微纳米CT或FIB-SEM。 说明书 1/4 页 4 CN 110702581 A 4 0014 上述方案中， 所述S2包括以下步骤： 0015 S21： 判断样品单元体尺度， 选择流动单元结构数据体尺寸； 0016 S22： 依照流动单元数据体尺寸对原数据体P进行网格粗化， 每一个格子Pi代表一 个流动单元结构， 得到粗化格子模型PB0； 0017S23： 以流。

13、动单元结构的局部孔隙度作为判定标准， 对所有流动单元结构分组归 类为N组； 0018 S24： 以不同的格子标签j代表不同的流动单元结构类别， j为流动单元结构的分组 编号， j(1， N)， 对粗化格子模型PB0的格子逐一标注， 得到大尺度孔隙结构数据体格子模型 PB。 0019 上述方案中， 所述S3包括以下步骤： 0020 S31： 分析N组流动单元结构的孔隙结构， 每一组选取一种典型孔隙结构Pj作为该 组的代表， j为流动单元结构的分组编号， j(1， N)； 0021 S32： 对S31获得的N个典型孔隙结构Pj进行数据二值化， 分离孔隙对应的所有数据 点， 标记为目标点， 并赋值1。

14、， 其余背景区域标记为背景点或噪声点， 赋值0， 得到只包含0和1 的二值化数据体P2j。 0022 S33： 建立S32获得的N个二值化数据体P2j的XYZ三轴孔隙网络模型； 0023 S34： 通过流动模拟得到N个典型孔隙结构Pj对应的初始的XYZ三轴轴向渗透率KPj (Kx、 Ky、 Kz)KPj(Kx0、 Ky0、 Kz0)。 0024 上述方案中， 所述S4具体如下： 依照标签号j， 将大尺度孔隙结构数据体格子模型 PB中的格子Pi与N个典型孔隙结构Pj相关联形成多尺度流动单元结构Mi， 构建多尺度孔隙结 构模型M。 0025 上述方案中， 所述S5包括以下步骤： 0026 S51：。

15、 给多尺度孔隙结构模型M的压力和边界条件赋初值； 0027 S52： 将N个典型孔隙结构的初始XYZ三轴轴向渗透率KPj(Kx、 Ky、 Kz)作为多尺度格子 的初始局部渗透率KMi(Kx、 Ky、 Kz)， 赋值给大尺度孔隙结构数据体格子模型PB中每个格子Mi； 0028 S53： 利用局部渗透率关系， 基于灰格子玻尔兹曼方法开展流动模拟， 粒子运动一 个时间步长， 其中局部渗透率关系为ns为流体在穿过孔隙空间的反弹系 数，为流动单元结构的局部孔隙度； 0029 S54： 判断多尺度孔隙结构模型M是否平衡， 若平衡则输出样品的多尺度渗透率KM； 若不平衡， 将每个格子Mi的局部压力及流量参数。

16、赋值给对应的典型孔隙结构Pj， 计算Pj的 XYZ三轴轴向渗透率KPj(Kx、 Ky、 Kz)， 循环步骤S52-S53， 直到多尺度孔隙结构模型M平衡时输 出样品的多尺度渗透率KM。 0030 通过上述技术方案， 本发明提供的强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法据 不同研究需求， 基于高精度成像设备开展不同类型样品的多尺度模型构建， 依据孔隙网络 模型及灰格子玻尔兹曼方法(GLBM)方法， 最终获得样品的多尺度渗透率， 为强非均质多孔 介质的精细数值模拟提供数据基础。 说明书 2/4 页 5 CN 110702581 A 5 附图说明 0031 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技。

17、术方案， 下面将对实施例或现 有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。 0032 图1为本发明实施例一种强非均质致密砂岩多尺度渗透率计算方法的流程示意 图； 0033 图2为本发明实施例致密砂岩孔隙空间切面图； 0034 图3为本发明大尺度孔隙结构数据体格子模型构建示意图； 0035 图4为本发明多尺度模型流动模拟循环计算过程示意图； 0036 图5为本发明实施例致密砂岩6类典型孔隙结构的XYZ三轴孔隙网络模型。 具体实施方式 0037 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。 0038 本发明提供了一种强非均质多孔介质的多尺度渗透率计算方法， 。

