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1.
《地球物理学进展》2020,(3)
三维数字岩心可在孔隙尺度上对岩石的微观结构进行精细表征,以数字岩心为载体的岩石微观结构分析与岩石物理属性模拟研究已成为岩石物理分析的重要发展方向之一.本文从数字岩心建模、数字岩心图像分析及岩石物理属性模拟三个方面对数字岩心技术进行了介绍.将数字岩心技术在岩石物理领域的应用分为两大类:基于三维数字图像的直接分析和基于三维数字岩心的岩石物理属性数值模拟.通过三维图像分析可获得孔隙结构、矿物成分、粒度分布等信息;通过岩石物理属性模拟可以研究储层岩石电性、弹性、渗流和核磁共振特征.多种手段相结合建立多尺度、多组分数字岩心,突破分辨率与样品尺度的矛盾限制是数字岩心技术未来的发展趋势.数字岩心技术已发展成为岩石物理实验的重要组成部分,如何将孔隙尺度得到的岩石物理参数升尺度到数字井筒、数字油藏中是数字岩心技术发展亟需解决的难题. 相似文献
2.
利用混合法构建三维数字岩心(英文) 总被引：9，自引：0，他引：9
在弹性波有三维数字岩心描述了岩石的微观孔隙结构。X射线CT扫描是获取三维数字岩心最准确和直接的方法,但实验成本高。本文结合沉积过程模拟和模拟退火算法,提出了重建三维数字岩心的混合法,基于岩石二维图像重建三维数字岩心。利用岩石颗粒沉积算法构建初始数字岩心,作为模拟退火算法的初始状态。运用模拟退火算法调整岩石颗粒和孔隙的相对位置,使三维数字岩心与岩心二维图像具有相似的自相关函数,从而建立三维数字岩心。与传统模拟退火算法相比,该方法计算时间明显减小。运用局部孔隙度理论定量比较了重建数字岩心和岩心X射线微CT图像,两种数字岩心具有相似的均质性和孔隙连通性。利用有限元方法和格子玻尔兹曼方法分别模拟了重建三维数字岩心的地层因素和渗透率,数值模拟结果与实验结果相符。相比传统模拟退火算法,混合法重建数字岩心的传导特性更接近真实岩心的传导特性。 相似文献
3.
基于数字岩心的岩石电性微观数值模拟(英文) 总被引：9，自引：5，他引：4
本文利用x射线CT获取反映岩心微观结构的三维数字岩心，利用数学形态学中的开运算模拟了岩石的油驱水排驱过程中，不同含水饱和度下油和地层水在孔隙空间中的分布。利用有限元方法计算了岩石电阻率，进而得到岩石地层因素和电阻率指数，并考查了岩石润湿性对岩石电阻率指数的影响。数值模拟结果表明：基于数字岩心的水湿岩石地层因素和电阻率指数数值模拟结果与实验结果一致，拓展了岩石电阻率实验的能力；岩石润湿性对岩石电性有重要影响，在相同含水饱和度下，油湿岩石电阻率高于水湿岩石电阻率，油湿岩石饱和度指数远大于水湿岩石饱和度指数。 相似文献
4.
《地球物理学进展》2017,(3)
以川西地区的须家河组致密储层岩石为研究对象,利用微CT技术结合Avizo软件先进的数学算法构建了三维数字岩心模型,可以表征砂砾岩储层岩石的孔隙结构特征,并将数字岩心和有限元软件Comsol结合,实现了基于数字岩心的水驱气模拟过程的可视化.并在此基础上开展了水驱气模拟,研究微观孔隙结构特征对岩心中气水两相流的影响.研究结果表明:致密砂岩岩心的孔喉分布状态主要呈连片状和孤立状,其中连片状孔隙在空间上连通性好,主要与残余粒间孔或粒间溶蚀孔有关,而孤立状孔隙在空间上多呈孤立分布,主要与粒内溶蚀孔有关;致密砂岩样品等效孔径主要分布范围在0.5μm以下,储层物性差的样品孔隙结构要比储层物性好的样品复杂,且前者的孤立孔隙多且小孔隙占比高,连通孔隙较少,其对渗透率贡献性少;在水驱气的过程中,岩心的微观孔隙结构将改变驱替前缘形状以及造成气水两相流中舌进现象;随着岩心孔隙度和渗透率增大,水驱气的驱替效率增大,残余气饱和度降低. 相似文献
5.
