数字岩心的应用现状及前景展望.doc

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1、数字岩心的应用现状及前景展望摘要：从微观角度对低渗透岩石孔隙结构特征进行深入研究，对开发和利用低渗透油气藏具有重要意义。目前，实验室内对岩石微观孔隙结构的评价方法(毛管压力曲线、铸体薄片、扫描电镜等)已经日趋成熟，但这些方法相对冗余并存在一些问题。我们需要更直观的三维影像，高质量的数字岩心模型是微观尺度的油气层研究的基础，运用图像形态学方法模拟砂岩的成岩过程，建立三维数字岩心。通过对数字岩心模型的孔隙度，孔喉结构，粒度分布，比面等油层物理参数进行分析，发现数字岩心的成岩过程，岩心图像效果和各物理统计参数都与真实岩心高度相似，并可以初

2、步模拟剩余油的微观分布形态。高仿真数字岩心建模和分析可替代物理实验获取油气储层参数，运用形态学方法分析数字岩心孔喉结构优于现有的其他方法，为进一步的微观渗流模拟打下了坚实的基础。关键词：数字岩心低渗透微观尺度孔隙结构1研究目的与意义传统的岩石物理研究中，实验是最基本的研究方法．随着研究的进一步深入，实验方法已不能满足一些特殊储层的研究需求，，如低孔渗储层的岩心驱替问题等，取而代之的是用科学可靠的数值模拟方法研究。随着计算机和图像技术的发展，数值模拟方法逐渐成为岩石物理研究的重要手段．在岩石物理数值模拟中，微观模型的建立是数值模拟方法

3、实现的基础．既可以考察微观因素对岩石物理属性的影响，也可以模拟传统物理实验难以测量的物理性质，如三相相对渗透率等，与传统的物理实验方法相比，节省大量的人力、物力资源。渗流力学在石油的研究开发中有着广泛的应用，传统的达西定律建立的渗流方程只能表征油藏的宏观特征，很多微观机理难以深入研究，需要一套完整准确的微观渗流理论，而数字岩心的建立促进了这套理论的成熟和完善．测井解释中岩石的电性和声学性质的定量研究也是以三维数字岩心为基础的．以CT扫描法、模拟退火法和过程模拟法建立数字岩心为基础，提取的孔隙网络模型，不仅可以保留数字岩心孔隙空间的拓

4、扑结构和几何特征，而且为微观渗流机理、岩石声电特性的研究奠定基础。2国内外研究现状数字岩心技术研究现状数字岩心技术研究领域，国外起步比较早，已经建立了三个数字岩石物理实验室，主要有澳大利亚国立大学的DigitalcoreLaboratory、斯坦福大学的IngrainDigitalRockPhysicsLab以及挪威的NumericalRocks。在国内，中国石油大学(华东)进行了系统全面的研究，在某些方面已经达到或超过了国外的研究水平，其它一些科研机构也正在进入这一领域。因此，数字岩心是当前石油科技领域的研究热点。2.1数字岩心建

5、模方法的研究现状数字岩心的建模方法主要包括物理实验方法和数值重建方法两类。物理实验方法利用扫描电子显微镜、聚焦离子束显微镜、高倍光学显微镜或X射线CT扫描仪等高精度实验设备获取岩心不同位置的二维图像，然后对二维图像通过三维重建算法得到数字岩心。数值重建算法以少量岩心薄片二维图像为基础，进行图像处理得到统计信息，然后采用某些数学方法重建三维数字岩心。2.1.1物理实验方法重建数字岩心Tomuts和Silin曾用序列成像法建立了数字岩心并进行了岩心孔隙结构分析。虽然序列成像法可以得到高分辨率的数字岩心(扫描电子显微镜可以达到纳米级)，但

6、是由于建立数字岩心过程中需要大量的切割和剖光处理，需要花费大量的时间并且容易破坏岩心的孔隙结构，因此，该方法在实际应用中并不适用。Fredrich等曾采用聚焦扫描法建立了数字岩心。聚焦扫描法也可以得到分辨率很高的岩心图像，但是只能对岩心切片进行成像，得到的数字岩心呈薄片状，规模很小。RosenbergE利用X射线CT扫描得到了枫丹白露砂岩的数字岩心。Arns也通过三维CT扫描得到了枫丹白露砂岩的三维数字岩心，随后他们又建立了碳酸盐岩的三维数字岩心。与序列成像法需要大量的岩心切割和抛光相比，CT扫描法具有不需要损伤岩石且耗费时间较少的

7、优点；与聚焦扫描法只能得到岩心切片图像相比，CT扫描法具有可以得到三维图像的优点。由于这些优点，CT扫描法被广泛的应用于数字岩心建模。2.1.2数值重建方法构建数字岩心根据数值重建算法的不同，目前典型的重构算法主要有高斯场法、过程法、模拟退火法、顺序指示模拟法、马尔可夫链法和多点统计法。Joshi首次提出了重建三维数字岩心的高斯场法。由于当时计算机条件的限制，Joshi只建立了二维数字岩心。Quiblier进一步发展了Joshi算法，建立了三维数字岩心。Alder用Quiblier改进后的方法建立了Fontrinebleau砂岩的三

8、维数字岩心。但是，高斯场法建立的数字岩心孔隙空间连通性很差。Bryant等提出了一种全新的通过模拟岩石的地质形成过程(包括沉积、压实和成岩作用)来建立数字岩心的方法。此后，Bakke和Oren等对该方法做了更深入的研究并给出了一种能更