本發(fā)明涉及一種基于巖石分類和多尺度數字巖心的碳酸鹽巖孔隙結構表征方法，屬于油氣田開發(fā)工程數值模擬的技術領域。

背景技術：

孔隙尺度的流動模擬是一種有效的計算多孔介質的微觀流動特性的方法。對于真實的復雜多孔介質如碳酸鹽巖，如何表征其孔隙結構是模擬成功與否的關鍵。高分辨率的CT掃描圖像能夠獲得多孔介質準確的三維結構信息，但是掃描的范圍有限無法表征巖心整體的物理性質且提取的孔隙網絡模型計算量大。因此，對于含有多種尺度孔隙結構的介質來說，僅僅用單一的尺度來描述這種復雜的孔隙結構，無法兼顧樣品尺寸和分辨率的要求。

同時，當多尺度的數字巖心包含一定尺度之后，尤其是我們期望能基于多尺度數字巖心表征更多內容的時候，由于碳酸鹽巖孔隙結構復雜且獲得的多尺度的數字巖心相對于普通的數字巖心來說所含信息量更大，為計算和分析帶來極大的不便，因此，迫切的需要一種手段來解決該問題。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發(fā)明公開了一種基于巖石分類和多尺度數字巖心的碳酸鹽巖孔隙結構表征方法。

發(fā)明概述：

本發(fā)明首先通過CT掃描技術獲得不同分辨率的巖心圖像，然后將獲得的數字巖心二值分割，將優(yōu)化后不同分辨率的數字巖心組合到一起，從而獲得多尺度數字巖心，評價數字巖心的孔隙結構參數并與實驗測得的數據作對比，最后對獲得的多尺度數字巖心基于巖石層理、孔隙結構等進行區(qū)域劃分，并對這些區(qū)域進行性質分類，將分類結果進行匯總并填充到性質相同的區(qū)域。

本發(fā)明中，將不同尺度的數字巖心進行組合，考慮了復雜多孔介質孔隙結構的表征對尺寸和分辨率的要求，既能夠表征介質的物理性質又滿足了其對分辨率的要求，是目前對復雜多孔介質孔隙結構表征的最好方法之一，同時對獲得的多尺度數字巖心進行巖性分類，該方法可以極大減小分析計算難度，為處理更加復雜、非均質性更強的巖心奠定基礎。

本發(fā)明的技術方案為：

一種基于巖石分類的多尺度數字巖心的碳酸鹽巖孔隙結構表征方法，包括：

首先，利用CT設備對巖心以不同的分辨率分別進行掃描和重構，得到不同分辨率的巖心三維圖像，并建立不同分辨率的巖心三維模型，即數字巖心，同時獲得數字巖心的孔隙結構信息；

其次，將上述不同分辨率的數字巖心進行組合，建立多尺度數字巖心；

再次，對多尺度數字巖心的按其巖石層理、孔隙結構進行區(qū)域劃分；

最后，進行性質分類，用已經獲得性質分類的區(qū)域代替與之具有相同性質的區(qū)域。

根據本發(fā)明優(yōu)選的，根據不同分辨率的巖心三維圖像建立不同分辨率的巖心三維模型的方法為：

將得到的巖心三維圖像導入AVIZO軟件中；

經過圖像的定位、去噪、平滑、閾值分割，最后經過3D計算建立巖心三維模型；同時，通過AVIZO軟件獲得數字巖心中孔隙結構的信息。

根據本發(fā)明優(yōu)選的，將上述不同分辨率的數字巖心進行組合的方法，包括：

基于物理尺寸相同的低分辨率數字巖心和高分辨率數字巖心，疊加數字巖心構建步驟如下：

首先，將低分辨三維數字巖心中每一個體素細化為i*i*i個更小體素(見圖1)，其中不同分辨率的三維模型中相對低的分辨率為低分辨率，相對較高的分辨率為高分辨率，使細化后的低分辨率數字巖心和高分辨率數字巖心的物理尺寸和體素尺寸都完全相同，其中，i為低分辨率數字巖心和高分辨率數字巖心的分辨率之比，圖1中i＝4；

其次，為了構建同時描述低分辨率和高分辨率的孔隙特征的疊加數字巖心，按照布爾疊加算法,將低分辨率數字巖心的孔隙系統(tǒng)和高分辨率數字巖心的孔隙系統(tǒng)進行疊加，進而構建出雙孔隙或多孔隙數字巖心，雙孔隙或多孔隙數字巖心的孔隙系統(tǒng)空間Ω：