电导率是表征岩石电学性质的重要物理参数,在地质资源勘查和测井解释等领域发挥着巨大作用.快速、准确地确定岩石电导率具有重要的理论和实践意义.作为近年来发展的一种岩石物理数值模拟工具,数字岩心技术在定量计算电导率等物性参数方面应用广泛.三维微观结构的准确获取是数字岩心技术计算岩石电导率的关键,但传统获取岩石三维微观结构的方法较为复杂费时.为了方便快速地通过数字岩心技术计算岩石的电导率,本文研究了岩石二维与三维数字岩心的电导率联系.我们基于微米级X射线CT扫描得到的三个砂岩样品的微观结构信息建立了三维数字岩心,并通过有限元法计算的三维数字岩心电导率与实验数据的对比验证数值计算方法的有效性.随后我们数字地扩展了岩石的孔隙,产生了较大孔隙度的三维数字岩心样本,在此基础上,计算了三维数字岩心和相应二维数字岩心的电导率,并通过Archie公式分别拟合了电导率与孔隙度之间的关系,得到了相应的胶结系数.结果表明,三维数字岩心的胶结系数小于二维数字岩心的胶结系数,且二者的比值与岩石实测孔隙度呈线性负相关关系.以该联系为纽带,通过二维图像快速计算得到的电导率与孔隙度关系,确定了三维数字岩心的电导率与孔隙度关系,并进一步通过三维数字岩心的孔隙度计算其电导率.该方法计算得到的人工砂岩样品的电导率与其三维数字岩心电导率相关系数高于96%,验证了基于二维图像的数字岩心电导率计算方法的有效性.本文的研究结果为快速、准确地计算岩石电导率提供了新的思路,在油气勘探开发中有广阔的应用前景. 相似文献
6.
《应用地球物理》2020,(1)
常规数字岩心模型由于尺寸较小,对于非均质性较强的复杂岩心,难以具有代表性,模拟得到的岩石物理参数也难有参考性。以三组砂岩样品为例,本文提出了一种可行的构建多尺度多组分数字岩心的方法。利用CT对柱塞岩心和毫米柱塞样品进行不同分辨率的扫描成像,并利用改进的图像配准方法进行扫描图像的精确配准。对于高分辨率扫描图像,利用常规图像分割方法,将岩心分割为孔隙和不同的矿物组分。基于配准关系,构造低分辨率图像的灰度与孔隙度、矿物组分含量的关系曲线。将构造的关系曲线应用到低分辨率扫描图像的图像分割过程。完成分割之后的数字岩心集合即构成了多尺度、多组分的数字岩心模型。基于多尺度多组分数字岩心模型,考虑了四种矿物模型,分别研究了细尺度和粗尺度下随着模型尺寸变化,三组岩心样品弹性模量的变化规律。结果表明:利用多尺度多组分数字岩心模型能够克服常规模型存在的代表性问题,实现岩心不同尺度孔隙、矿物的准确表征。在大尺度上计算的岩石弹性参数更具备代表性,同时岩石矿物组分考虑的越充分,模拟结果与实验结果越吻合。 相似文献
7.
CT技术具有无损、三维并可与计算机应用模拟相结合等特点，使其在储层地质研究中作用独特。本文从CT技术特点入手，总结分析其在储层地质研究中的应用发展历程:储层岩石组构识别、储层表征、微观流体输运过程的在线监测及剩余油分布研究等。随着高分辨率工业CT及数字岩心技术的发展，CT扫描三维数据体与数字岩心相结合，不仅可以提取岩石物理属性参数，如储层岩石的孔渗、地层因子、弹性模量、横纵波分析等，建立三维孔喉网络模型，还可以直接对复杂的孔喉系统进行定量化的结构表征和微渗流数值模拟。最后，本文作出展望，随着计算机技术的提高和油气勘探需求的增长，其应用会越来精细，越来越广泛。 相似文献
8.
