一種凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，屬于石油工程 提高采收率技術(shù)和實驗流體力學(xué)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 實驗室內(nèi)巖心驅(qū)替實驗是一種公認(rèn)的研究巖心內(nèi)部流體流動的方法，被廣泛應(yīng)用 于石油開發(fā)及環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域，但由于巖心具有不可視特征，流體在巖心內(nèi)的流動只能用 壓力和流量兩個指標(biāo)來間接表達，或是根據(jù)壓力一一流量關(guān)系，利用數(shù)值模擬方法進行間 接表征。低場核磁共振是一項近年來發(fā)展迅速的高新技術(shù)，已經(jīng)在醫(yī)療以及食品行業(yè)有了 很好的應(yīng)用。如何使實驗室內(nèi)巖心驅(qū)替過程更加直接甚至可視，成為石油工程技術(shù)領(lǐng)域努 力追求的目標(biāo)和開展的重要工作。在石油工程中常常采用注入凝膠封堵多孔介質(zhì)中的大孔 道，調(diào)節(jié)注入液體的流動通道，提高波及面積和驅(qū)油效率。但是目前傳統(tǒng)的巖心流動實驗通 常只能用端部或者邊界的宏觀參數(shù)(例如出口壓力、入口壓力、流速等）來描述或者推演流 體在巖心內(nèi)部的流動狀況以及驅(qū)替效果。巖心對于研究者來說就相當(dāng)于一個黑匣子，無法 準(zhǔn)確了解其內(nèi)部的流體運動情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對目前凝膠在巖心中的封堵性很難表征的難題，本發(fā)明的目的是提供一種凝膠 在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，將巖心流動實驗和核磁共振檢測技術(shù)有機結(jié) 合起來，使凝膠在多孔介質(zhì)中的封堵特征得到比較直觀的描述。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案： 一種凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，包括如下步驟： (1)開啟核磁共振設(shè)備，將飽和水的巖心放入磁體后，通過核磁成像確定巖心位置，使 其處于磁場中心；對巖心矢狀面和橫截面的切片厚度、切片間隔和切片位置進行設(shè)置，利用 低場核磁共振設(shè)備獲得巖心驅(qū)替實驗中巖石微通道內(nèi)流體信號。
[0005] (2)灰度圖像提取?；叶葓D像通過亮暗表征巖心內(nèi)部不同位置處信號強弱(信號越 強越亮，信號越弱越暗)。
[0006] (3)感興趣區(qū)域（R0I)提取。核磁圖像采集信號視窗為lOOmmX100mm的視窗，巖 心矢狀面為90mmX25mm的矩形，橫截面為直徑25mm的圓，所以需要提取灰度圖像的有效區(qū) 域。
[0007] (4)統(tǒng)一映射。每張核磁共振灰度圖像按照自身信號強弱顯示亮暗，為比較不同圖 片中的信號強弱，必須把同一切片的核磁共振圖片按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進行亮暗顯示。
[0008] (5)提取巖心骨架。為確定巖心的骨架結(jié)構(gòu)，對飽和巖心的核磁圖像進行二值化處 理，分離巖心骨架和流體信息。
[0009] (6)添加偽彩。對灰度統(tǒng)一后的巖心，添加JET偽彩，使凝膠和水的區(qū)分更加明顯。
[0010] (7)提取凝膠圖像。根據(jù)核磁共振圖像提取凝膠圖像，獲得凝膠面積、凝膠前緣、凝 膠后緣和凝膠中心等參數(shù)。
[0011] (8)凝膠封堵高度比表征：驅(qū)替一定孔隙體積的水，水驅(qū)后凝膠在縱向上封堵高度 與候凝后凝膠在縱向上封堵高度的比值作為凝膠封堵高度比，首先計算每一個矢狀面的封 堵高度比，然后取平均值記為整個巖心中凝膠的封堵高度比：
式中A為巖心的截面高度，mm;r2為凝膠封堵高度，mm;F丨為封堵高度比，無量綱。