Ω＝Ω₁+Ω₂ (1)

式(1)中，Ω₁表示低分辨率數字巖心的孔隙系統(tǒng)空間,Ω₂表示高分辨率數字巖心的孔隙系統(tǒng)空間；

上述數字巖心的孔隙系統(tǒng)空間是通過0和1的二進制數據來進行表征的，0表示巖石孔隙，1表示巖石骨架，因此上述Ω＝Ω₁+Ω₂滿足以下疊加條件：

或者

進而得到基于不同分辨率數字巖心進行疊加的雙孔隙數字巖心。

根據本發(fā)明優(yōu)選的，所述對多尺度數字巖心的按其巖石層理、孔隙結構進行區(qū)域劃分，包括：利用測量窗按照一定方向移動并進行測量，根據測量結果進行區(qū)域劃分(二維展示)；

所述進行性質分類，用已經獲得性質分類的區(qū)域代替與之具有相同性質的區(qū)域，包括：按照實際需要預設數字巖心的性質分類標準，然后對數字巖心的各個區(qū)域按照預設性質分類標準進行性質分類標記，最后，用已經獲得性質分類的區(qū)域代替與之具有相同性質的區(qū)域。

根據本發(fā)明優(yōu)選的，所述性質分類標準優(yōu)選孔隙體積幾何性質分類標準；所述性質分類標記優(yōu)選數字標記或顏色標記。本發(fā)明如圖3所示，相同顏色(相同灰度)代表性質相同；最后按計算需要可以采取等價替換的方法，將已經獲得的區(qū)域代替具有相同孔隙體積幾何性質的區(qū)域，從而簡化計算量及計算難度。

本發(fā)明的有益效果為：

1.本發(fā)明將高分辨率和低分辨率的數字巖心進行組合，構建得到多尺度三維數字巖心，解決了碳酸鹽巖復雜儲層的孔隙結構表征。

2.本發(fā)明通過構建多尺度數字巖心，解決了高分辨率數字巖心提取的孔隙網絡模型計算量大，低分辨率數字巖心提取孔隙網絡模型不能完整的表征真實巖心孔隙結構的問題，使數字巖心最大程度與實際巖石相同。

3.本發(fā)明對獲得的多尺度數字巖心基于巖石層理、孔隙結構等進行區(qū)域劃分，接著對這些區(qū)域進行性質分類，最后將分類結果進行匯總并填充到性質相同的區(qū)域，該方法可以極大減小分析計算難度，為處理更加復雜、非均質性更強的巖心奠定基礎。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述低分辨率數字巖心的體素細化過程示意圖；

圖2是本發(fā)明所述區(qū)域劃分的示意圖；

圖3是本發(fā)明所述性質分類的示意圖，圖中X、Y、Z表示數字巖心的三維方向；坐標單位是體素單位(voxel)，乘以分辨率后的數值為實際物理尺寸；

圖4是本發(fā)明疊加數字巖心的構建過程示意圖；

圖5巖心不同分辨率下的圖像(1024×1024)。

具體實施方式

下面結合說明書附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步限定，但不限于此。

如圖1-5所示。

實施例1、

一種基于巖石分類的多尺度數字巖心的碳酸鹽巖孔隙結構表征方法，包括：

首先，利用CT設備對巖心以不同的分辨率分別進行掃描和重構，得到不同分辨率的巖心三維圖像，分辨率分別為2.3、11.82、23.72微米的掃描圖像如圖5，并建立不同分辨率的巖心三維模型，即數字巖心，同時獲得數字巖心的孔隙結構信息；

其次，將上述不同分辨率的數字巖心進行組合，建立多尺度數字巖心；

在組合不同的分辨率的數字巖心時，需要考慮以下幾點：

a.為表征最大的孔隙特征，低分辨率模型需要足夠大；

b.高分辨率的模型能夠獲得最微小孔隙的信息；

c.兩種數字巖心的孔隙大小分布有足夠多的重疊保證中等大小孔隙的表征。

基于以上原則，對于所獲得的三個分辨率的數字巖心，選擇不同分辨率的圖像進行疊加成以下三種組合方式：

23.72-2.3、23.72-11.82、11.82-2.3。

再次，對多尺度數字巖心的按其巖石層理、孔隙結構進行區(qū)域劃分；

最后，進行性質分類，用已經獲得性質分類的區(qū)域代替與之具有相同性質的區(qū)域。

實施例2、

如實施例1所述的一種基于巖石分類的多尺度數字巖心的碳酸鹽巖孔隙結構表征方法，其區(qū)別在于，根據不同分辨率的巖心三維圖像建立不同分辨率的巖心三維模型的方法為：

