数字岩心及孔隙网络模型重构方法研究

摘要

微观孔隙尺度上研究流体在多孔介质中的流动是揭示其流动机制、获得新认知的重要途径，是多孔介质流动模拟领域目前国际学术界研究的热点。数字岩心和孔隙网络模型是孔隙级微观渗流理论研究的基础平台，论文对此开展了系统而深入的研究。首先，依据岩心切片或粒度组成曲线等岩心资料，系统研究了CT扫描法、模拟退火法和过程模拟法建立数字岩心的理论与方法，建立了人造岩心、砂岩和碳酸盐岩等岩样的数字岩心，采用孔隙空间微观结构分析方法和格子Boltzmann方法对上述三类数字岩心的结构特征和传输性质等进行了评价，表明：以高分辨率CT机对真实岩心直接扫描是建立数字岩心最直接、准确的方法；过程模拟法具有良好的数字岩心建模能力，所建岩心能够用来开展微观流动模拟研究；模拟退火法建立的数字岩心孔隙结构与真实岩心差异较大，其建模效果有待改进。其次，基于LKC算法开发了由数字岩心构建孔隙网络模型的方法，包括确定数字岩心孔隙空间居中轴线、消除岩石骨架壁面粗糙引起的冗余枝节结构、搜索孔隙和喉道位置以及确定其形状和尺寸等方法，确保了构建的孔隙网络模型与数字岩心具有等价拓扑结构及几何特征。第三，基于孔隙网络模型采用孔隙级流动模拟方法开展了流动模拟研究，揭示了孔隙喉道尺寸、孔隙空间拓扑结构、油水接触角和初始含水饱和度对油水相对渗透率的影响机制，形成了预测孔隙网络模型的绝对渗透率和油水相对渗透率的方法，预测结果与数字岩心分析结果及相应岩心物理模拟实验结果高度吻合，表明论文提出的构建数字岩心和孔隙网络模型方法的有效性和可靠性。数字岩心和孔隙网络模型为微观尺度上开展多孔介质的流动模拟构建了基础研究平台，具有重要的科学意义、学术价值和应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

论文创新点摘要

第一章绪论

1.1研究目的及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1数字岩心建模技术研究进展

1.2.2孔隙网络建模技术研究进展

1.3论文研究内容及主要成果

1.3.1主要研究内容及研究方法

1.3.2主要研究成果

1.4论文的结构安排及内容概要

第二章数字岩心建模方法

2.1 CT扫描建立数字岩心的方法

2.1.1 CT扫描获取投影数据的基本原理

2.1.2 CT投影数据重建图像的数学方法

2.1.3 CT图像建立数字岩心的方法

2.2模拟退火建立数字岩心的方法

2.2.1模拟退火法建立数字岩心的基本资料

2.2.2模拟退火建立数字岩心的原理与方法

2.2.3数字岩心建模过程中的相关问题说明

2.3过程模拟建立数字岩心的方法

2.3.1沉积过程模拟

2.3.2压实过程模拟

2.3.3成岩过程模拟

2.4本章小结

第三章数字岩心建模及其性质分析

3.1数字岩心建模

3.1.1实验岩心性质简介

3.1.2 CT扫描法数字岩心建模

3.1.3模拟退火法数字岩心建模

3.1.4过程模拟法数字岩心建模

3.2数字岩心孔隙结构及渗流性质的分析方法

3.2.1数字岩心孔隙结构评价函数

3.2.2格子Boltzmann方法

3.3数字岩心表征单元体尺寸分析

3.4数字岩心孔隙结构及渗流性质分析

3.4.1数字岩心连通孔隙体积比

3.4.2数字岩心孔隙尺寸分析

3.4.3数字岩心均质性分析

3.4.4数字岩心各向异性分析

3.4.5数字岩心渗透性对比分析

3.5本章小结

第四章 孔隙网络建模理论与方法

4.1数字岩心优化处理

4.1.1孔隙空间连通性描述

4.1.2孤立孔隙、孤立岩石骨架的清除方法

4.2数字岩心孔隙空间居中轴线的建立

4.2.1基本概念说明

4.2.2 LKC算法及其修正

4.2.3 LKC算法测试

4.3数字岩心孔隙空间居中轴线的修正

4.3.1边界居中轴线的修正

4.3.2居中轴线体系中路径结构的修正

4.3.3居中轴线体系中孔隙节点的修正

4.3.4算法测试

4.4孔隙喉道的分割及表征理论与方法

4.4.1图形的几何变换技术

4.4.2判别分析方法

4.4.3孔隙的识别及其参数的计算方法

4.4.4喉道的识别及其参数的计算方法

4.5本章小结

第五章 孔隙网络建模及其性质分析

5.1孔隙网络建模

5.1.1数字岩心优化处理

5.1.2孔隙空间居中轴线的建立及修正

5.1.3孔隙网络模型的建立

5.2孔隙网络模型的性质分析

5.2.1孔隙喉道尺寸分析

5.2.2孔隙空间拓扑结构分析

5.2.3孔隙空间发育均匀程度分析

5.2.4孔隙喉道形状特征分析

5.3本章小结

第六章孔隙级流动模拟研究

6.1孔隙级流动模拟理论与方法

6.1.1孔隙级拟静态流动模拟模型

6.1.2孔隙级流动模拟基本过程

6.1.3油水两相流传输性质的计算方法

6.2孔隙网络模型渗流性质预测及建模方法可靠性检验

6.2.1绝对渗透率预测

6.2.2相对渗透率预测

6.3孔隙结构对油水两相渗流性质的影响

6.3.1孔隙喉道尺寸的影响

6.3.2孔隙空间拓扑结构的影响

6.4润湿性对油水两相渗流性质的影响

6.4.1油水接触角的影响

6.4.2初始含水饱和度的影响

6.5本章小结

结论及建议

参考文献

攻读博士学位期间取得的研究成果

致谢

作者简历