[0012] (9)凝膠封堵面積比表征：在步驟（8)中，同時將水驅(qū)后凝膠在橫向上凝膠面積與 孔隙總面積的比作為凝膠封堵面積比；首先計算每一個橫斷面的封堵面積比，然后取平均 值記為整個巖心中凝膠的封堵面積比：
式中$為巖心的截面面積，mm2;S2為凝膠封堵面積，mm2;F2為封堵面積比，無量綱。
[0013] (10)通過封堵高度比和封堵面積比衡量凝膠封堵性的變化：封堵高度比和封堵面 積比越大，說明凝膠封堵性越強；封堵高度比和封堵面積比越小，說明凝膠封堵性越差。
[0014] 所述巖心的尺寸范圍直徑25mm，長度60mm~180mm。
[0015] 所述巖心滲透率范圍500mD~5000mD。
[0016] 所述步驟8)中驅(qū)替的壓力范圍為0? 01MPa~20MPa。
[0017] 所述步驟8)中驅(qū)替的流量變化范圍為0.lml/min~5ml/min。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下突出的實質(zhì)性特點和顯著的優(yōu)點： 本發(fā)明采用低場核磁共振成像技術(shù)研究凝膠在微孔道中封堵性表征，將巖心流動實 驗和核磁共振檢測技術(shù)有機結(jié)合起來，使凝膠在多孔介質(zhì)中的封堵特征得到比較直觀的描 述。
【附圖說明】
[0019] 圖1為凝膠封堵高度比示意圖。
[0020] 圖2為凝膠封堵面積比示意圖。
[0021] 圖3為凝膠在巖心中矢狀面核磁分布圖像。
[0022] 圖4為凝膠在巖心中橫截面核磁分布圖像。
[0023] 圖5為凝膠封堵高度比表征結(jié)果。
[0024] 圖6為凝膠封堵面積比表征結(jié)果。
[0025] 圖7為凝膠特征參數(shù)表。
【具體實施方式】
[0026] 現(xiàn)將本發(fā)明結(jié)合附圖的具體實施例敘述于后。
[0027] 本實施例的一種凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，測試步驟為： (1)開啟核磁共振設(shè)備，將飽和水的巖心放入磁體后，通過核磁成像確定巖心位置，使 其處于磁場中心；對巖心矢狀面和橫截面的切片厚度設(shè)置為0. 7cm、切片間隔設(shè)置為0.lcm 以及切片位置進行設(shè)置，利用低場核磁共振設(shè)備獲得巖心驅(qū)替實驗中巖石微通道內(nèi)流體信 號； (2)灰度圖像提取。通過核磁共振提取凝膠在巖心中的灰度圖像。
[0028] (3)感興趣區(qū)域（R0I)提取。提取90mmX25mm的矩形為灰度圖像的有效區(qū)域。
[0029] (4)統(tǒng)一映射。所有矢狀面統(tǒng)一映射的范圍為1~100000無因次等效亮度單位。
[0030](5)提取巖心骨架。對飽和巖心的核磁圖像進行二值化處理，定義巖心骨架和流體 的分離閥值為15000無因次等效亮度單位。
[0031](6)添加偽彩：對灰度統(tǒng)一后的巖心，添加JET偽彩，使凝膠和水的區(qū)分更加明顯。
[0032](7)提取凝膠圖像。根據(jù)核磁共振圖像提取凝膠圖像，提取結(jié)果見圖3和圖4。獲 得凝膠面積、凝膠前緣、凝膠后緣和凝膠中心等參數(shù)。提取結(jié)果見圖7。
[0033](8)凝膠封堵高度比表征：驅(qū)替一定孔隙體積的水，水驅(qū)后凝膠在縱向上封堵高度 與候凝后凝膠在縱向上封堵高度的比值作為凝膠封堵高度比，如圖1所示，首先計算每一 個矢狀面的封堵高度比，然后取平均值記為整個巖心中凝膠的封堵高度比，并將計算結(jié)果 繪圖，繪圖結(jié)果見圖5 :
A 式中A為巖心的截面高度，mm;r2為凝膠封堵高度，mm;F丨為封堵高度比，無量綱。
[0034](9)凝膠封堵面積比表征：在上一步驟中，將水驅(qū)后凝膠在橫向上凝膠面積與孔隙 總面積的比作為凝膠封堵面積比，如圖2所示，首先計算每一個橫斷面的封堵面積比，然后 取平均值記為整個巖心中凝膠的封堵面積比，并將計算結(jié)果繪圖，繪圖結(jié)果見圖6 :
式中A為巖心的截面面積，mm2;S2為凝膠封堵面積，mm2;F2為封堵面積比，無量綱。
[0035]( 10)通過封堵高度比和封堵面積比的表征，可得凝膠在運移過程中封堵高度比變 化不大，封堵面積比先不變后逐漸減小。