数字岩石物理技术可弥补传统岩石物理实验的诸多不足,为岩石物理学研究提供一个新平台.本文以常规砂岩为研究对象,利用微CT扫描结合先进的图像处理技术建立了具有真实孔隙结构特征的三维数字岩芯模型;应用Avizo软件内含的多种形态学算法进行数字岩芯孔隙结构量化及表征研究,统计获取了孔隙度、孔隙体积分布及孔径分布特征,建立了等价孔隙网络模型;将Avizo与多场耦合有限元软件Comsol完美对接,实现了孔隙尺度的渗流模拟并计算获得绝对渗透率,对于考虑固相充填孔隙的情况,模拟计算了岩石有效弹性参数,并与近似Gassmann方程良好验证.本文所提出的将Avizo与Comsol结合使用的方法丰富了现有的数字岩石物理研究手段,为其大规模发展提供了一条新途径. 相似文献
9.
数字岩心建模方法研究现状及展望 总被引：2，自引：0，他引：2
数字岩心是进行岩石物理数值模拟实验的重要平台,可以广泛地应用于固体力学、声学、电学、流体力学及流固耦合等数值模拟实验,但进行各种数值模拟实验的前提是要建立一个准确的三维数字岩心模型.通过系统调研国内外数字岩心建模方法,将数字岩心建模方法划分为三大类:物理实验法、数值重建法和混合法.在简要介绍不同建模方法的基本原理和优缺点的基础上,对今后建模方法的发展进行了展望.研究结果表明:序列切片成像法与聚焦离子束等技术相结合将会是研究致密岩石孔喉结构特征的重要手段;X射线CT扫描法具有快速、精确、无损的优点,它会是最主要的建模方法,更适用于常规和低渗透岩心.随机模拟法具有成本低效率高的优势,在所建模型准确性较高的前提下,它将是重要的建模方法;过程法模拟了沉积岩石的形成过程,具有独特的建模优势,适用于成岩作用简单的岩石;混合法结合多种建模方法的优点,是建立双孔隙网络或含裂缝等复杂数字岩心模型的最佳选择. 相似文献
10.
本文提出模拟地层沉积及成岩过程的矿物沉积算法,建立数字岩石模型,并通过对比Micro-CT扫描图像和数值模型的局部孔隙度及平均渗流概率函数分布特征,评价建模的准确性.结果表明,由二维扫描提取的粒径信息作为输入参数,模拟矿物沉积过程建模得到的三维数字岩石模型,能够准确重构原始岩心的非均质性及渗流特性,成功应用于泥质砂岩、碳酸盐岩、页岩等存在多矿物或多尺度孔隙的数字岩石建模中.数字岩石物理是正在兴起的重要技术.数字岩石采用超高分辨率先进成像装备,采集和表征微纳尺度岩石结构,在岩石弹性、电性、核磁、渗流特性等数值计算中发挥重要作用.但是,由于三维直接成像在有限视域内难以表征足够的岩石非均质性,提取二维结构统计特征,利用统计或地质过程法重构具有代表性的三维岩石结构成为十分有价值的研究课题,而且,对业界大量存在的岩石薄片及电镜高清二维图像的深度开发应用也具有重要的现实意义.本文发展的新方法,复原沉积过程,较好地解决了孔隙尺度岩石物理定量研究中数值建模与理论计算的技术瓶颈. 相似文献
11.
数字岩心是计算岩石弹性性质的一类常用方法.龙马溪组页岩具有多矿物构成、复杂微结构和强非均质等特征,常规岩石物理的弹性等效解析建模局限性较大,目前流行的静态数值等效建模方法的精度有限.本文基于高分辨率的页岩数字岩心数据,采用多阈值分割方法将数字岩心分解为黏土、石英、孔隙、TOC、长石类、黄铁矿类等六种矿物类型;利用矿物组分等效模量法计算各类矿物的弹性模量;采用二元函数分水岭方法表征不同压力下的岩石孔隙变形和颗粒接触关系变化;通过取向分布函数(ODF)定量分析矿物颗粒展布造成的各向异性特征.最后基于Biot孔弹方程,采用不分裂卷积完全匹配层(CPML)旋转交错网格有限差分法模拟不同压力下弹性波在数字岩心中的传播.以未加压的数字岩心为参考模型,计算不同压力下弹性波走时的平均时间差,进而估算各压力点的数字岩心等效速度.与该岩心样品的超声实验测量速度比较,动态法数值计算结果略偏高,据此校正数值计算过程中表征岩石微结构及颗粒接触关系随压力变化的二元函数,有效改善动态法弹性等效数值建模精度. 相似文献
12.
