一种利用数字岩心构建岩心模型表征驱替实验的方法

本发明涉及油藏勘探，具体涉及一种利用数字岩心构建岩心模型表征驱替实验的方法。

背景技术：

1、储层岩石(储油层)是能够储存石油与天然气的岩层，在油气开采过程中，储层岩石的微观孔隙结构决定了流体在岩石孔隙中的分布、渗流特征和反应机制，直接影响岩心整体的驱油效率。因此，全面了解岩心的孔隙结构，并对其内部渗流特性进行定量描述，对于解决实际油气开采问题具有至关重要的意义。

2、由于超低渗储层岩心具有非常复杂的微观孔隙结构、极强的非均质性和多尺度特征，使得常规的室内实验无法对渗流特征等复杂的现象进行直观精细的描述。而随着微观成像技术和计算机技术的发展，现有通过ct扫描数字岩心获得扫描的岩心孔隙半径、喉道半径、配位数等微观孔喉特征参数以及微观孔隙特征参数图进行岩心孔隙结构分析。

3、虽然这种采用数字岩心技术分析岩心孔隙结构的方法能够精细化、精确化描述分析岩心的孔隙结构，但数字岩心技术只能够表达岩心的静态结构参数，而在驱替实验过程中，两相渗流的驱替过程是动态的，数字岩心技术难以将渗流过程可视化展示，从而难以对渗流特征等复杂的现象进行直观地描述，即难以直观地了解岩心的孔隙结构对内部流体渗流特性的影响以及难以全面地理解岩心内部渗流通道的形态特征和空间分布规律。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种利用数字岩心构建岩心模型表征驱替实验的方法，以解决现有技术中难以可视化呈现岩心驱替实验中两相渗流动态驱替过程的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明具体提供下述技术方案：

3、一种利用数字岩心构建岩心模型表征驱替实验的方法，包括如下步骤：

4、步骤100、将岩心钻取的样本修饰成规则的岩样后置于ct扫描仪中的视野中心处，并以环绕岩样轴线扫描的方式采集获得岩样的扫描图像数据；

5、步骤200、将扫描图像数据进行数字化图像处理获得数字岩心图像，并根据数字岩心图像构建孔喉网络模型；

6、步骤300、基于构建的孔喉网络模型设计注水区、采油区和端面区，且在注水区和端面区分别设计进液口和出液口以获得岩样仿真模型，并基于岩样仿真模型采用掩膜的方式制作微流控芯片；

7、步骤400、将微流控芯片加载在恒速泵上，调节流速进行微流控驱替实验，与此同时，利用荧光显微镜和高速摄像机逐帧记录微流控实验图像。

8、作为本发明的一种优选方案，所述微流控芯片具有厚度，且所述微流控芯片的厚度取决于扫描图像数据中获得的孔隙和喉道的最大尺寸。

9、作为本发明的一种优选方案，利用荧光显微镜和高速摄像机逐帧记录微流控实验图像的具体方法为：

10、在油相和水相中分别注入不同的荧光剂进行油水配置，获得具有荧光指示的水相和油相；

11、将微流控芯片加载在恒速泵上，按照驱替顺序通过恒速泵调节流速向所述微流控芯片中注入油相或水相，在油相或水相充满所述微流控芯片后再在所述微流控芯片入口处注入水相或油相；

12、将荧光显微镜设置在所述微流控芯片正上方以观察油相、水相在所述微流控芯片通道中的运动和行为，并将高速摄像机设置在所述荧光显微镜的目镜处快速拍照以逐帧记录荧光显微镜观察到的荧光信号和实时图像。

