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采用CT技术研究岩心剩余油微观赋存状态_侯健

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采用 CT 技术研究 岩心 剩余 微观 状态 侯健
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第卷第期石油学报年月文章编号:采用技术研究岩心剩余油微观赋存状态侯健邱茂鑫陆努曲岩涛李奋孟小海施晓乐中国石油大学石油工程学院山东青岛中国石油集团经济技术研究院北京中国石油化工股份有限公司胜利油田分公司地质科学研究院山东东营摘要:油层孔隙中剩余油的微观赋存状态是指导剩佘油挖潜的重要依据。借助微观驱替实验系统,获得了水驱不同驱替时刻岩心模型的扫描图像,利用图像处理技术实现了岩心模型图像信息向三维数据体的转化。在此基础上提取剩余油的信息,提出了剩余油块数、平均体积、接触面积比状因子等指标对孔隙尺度下剩佘油的微观赋存量、赋存位置及赋存形态进行定量表征。实验结果表明:随着驱替的进行,岩心模型中剩余油块数增多、平均体积减小,尺寸小于倍平均孔隙体积的剩余油在数量上占绝对优势该类剩余油所占的体积比例逐渐增大;剩余油逐渐从岩石表面剥落下来,水驱至残余油时刻水湿岩心中仍有约的剩余油与岩石表面接触;剩余油形态由网络状向其他类型转化,驱替至残余油时刻以网络状和多孔状为主,结构相对复杂的网络状及多孔状剩余油是注水开发后期的主要挖潜对象。关键词:层析扫描;微观渗流实验;图像处理;孔隙尺度;剩余油微观赋存状态中图分类号:文献标识码:,,,::;;;:;;油田开发过程中对于剩余油的研究是开发方案调扫描技术,借助微观驱替实验系统,获得了水驱不同驱整和提高采收率的基础。当前,根据研究尺度的不同,替时刻岩心模型的扫描图像,利用图像处理及三可将剩余油的研究划分为个体积规模宏规模、大规维重建技术提取了剩余油在三维状态下的分布信息。模、小规模以及微规模。宏规模和大规模尺度的研同时,建立了孔隙尺度下的剩余油微观赋存状态表征究主要通过油藏工程方法及油藏数值模拟⑷实现;方法对不同驱替时刻剩余油在岩心模型中的微观分小规模尺度的研究主要通过岩心驱替实验实现;微布状况进行了定量表征。规模尺度的研究主要通过微观可视化模型、成像分彳析法刚等方法实现。层析成像(作为种无损船灿瞎头验检测技术,其成像分辨率可达微米级,因而可以获孔隙实验装置级别分辨率的岩心模型扫描图像。笔者基于微观驱替实验装置由微量注入系统、油水渗流模基金项目:国家自然科学基金项目(、、国家重大科技专项(、山东省自然科学杰出青年基金项目(、新世纪优秀人才支持计划项目(、长江学者和创新团队发展计划项目(和中央高校基本科研业务费专项资助。第一作者及通信作者:侯健男,年月生,年毕业于石油大学(华东)年获石油大学(华东)博士学位,现为中国石油大学华东)教授、博士生导师,主要从事三次采油方面科研教学工作。320石油学报年第卷拟系统、层析扫描成像系统和产出流体分离计量系统时刻、个不同岩心位置的扫描图像共计部分构成。其中,微量注入系统由微量注入泵、模拟张,这些图像中由亮变暗的部分依次为岩石基质、水、油容器和模拟水容器组成,用于控制油水驱替模拟实油。经扫描得到的图像仅能定性地反映岩心模型验的实验条件驱替流速、注入倍数等);油水驱替模拟中油水分布状况,为实现剩余油微观赋存状态的定量系统为人造岩心填砂管模型,用于提供模拟油水驱替表征,还应借助图像处理技术将岩石、水和油的相关信的多孔介质环境;产出流体分离计量系统由油水分离、息从扫描图像中定量地提取出来(表,从而为计量装置和恒温箱组成,用于实现岩心出口端流体的图像分割参数提供参考。