將得到的巖心三維圖像導入AVIZO軟件中；

經過圖像的定位、去噪、平滑、閾值分割，最后經過3D計算建立巖心三維模型；同時，通過AVIZO軟件獲得數字巖心中孔隙結構的信息。

實施例3、

如實施例1所述的一種基于巖石分類的多尺度數字巖心的碳酸鹽巖孔隙結構表征方法，其區(qū)別在于，將上述不同分辨率的數字巖心進行組合的方法，包括：

基于物理尺寸相同的低分辨率數字巖心和高分辨率數字巖心，疊加數字巖心構建步驟如下：

首先，將低分辨三維數字巖心中每一個體素細化為i*i*i個更小體素(見圖1)，其中不同分辨率的三維模型中相對低的分辨率為低分辨率，相對較高的分辨率為高分辨率，使細化后的低分辨率數字巖心和高分辨率數字巖心的物理尺寸和體素尺寸都完全相同，其中，i為低分辨率數字巖心和高分辨率數字巖心的分辨率之比，圖1中i＝4；

其次，為了構建同時描述低分辨率和高分辨率的孔隙特征的疊加數字巖心，按照布爾疊加算法,將低分辨率數字巖心的孔隙系統(tǒng)和高分辨率數字巖心的孔隙系統(tǒng)進行疊加，進而構建出雙孔隙或多孔隙數字巖心，雙孔隙或多孔隙數字巖心的孔隙系統(tǒng)空間Ω：

Ω＝Ω₁+Ω₂ (3)

式(1)中，Ω₁表示低分辨率數字巖心的孔隙系統(tǒng)空間,Ω₂表示高分辨率數字巖心的孔隙系統(tǒng)空間；

上述數字巖心的孔隙系統(tǒng)空間是通過0和1的二進制數據來進行表征的，0表示巖石孔隙，1表示巖石骨架，因此上述Ω＝Ω₁+Ω₂滿足以下疊加條件：

或者

基于碳酸鹽巖低分辨率數字巖心和高分辨率數字巖心，通過疊加法構建出同時描述大孔隙和微孔隙特征的雙孔隙數字巖心。如圖4所示為通過疊加法構建的碳酸鹽巖雙孔隙數字巖心。

通過疊加算法來構建的碳酸鹽巖雙孔隙數字巖心，既保留了碳酸鹽巖粒間孔隙和粒內孔隙的幾何拓撲信息，又保留了粒間大孔隙和粒內微孔隙的空間位置信息，能夠同時描述碳酸鹽巖中粒間孔隙和粒內孔隙的分布特征。

實施例4、

如實施例3所述的一種基于巖石分類的多尺度數字巖心的碳酸鹽巖孔隙結構表征方法，其區(qū)別在于，

所述對多尺度數字巖心的按其巖石層理、孔隙結構進行區(qū)域劃分，包括：利用測量窗按照一定方向移動并進行測量，根據測量結果進行區(qū)域劃分(二維展示)；

所述進行性質分類，用已經獲得性質分類的區(qū)域代替與之具有相同性質的區(qū)域，包括：按照實際需要預設數字巖心的性質分類標準，然后對數字巖心的各個區(qū)域按照預設性質分類標準進行性質分類標記，最后，用已經獲得性質分類的區(qū)域代替與之具有相同性質的區(qū)域。

所述性質分類標準優(yōu)選孔隙體積幾何性質分類標準；所述性質分類標記優(yōu)選數字標記或顏色標記。本發(fā)明如圖3所示，相同顏色(相同灰度，實際顯示時是彩色的圖像，屆時即按照相同顏色來表示相同性質)代表性質相同；最后按計算需要可以采取等價替換的方法，將已經獲得的區(qū)域代替具有相同孔隙體積幾何性質的區(qū)域，從而簡化計算量及計算難度。