Characterizing the pore space of rock samples using three‐dimensional (3D) X‐ray computed tomography images is a crucial step in digital rock physics. Indeed, the quality of the pore network extracted has a high impact on the prediction of rock properties such as porosity, permeability and elastic moduli. In carbonate rocks, it is usually very difficult to find a single image resolution which fully captures the sample pore network because of the heterogeneities existing at different scales. Hence, to overcome this limitation a multiscale analysis of the pore space may be needed. In this paper, we present a method to estimate porosity and elastic properties of clean carbonate (without clay content) samples from 3D X‐ray microtomography images at multiple resolutions. We perform a three‐phase segmentation to separate grains, pores and unresolved porous phase using 19 μm resolution images of each core plug. Then, we use images with higher resolution (between 0.3 and 2 μm) of microplugs extracted from the core plug samples. These subsets of images are assumed to be representative of the unresolved phase. We estimate the porosity and elastic properties of each sample by extrapolating the microplug properties to the whole unresolved phase. In addition, we compute the absolute permeability using the lattice Boltzmann method on the microplug images due to the low resolution of the core plug images. In order to validate the results of the numerical simulations, we compare our results with available laboratory measurements at the core plug scale. Porosity average simulations for the eight samples agree within 13%. Permeability numerical predictions provide realistic values in the range of experimental data but with a higher relative error. Finally, elastic moduli show the highest disagreements, with simulation error values exceeding 150% for three samples. 相似文献
13.
碳酸盐岩复杂的孔隙结构如何影响其弹性性质一直是地球物理研究的难点问题,在此基础上如何半定量甚至是定量地对碳酸盐岩储层预测,特别是如何有效地获取孔隙结构参数相关的地震属性体一直是油气工业界追求的目标.本研究从数字岩心角度入手,联合测井以及地震数据尝试探究这一问题的解决方案,包括如下几个方面:(1)代表性碳酸盐岩储层样品获取;(2)CT扫描数字岩心数据体获取;(3)数字岩心数据的图像处理;(4)数字岩心数据的静态弹性模拟;(5)数字岩心子数据体的孔隙结构因子提取;(6)孔隙结构因子表征与分类下的弹性性质与孔隙度的定量化量版建立;(7)数字岩心-井-地震联合的孔隙度属性提取;(8)孔隙结构因子的地震属性体获取.本研究分为两篇系列文章上篇与下篇,上篇主要阐述如上提出的(1)—(4)方面,重点在于针对碳酸盐岩二值化图像处理的流程建立与验证,以及数字岩心静态弹性模拟的理论方面,这两方面是基于数字岩心获得精确的碳酸盐岩弹性性质模拟结果的关键所在;下篇主要阐述利用数字岩心数据获得孔隙结构因子的思路、理论与流程,以及为碳酸盐岩储层预测为目标而获得孔隙结构因子的地震属性体的实际应用方面.由于两篇文章共享数字岩心数据,同时所涉及的研究思路与流程形成一个有机整体,因此写成两篇系列文章而非两篇独立文章.本文为两篇系列文章的第一篇:上篇. 相似文献
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A significant body of current research is aimed at developing methods for numerical simulation of flow and transport in porous media that explicitly resolve complex pore and solid geometries, and at utilizing such models to study the relationships between fundamental pore-scale processes and macroscopic manifestations at larger (i.e., Darcy) scales. A number of different numerical methods for pore-scale simulation have been developed, and have been extensively tested and validated for simplified geometries. However, validation of pore-scale simulations of fluid velocity for complex, three-dimensional (3D) pore geometries that are representative of natural porous media is challenging due to our limited ability to measure pore-scale velocity in such systems. Recent advances in magnetic resonance imaging (MRI) offer the opportunity to measure not only the pore geometry, but also local fluid velocities under steady-state flow conditions in 3D and with high spatial resolution. In this paper, we present a 3D velocity field measured at sub-pore resolution (tens of micrometers) over a centimeter-scale 3D domain using MRI methods. We have utilized the measured pore geometry to perform 3D simulations of Navier–Stokes flow over the same domain using direct numerical simulation techniques. We present a comparison of the numerical simulation results with the measured velocity field. It is shown that the numerical results match the observed velocity patterns well overall except for a variance and small systematic scaling which can be attributed to the known experimental uncertainty in the MRI measurements. The comparisons presented here provide strong validation of the pore-scale simulation methods and new insights for interpretation of uncertainty in MRI measurements of pore-scale velocity. This study also provides a potential benchmark for future comparison of other pore-scale simulation methods. © 2012 Elsevier Science. All rights reserved. 相似文献