分离和计量;扫描成像系统由射线源、射线探表各驱替时刻的含油饱和度及驱油效率测器、扫描转台及计算机成像设备组成,用于实现油水驱替过程中岩心内部剩余油微观分布图像的采集。实验中使用的微观岩心模型为填砂管模型,该填水驱时刻含油饱和度驱油效率砂管模型长度为,内径为管壁厚度为饱和油较小尺寸的岩心模型有助于获得更高分辨率的扫描图像。岩心模型的填充物为实际油藏取心,岩石水驱颗粒的尺寸分布、表面性质等与真实油藏较为接近。驱该实验装置中,微量注人泵驱替流速范围最低可达,产出流体计量装置精度为,完全满足微观驱替实验的要求;恒温箱使产出流体维持在一定的温度从而使其密度及体积维持恒定,保证了测扫描图像分割量的准确性扫描成像装置的工作电压为在进行图像分割之前,针对扫描图像中出现,成像分辨率最高可达,扫描间距最小可达的亮度偏暗、图像模糊、噪声干扰等问题,采取亮度、对;,采用了体扫描方式扫描速率大于张。比度调节和锐化等措施对图像进行预处理,使图像更实验方法加清晰,为分割结果的准确性打下基础。同时,为消除本次实验中使用的微观岩心为水湿岩心,渗透率流体流动过程中边界效应的影响,截取扫描图像为,孔隙度为使用的模拟油为号中间的矩形部分作为研究区域。从原始图像中间截取工业白油,°时密度为,黏度为的区域进行预处理,预处理操作驱替液采用质量分数为的碘化钠溶液,以使图像的对比度、清晰度得以提高。加大油、水之间的密度差,使获得的扫描图像中的对预处理后的图像进行分割处理,将图像中的岩石油和水灰度值之差增大,提高油水分割的精度。基质及油水分布信息提取出来。目前常用的图像分割实验时通过控制阀门的开关可以实现注人模拟油方法包括判别分析法、迭代阈值法、微分直方图法等,这和模拟水的转换,将微观岩心模型固定于扫描转台上,些方法均为单阈值分割方法,当图像灰度频率分布直方通过扫描转台的转动完成岩心模型渗流截面的扫描。图并没有呈现出明显的双峰值特征时,采用以上方法分每个驱替时刻等间距地选取个位置对岩心进行扫割得到的图像会出现严重的毛刺现象。为此,本次研究描,扫描间隔为,扫描长度为生成图像采用了基于双阈值的指示克里金分割方法图。的平面分辨率为。具体实验步骤为:分割图像三维重建将微观驱替实验系统连接、安装、调试,图像分割完成后就获得了各驱替时刻岩心模型中在进行驱替之前对岩心模型干样进行扫描。各个扫描截面岩石、油、水的二维分布信息,将这些二将岩心模型抽真空饱和水,调节阀门并用模维分割图像沿驱替方向叠加在一起就构成了岩心模型拟油驱替水,至岩心处于束缚水状态时进行扫描并记的三维数据体,该数据体中岩石、油、水分别用不同的数录出水量。据元素表示。利用移动立方体算法可以对该数据体中调节阀门以的流速进行水驱油的岩石骨架结构及油水分布状况进行三维成像。实验,分别在注水时刻、时刻、时刻、本次研究沿岩心模型驱替方向选取张二维分割时刻及时刻进行扫描并记录出油量。图像进行叠加得到尺寸为实验结果的岩心模型三维数据体,对该数据体进行三维重建。从通过开展微观驱替扫描实验获得了个不同扫描岩心模型孔隙结构及注水时刻孔隙结构及油水分第期侯健等:采用技术研究岩心剩余油微观赋存状态布的三维可视化结果可以看出(图,其可较为直观地反邻域连通关系划分为互不连通的单块剩余油并对映岩石骨架结构及岩心孔隙中的油水分布状况。其进行编号(图。以单块剩余油为研究对象,对不内同驱替时刻每块剩余油的体积、表面积以及剩余油跟岩石表面的接触面积进行统计。暴注灰色表示岩石基质蓝色表示水红色表示油。、丄注:三维数据体尺寸为。