18、如图1所示， 具体 实施例如下： 0039 S1： 取强非均质致密砂岩样品一块， 岩心柱直径25mm， 长25mm， 渗透率为3.76mD， 孔 隙度为7.95。 利用高精度成像设备微纳米CT或FIB-SEM获取致密砂岩样品的三维数字孔 隙空间图像数据体P， 切面图像如图2所示。 0040 S2： 通过对致密砂岩的流动单元结构分类， 如图3所示， 构建大尺度孔隙结构数据 体格子模型PB。 0041 S21： 判断致密砂岩表征单元体(REV)尺度， 选择流动单元结构数据体尺寸为300 300300体素； 0042 S22： 依照流动单元数据体尺寸对原数据体P进行网格粗化， 得到粗化格子模型PB0。

19、， 模型大小为： 100100100格子， 每个格子代表300300300体素大小的一块孔隙空间 区域； 0043S23： 以流动单元结构的局部孔隙度作为判定标准， 对所有流动单元结构分组归 类为6组， (1)微裂隙与较大孔隙相连通的孔隙空间结构， 多见于微裂隙发育区； (2)孔隙半 径较大且孔隙分布较为均一的孔隙空间结构； (3)小孔为主、 孔隙度较低的孔隙空间结构； (4)粘土矿物中溶蚀生成的微孔簇； (5)小孔为主、 孔隙度较高的孔隙空间结构； (6)大小孔 并存且连通性较好的孔隙空间结构。 0044 S24： 以不同的格子标签j(j为流动单元结构的分组编号,j(1， 6)代表不同的流 。

20、动单元结构类别， 对粗化格子模型PB0的格子逐一标注， 得到大尺度孔隙结构数据体格子模 型PB； 0045 S3： 建立典型流动单元结构的XYZ三轴孔隙网络模型， 定量分析其孔隙结构特征。 0046 S31： 分析6组流动单元结构的孔隙结构， 每一组选取一种典型孔隙结构Pj(j为组 的编号， j(1， 6)作为该组的代表。 0047 S32： 对S31获得的6个典型孔隙结构Pj进行数据二值化， 分离孔隙对应的所有数据 点， 标记为目标点， 并赋值1， 其余背景区域(驱替相、 骨架等)标记为背景点或噪声点， 赋值 0， 得到只包含0和1的二值化数据体P2j。 说明书 3/4 页 6 CN 110。

21、702581 A 6 0048 S33： 基于孔隙网络模型构建方法， 建立S32获得的6个二值化数据体P2j的XYZ三轴 孔隙网络模型， 如图5所示。 0049 S34： 通过流动模拟得到N个典型孔隙结构Pj对应的初始的XYZ三轴轴向渗透率KPj (Kx、 Ky、 Kz)KPj(Kx0、 Ky0、 Kz0)。 0050 S4： 依照标签号j， 将大尺度孔隙结构数据体格子模型PB中的格子Pi与N个典型孔隙 结构Pj相关联形成多尺度流动单元结构Mi， 构建多尺度孔隙结构模型M。 0051 S5： 开展多尺度孔隙结构模型M的多尺度流动模拟， 如图4所示， 得到样品的多尺度 渗透率KM。 0052 S。

22、51： 给多尺度孔隙结构模型M的压力和边界条件赋初值； 0053 S52： 将N个典型孔隙结构的初始XYZ三轴轴向渗透率KPj(Kx、 Ky、 Kz)作为多尺度格子 的初始局部渗透率KMi(Kx、 Ky、 Kz)， 赋值给大尺度孔隙结构数据体格子模型PB中每个格子Mi。 0054 S53： 利用局部渗透率关系， 基于灰格子玻尔兹曼方法开展流动模拟， 粒子运动一 个时间步长， 其中局部渗透率关系为ns为流体在穿过孔隙空间的反弹系 数，为流动单元结构的局部孔隙度； 0055 S54： 判断多尺度孔隙结构模型M是否平衡， 若平衡则输出样品的多尺度渗透率KM； 若不平衡， 将每个格子Mi的局部压力及流。

23、量参数赋值给对应的典型孔隙结构Pj， 计算Pj的 XYZ三轴轴向渗透率KPj(Kx、 Ky、 Kz)， 循环步骤S53-S54， 直到多尺度孔隙结构模型M平衡时输 出样品的多尺度渗透率KM。 0056 S6： 最终获得此致密砂岩样品的多尺度渗透率为4.63mD。 0057 对所公开的实施例的上述说明， 使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的， 本文中所定义的 一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。 因此， 本发明 将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一 致的最宽的范围。 说明书 4/4 页 7 CN 110702581 A 7 图1 说明书附图 1/3 页 8 CN 110702581 A 8 图2 图3 图4 说明书附图 2/3 页 9 CN 110702581 A 9 图5 说明书附图 3/3 页 10 CN 110702581 A 10 。