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本文采用有限元方法研究含湿孔隙岩石的有效热导率,即随机划分网格并指定材料性质,建立三维含湿孔隙岩石的有限元模型,模型的上下表面施加不同的温度,侧面绝热,计算出总热流,然后结合上下表面的温度梯度计算出岩石的有效热导率.考虑到单个随机模型不一定具有代表性,对给定的孔隙率和饱和度均生成了200种矿物、水、空气随机分布的岩石模型,进行Monte Carlo实验和统计分析,统计分析结果与前人实验结果吻合良好.数值分析结果表明,孔隙岩石的有效热导率与岩石的孔隙率、饱和度、固体矿物组分及孔隙的分布情况有关,数值计算的误差随着网格数目的增加而减小.此有限元方法可以用来估算岩石的有效热导率,在已知组分性质的多矿物岩石物性计算方面有广阔应用前景. 相似文献
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Transmitted ultrasonic wave simulation (TUWS) in a digital core is one of the important elements of digital rock physics and is used to study wave propagation in porous cores and calculate equivalent velocity. When simulating wave propagates in a 3D digital core, two additional layers are attached to its two surfaces vertical to the wave-direction and one planar wave source and two receiver-arrays are properly installed. After source excitation, the two receivers then record incident and transmitted waves of the digital rock. Wave propagating velocity, which is the velocity of the digital core, is computed by the picked peak-time difference between the two recorded waves. To evaluate the accuracy of TUWS, a digital core is fully saturated with gas, oil, and water to calculate the corresponding velocities. The velocities increase with decreasing wave frequencies in the simulation frequency band, and this is considered to be the result of scattering. When the pore fluids are varied from gas to oil and finally to water, the velocity-variation characteristics between the different frequencies are similar, thereby approximately following the variation law of velocities obtained from linear elastic statics simulation (LESS), although their absolute values are different. However, LESS has been widely used. The results of this paper show that the transmission ultrasonic simulation has high relative precision. 相似文献
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复杂孔隙储层往往同时发育孔缝洞等多种孔隙类型，这种孔隙结构的复杂性使得岩石的速度与孔隙度之间的相关性很差.经典的二维岩石物理模版只研究弹性参数与孔隙度和饱和度之间的定量关系，而不考虑孔隙结构的影响，用这样的模版来预测复杂孔隙储层的物性参数时带来很大偏差.本文首先证明多重孔隙岩石的干骨架弹性参数可以用一个等效孔隙纵横比的单重孔隙岩石物理模型来模拟；进而基于等效介质岩石物理理论和Gassmann方程，建立一个全新的三维岩石物理模版，用它来建立复杂孔隙岩石的弹性性质与孔隙扁度及孔隙度和饱和度之间的定量关系；在此基础上，预测复杂储层的孔隙扁度、孔隙度以及孔隙中所包含的流体饱和度.实际测井和地震反演数据试验表明，三维岩石物理模版可有效提高复杂孔隙储层参数的预测精度. 相似文献
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Jingzhe Zheng Kiichi Suzuki Naoto Ohbo J.H. Prevost 《Soil Dynamics and Earthquake Engineering》1996,15(6):369-379
The evaluation of a countermeasure against liquefaction which uses a sheet pilering for oil tank sites is presented. The simulation of earthquake responses observed at tank sites with and without sheet pile-ring is first performed to validate the three-dimensional finite element numerical model. Using the numerical model, liquefaction analysis is performed and the excess pore water pressure generated in the soil and the settlement of tank are investigated. The comparison of two- and three-dimensional models is also conducted to assess the applicability of two-dimensional analysis. The results show that the numerical model could simulate the observed earthquake responses of tank-ring-soil system, and that the excess pore water pressure and the settlement of the tank could be significantly reduced using a sheet pile-ring. The two-dimensional analysis proves to be capable of representing the main features of the dynamic response of the three-dimensional tank-ring-soil system. 相似文献