图饱和油结束时刻的图像分割结果图剩余油编剩余油微观赋存状态定量表征根据之前单块剩余油体积、表面积以及跟岩石表:;面的触面积的统计结果,提出用于定:!表征剩余觀赋存状态的指标,并賴余油从微麵存量、赋存舞聽擎立置及赋存形态进行定量表征。剩余油微观赋存量定量表征纖纖,由单块剩余油的体积可以得到某一驱替时刻岩心瓶咖全綱余翻平均体积为孔隙结构式中:为单块剩余油平均体积,为研究区域内剩余油的块数为第块剩余油体积,。剩余油的块数反映了油水驱替过程中剩余油的分散程度,剩余油的平均体积受剩余油含量及剩余油块数的综合影响,其反映了注人水对剩余油的微观驱替效果。由单块剩余油的体积信息进一步可以得到某一体积区间内剩余油的体积占剩余油总体积的比例以及某一体积区间内剩余油的块数占剩余油总块数的比⑴注水謝时刻油水分布例,该比例可以反映剩余油在不同体积区间内嶋特征。从不同驱替时綱余油块数及平均体积统计结果图分割图像三维重建结果可以看出(图,随着驱替的进行,剩余油块数不断增力口(由饱和油时刻的块增加至水驱时刻的输抓■方、丨冬太主块),而剩余油平均体积不断减少(由饱和油时刻剩余油微纖存状态表征减少至水驱时刻的剩余油信息统计。这表明水驱过程中剩余油在总量减少的同将岩心模型三维数据体中表示剩余油的元素按照时由于注人水的冲刷变得更加分散。322石油学报年第卷「「饱和油國一—水驱關‘水驱—■水驱丽”■丨°■‘丨■丨關■饱和油■—图不肖驱替时酬余油馳及平均体纖计结果陋制刻不同尺寸剩余油驗比例频度▲▲进一步地对不同尺寸的剩余油在某一驱替时刻所占的数量比进行统计。随着驱替的进行,不同尺寸剩零余油块数比曲线峰值逐渐降低(图在任何驱替时刻,体积小于、的剩余油在数量上占绝大多當数。以、为分界点,将所有的单块剩余油分为较大尺寸剩余油和较小尺寸剩余油类,从不同驱上二饱和油替时刻较小尺寸剩余油所占的体积比统计结果可见冑图,随着驱替的进行,在剩余、油总量减少的情况图不陋替时刻较小尺寸剩余油所占体积比例统计剩余下,较小尺寸剩余油所占的体积比逐渐升高。油体积小于选取岩也、検型中尺寸为的区域,统计其中体积小于的剩余油分布状况并进行三维显示可以看出(图,随饱和油时刻(水驱时刻(水驱时刻水驱时刻(水驱时刻(水驱时刻注:三维数据体尺寸为。图不同驱替时刻剩余油赋存量变化三维示意第期侯健等:采用技术研究岩心剩余油微观赋存状态着注人倍数的增大,体积小于的剩余油所的进行,接触面积比由饱和油时刻的减小为水驱占体积比例有上升的趋势。总的来看,剩余油微观赋存时刻的,表明剩余油被逐渐剥离岩石表面,量的分布规律与其尺寸大小密切相关。本次研究中,选当注水开发进人后期时,该水湿岩心中仍有约的取的大小尺寸剩余油划分临界点为由压汞剩余油与岩石表面接触,低界面张力驱就可以作为进法测得所用岩心模型的平均孔隙体积为乂、,卩一步提高采收率的技术手段。进而可以得到不同驱替岩心模型中以倍平均孔隙体积大小为界的剩余油在时刻剩余油接触面积比变化的三维示意图(图。微观赋存量上呈现出完全不同的分布规律。。剩余油微观赋存位置定量表征将某一块剩余油与岩石基质的接触面积定义为接乏触面积比私,该指标反映了剩余油与孔隙表面的相对位置关系,接触面积比越大,剩余油分布更加接近岩§石表面。⑵:饱和油式中:为某块剩余油与岩石的接触面积,;。为驱替时刻该剩余油的表面积屮。图不同驱替时刻剩余油接触面积比统计通过统计不同驱替时刻剩余油的接触面积比对剩余油的微观赋存位置进行定量表征(图。随着驱替饱和油时刻(水驱时刻(水驱时刻水驱时刻(水驱时刻(水驱时刻注:灰色表示岩石,蓝色表示水,红色表示剩余油;三维数据体尺寸为。