13、作为本发明的一种优选方案，基于岩样的扫描图像数据获得数字岩心图像的方法为：

14、利用图像分析软件对岩样的扫描图像数据进行二值化预处理，以分割岩心扫描图像数据中的岩心和外缘杂物并获得岩心图像数据；

15、对岩心图像数据进行灰度划分处理，以分割岩心图像数据中的骨架和孔喉并获得孔喉图像数据；

16、对孔喉图像数据进行矢量化处理，以分割孔喉图像数据中的孔隙和喉道并获得孔隙喉道以矢量图表达的数字岩心图像。

17、作为本发明的一种优选方案，二值化预处理扫描图像数据的具体方法包括：

18、利用图像分析软件将扫描图像数据设置为灰度图像显示；

19、设置划分阈值t，将灰度图像按照阈值t划分获得二值图像；

20、基于二值图像去除小于阈值t的部分，并获得大于等于阈值t的部分；

21、将大于等于阈值t部分的二值图像返回灰度图像，以获得排除杂物和背景的岩心图像数据；

22、其中，阈值t的取值范围为0～a，0<a<5。

23、作为本发明的一种优选方案，灰度划分处理岩心图像数据的具体方法包括：

24、利用图像分析软件将岩心图像数据设置为灰度图像显示；

25、对灰度显示的岩心图像数据进行灰度反转操作；

26、设置划分阈值n，并将反转后灰度显示的岩心图像数据按照阈值n划分；

27、去除小于阈值n的骨架部分，并保留大于等阈值n的孔喉部分以分割骨架和孔喉；

28、再次设置划分阈值m，将孔喉的灰度图像按照阈值m划分；

29、去除小于阈值m的基质部分，并保留大于阈值m的孔喉部分以分割基质和孔喉，获得孔喉图像数据；

30、其中，阈值n的取值范围为0～b，0<b<10；阈值m的取样范围为c～100，b<c。

31、作为本发明的一种优选方案，矢量化处理孔喉图像数据的具体方法包括：

32、利用图像分析软件对孔喉图像数据进行边缘检测，识别孔喉图像数据的边缘和轮廓；

33、对检测获取的边缘和轮廓进行特征提取，获得孔喉图像数据的基本形状、特征点和轮廓信息；

34、基于提取到的基本形状、特征点和轮廓信息转换为矢量图形的数学表达式，并生成以可编辑的矢量图为表征的数字岩心图像。

35、作为本发明的一种优选方案，基于数字岩心图像构建孔喉网络模型的方法包括：

36、利用图形处理软件将数字岩心图像转换为可编辑处理状态；

37、选取数字岩心图像的孔隙和喉道，并向孔隙和喉道进行填充，以获得图像化的孔喉网络；

38、利用物理仿真软件对图像化的孔喉网络进行仿真处理，获得模拟真实岩样的孔喉网络模型。

39、作为本发明的一种优选方案，在步骤300中，基于构建的孔喉网络模型分别设计有端面的岩样仿真模型和无端面的岩样仿真模型；

40、基于有端面的岩样仿真模型和无端面的岩样仿真模型，制作两种微流控芯片并进行微流控驱替实验，与此同时，利用荧光显微镜和高速摄像机逐帧记录微流控实验图像；

41、基于微流控芯片的微流控驱替实验的实验参数，设置仿真实验的仿真参数，且仿真参数与实验参数相同；

42、将有端面的岩样仿真模型和无端面的岩样仿真模型分别在相同的仿真参数下进行仿真实验并记录。

43、作为本发明的一种优选方案，有端面的岩样仿真模型和无端面的岩样仿真模型的具体设计方法为：

44、将孔喉网络模型复制成两组，每组孔喉网络模型均设计注水区、采油区和端面区，且在每组孔喉网络模型的注水区和端面区分别设计进液口和出液口；

45、在其中一组孔喉网络模型的端面区和出液口之间设置出水端面为边界，获得有端面的岩样仿真模型；

46、在另一组孔喉网络模块的端面区和出液口之间直接以孔隙和喉道为边界，获得无端面的岩样仿真模型。

47、本发明与现有技术相比较具有如下有益效果：

48、本发明利用ct扫描将岩样数字化处理后，通过分析处理数字化图像构建孔喉网络模型，根据孔喉网络模型设计岩样仿真模型以及制作模拟真实岩心的微流控芯片进行驱替实验，并逐帧记录驱替实验的过程，以将驱替实验的微观渗流过程数值化和可视化，从而提高对岩心分析的准确性和全面性。