【主權(quán)項】
1. 一種凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，其特征在于，包括如下步 驟： 1) 開啟核磁共振設(shè)備，將飽和水的巖屯、放入磁體后，通過核磁成像確定巖屯、位置，使其 處于磁場中屯、；對巖屯、矢狀面和橫截面的切片厚度、切片間隔和切片位置進行設(shè)置，利用低 場核磁共振設(shè)備獲得巖屯、驅(qū)替實驗中巖石微通道內(nèi)流體信號； 2) 灰度圖像提?。夯叶葓D像通過亮暗表征巖屯、內(nèi)部不同位置處流體信號強弱，信號越 強越亮，信號越弱越暗； 3) 感興趣區(qū)域提取：在核磁圖像采集信號視窗提取灰度圖像的有效區(qū)域，其中核磁圖 像采集信號視窗為lOOmmX100mm的視窗，其中巖屯、矢狀面為90mmX25mm的矩形，橫截面為 直徑25mm的圓； 4) 統(tǒng)一映射：同一切片的核磁共振圖片按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)進行亮暗顯示； 5) 提取巖屯、骨架：對飽和巖屯、的核磁圖像進行二值化處理，分離巖屯、骨架和流體信息， 確定巖屯、的骨架結(jié)構(gòu)； 6) 添加偽彩：對灰度統(tǒng)一后的巖屯、，添加巧T偽彩，使凝膠和水的區(qū)分更加明顯； 7) 提取凝膠圖像：根據(jù)核磁共振圖像提取凝膠圖像，獲得凝膠面積、凝膠前緣、凝膠后 緣和凝膠中屯、參數(shù)； 8) 凝膠封堵高度比表征：驅(qū)替一定孔隙體積的水，水驅(qū)后凝膠在縱向上封堵高度與候 凝后凝膠在縱向上封堵高度的比值作為凝膠封堵高度比，首先計算每一個矢狀面的封堵高 度比，然后取平均值記為整個巖屯、中凝膠的封堵高度比：式中：ri為巖屯、的截面高度，mm;r2為凝膠封堵高度，mm;F1為封堵高度比，無量綱； 9) 凝膠封堵面積比表征：驅(qū)替一定孔隙體積的水，水驅(qū)后凝膠在橫向上凝膠面積與孔 隙總面積的比作為凝膠封堵面積比；首先計算每一個橫斷面的封堵面積比，然后取平均值 記為整個巖屯、中凝膠的封堵面積比：式中：Si為巖屯、的截面面積，mm2;S2為凝膠封堵面積，mm2;F2為封堵面積比，無量綱； 10) 通過封堵高度比和封堵面積比衡量凝膠封堵性的變化：封堵高度比和封堵面積比 越大，說明凝膠封堵性越強；封堵高度比和封堵面積比越小，說明凝膠封堵性越差。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，其特征在 于，所述巖屯、的尺寸范圍直徑25mm，長度60mm~180mm。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，其特征在 于，所述巖屯、滲透率范圍500mD~5000血。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，其特征在 于，所述步驟8)中驅(qū)替的壓力范圍為0.OlMPa~20MPa。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，其特征在
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種凝膠在巖石微通道中的封堵性的可視化評價方法，屬于石油工程提高采收率技術(shù)和實驗流體力學(xué)領(lǐng)域。本發(fā)明采用低場核磁共振成像技術(shù)研究凝膠在微孔道中分布，可通過核磁共振成像技術(shù)和T2譜分析技術(shù)，直接觀察巖心驅(qū)替實驗中凝膠在多孔介質(zhì)微孔道內(nèi)的分布。然后根據(jù)核磁共振圖像提取凝膠圖像，獲得凝膠面積、凝膠前緣、凝膠后緣和凝膠中心等參數(shù)。最后通過對凝膠封堵面積比和封堵高度比的計算，定量表征凝膠在巖心中的封堵性。本發(fā)明方法使凝膠在多孔介質(zhì)中的封堵特征得到比較直觀的描述。
【IPC分類】G01N24/08
【公開號】CN105004746
【申請?zhí)枴緾N201510397026
【發(fā)明人】狄勤豐, 顧春元, 華帥, 葉峰, 張景楠, 龐東山, 王文昌
【申請人】上海大學(xué)
【公開日】2015年10月28日
【申請日】2015年7月8日