图不同驱替时刻剩余油接触面积比变化三维示意剩余油微观赋存形态定量表征较为复杂。③孤粒状。剩余油通常分布于单个孔隙受微观孔隙结构及注人水驱替开发的影响,剩余中,形状比较规则。④油膜状。剩余油呈薄膜状连续油在孔隙空间中的分布形态是多种多样的,将剩余油地附着于岩石表面。的微观赋存形态归纳为以下种(图①网络状。为了定量地区分剩余油的类型,定义形状因子对剩余油分布于多个孔喉中,体积较大、结构极为复杂。剩余油进行分类。②多孔状。剩余油贯穿于较少的孔隙和喉道中,形状‘、324石油学报年第卷式中:为形状因子,无因次;为每块剩余油的表面表各驱替时刻含油饱和度及驱油效率积,形状因子表示了物体形状的规则程度球的形状因子最大,等于。剩余油的形状因子越小,表明其在孔剩余油类形状因子取值范接触面积取值范围隙空间中的分布越复杂、形状越不规则。根据形状因子°孤粒状或及接触面积比对剩余油赋存形态进行划分表。油膜状(多孔状网络状〈‘赚艘贼餅柳驱制亥惜心巾各类剩余油所占体积比进行统计可以看出(图,饱和油时刻绝大部分剩余油为形状复杂的网络状,随‘着驱替的进行,剩余油由网络状逐渐向其他类型转化;驱替至注水时刻,网络状剩余油的含量已网络状(多孔状减少至,多孔状含量最高,孤粒状及油膜状也有一定程度的增加但总体含量较少。从不同驱替时刻剩余油类型变化的三维示意图可以看出(图,水驱寒晅饱和油〉孤粒状(油膜状注:红色部分为剩余油,黄色部分为孔隙。图不同驱替时刻剩余油形态分布比例图不同类型剩余油三维示意饱和油时刻(水驱时刻(水驱时刻暴參參水驱时刻(水驱时刻(水驱时刻注:蓝色表示水,红色表示剩余油;三维数据体尺寸为。图不同驱替时刻剩余油类型变化三维示意第期侯健等:采用技术研究岩心剩余油微观賦存状态时刻,网络状及多孔状占剩余油总量的绝大部:分,为注水开发后期剩余油挖潜的重点。宋考平’李世军’方伟’等■用荣光分析方法研究聚合物驱后微观剩余油变化石油学报:借助于扫描技术,开展微观驱替实。。。,,验,获得了水驱不同驱替时刻岩心模型的扫描图,像,对图像进行预处理、分割及二维重建等操作,实现了二维图像信息到三维数据体的转化,在此基础上对。。,岩心孔隙结构和油水分布进行三维可视化。说叩啦⑴提取了剩余油的相关信息,建立了剩余油微°观赋存方式的表征方法。提出了剩余油块数、平均体:积、块数分布、体积分布表征剩余油微观赋存量;确定,了剩余油接触面积比表征其微观赋存位置;描述了剩余油形状因子表征其微观赋存形态。:随着驱替的进行,剩余油在孔隙中趋于分散,王为民,郭和坤,孙佃庆,等用核磁共振成像技术研究聚合物驱其块数增多、平均体积减小且大部分剩余油尺寸小于?■,,倍平均孔隙体积,较小尺寸的剩余油所占的体积比一逐渐增大;剩余油与岩石表面的接触面积比逐渐减小,:水驱至残余油时刻仍有约的剩余油与石石表面接王家禄,高建,刘莉应用技术研究岩石孔隙变化特征石触;剩余油形态由网络状向其他类型转化,驱替至残余油学报,〉:油时刻以网络状和多孔状为主,结构相对复杂的网络,。,状及多孔状剩余油是水驱后进一步提高采收率的突破。,参考文献俞启泰关于剩余油研究的探讨石油勘探与开发,,:陆建林,李国强,樊中海,等高含水期油田剩余油分布研究石油学报,£,,李淑霞,陈月明,冯其红,等利用井间示踪剂确定剩余油饱和度的方法石油勘探与开发,::,,张顺康,陈月明,侯健,等石心微观驱替头验的图像处理研究大庆石油地质与开发,,:,:侯健,杜庆军,束青林,等聚合物驱宏观剩余油受效机制及分布°规律石油学报,,■,收稿日期改回日期编辑王室)
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