特殊岩性岩心实验分析新方法研究

论文摘要

岩心分析实验是认识油气层地质特征的必要手段。近年来,以火山岩、砂砾岩、泥岩和碳酸盐岩等特殊岩性为主要储层的油气勘探不断取得新突破,特殊岩性储层的岩心分析工作变得越来越重要。这些特殊岩性的化学成分复杂,物理状态多样,导致常规分析方法在分析特殊岩性岩心时有很大的局限性。因此,为了获取准确的实验数据,正确认识特殊岩性储层的渗流规律,本文通过应用CT和核磁共振这两种现代化岩心分析手段,结合人工智能方法与计算机三维可视化技术,开发了一套先进的特殊岩性岩心实验分析方法。并应用这套方法编写了相应的软件,完成了大量的岩心分析工作,取得了良好的效果。通过应用CT技术对岩心内部结构进行无损检测、建立特殊岩性非均质性特征CT分析评价指标、进行岩石CT图像可视化研究和相应的软件开发,实现了对岩样内孔洞和裂缝等的发育特征、发育程度以及岩石非均质性特征的分析。CT分析评价指标包括定性和定量评价指标,指标中给出了相应的评判标准和计算公式,为特殊岩性CT分析提供了依据。CT图像可视化研究采用了三维体素模型、Freeman链码、改进的Marching Cubes算法和视觉增强等多种图形学算法,并在此基础上开发了专业软件,为特殊岩性岩CT分析提供了必要的手段。应用上述方法对211块特殊岩性岩心进行CT实验分析的结果表明：1)砾岩中普遍发育有砾缘缝,其的发育程度与砾岩的砾级成正比,与压实程度成反比；砾岩中的孔洞主要是砾间溶孔和颗粒溶孔,其发育程度与胶结物的成分和压实作用有关。随着砾级的降低,孔洞和裂缝的数量下降。2)在多数火山岩内均有较多的孔洞发育,且存在较大的洞和较多的孔；有个别岩心内可见少量微裂缝,极少数岩心内可见裂缝或较多微裂缝。不同类别的火山岩孔洞和裂缝发育程度相当,但是类型略有不同。针对特殊岩性非均质性强,孔隙空间结构复杂的特点,提出了特殊岩性物性参数核磁共振检测方法,并开发了相应的岩心分析专家系统。方法包括：全直径岩心核磁共振束缚水饱和度测量、人工智能核磁孔隙度校准和遗传算法与神经网络相结合的渗透率预测模型。这些新方法实现了特殊岩性全直径岩心物性参数的检测,解决了常规分析方法测试周期长、样本难以获取以及可能产生黏性指进等问题。人工智能技术的应用在一定程度上降低了特殊岩性复杂物理化学性质对核磁共振测量的影响,将原有核磁孔隙度实验误差降低了50%以上,渗透率预测精度提升了3倍,并且具有更高的自动化程度。岩心分析专家系统采用最先进的B/S架构,通过在服务器上建立适用于岩心分析的决策树、神经网络和遗传算法等几种人工智能算法和多种核磁共振反演算法,达到了对实验结果进行校准和对储层参数的进行预测和评价的目的。这套系统填补了国内核磁共振岩样分析数据解释专家系统的空白,成为目前特殊岩性储层岩心的物性参数测量分析最有效的工具。本文通过以上研究,开创了新的实验手段和实验数据分析方法,提高了特殊岩性岩心分析水平。从而提升了人们对特殊岩性油气储层的科学认识,对推动油气田勘探开发具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 引言
• 1.1 选题背景、研究目的及意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究目的与意义
• 1.2 发展历程及研究现状
• 1.2.1 CT设备及岩心分析发展现状
• 1.2.2 核磁共振岩心分析简史
• 1.3 主要研究内容
• 1.3.1 特殊岩性CT实验分析方法
• 1.3.2 特殊岩性岩心核磁共振实验分析方法
• 1.3.3 岩心CT分析软件与岩心分析专家系统的研制
• 1.4 论文研究工作量
• 1.5 主要创新点
• 第2章 实验基础与技术路线
• 2.1 CT岩心实验分析方法
• 2.1.1 CT实验原理
• 2.1.2 CT实验仪器
• 2.1.3 现有的岩石CT分析方法
• 2.1.4 应用CT技术研究岩石物性特征
• 2.2 核磁共振岩心分析方法
• 2.2.1 核磁共振现象
• 2.2.2 多孔介质核磁共振测量原理
• 2.2.3 核磁共振岩心分析解释模型
• 2.3 现有方法存在问题及本文的技术路线
• 2.3.1 特殊岩性CT实验分析方法
• 2.3.2 特殊岩性核磁共振物性参数测量方法
• 第3章 特殊岩性CT实验分析新方法
• 3.1 非均质性特征评价指标
• 3.1.1 岩心CT定性分析评价指标
• 3.1.2 岩心CT定量分析评价指标
• 3.2 岩石CT图像可视化技术
• 3.2.1 数值模型
• 3.2.2 感兴趣区的描述与显示
• 3.2.3 视觉增强
• 3.2.4 直方图绘制与数据输出
• 3.3 特殊岩性的非均质性特征
• 3.3.1 砾岩的非均质性特征
• 3.3.2 火山岩的非均质性特征
• 3.4 小结
• 第4章 特殊岩性物性参数核磁共振测量新方法
• 4.1 全直径岩心束缚水饱和度核磁共振测量方法
• 4.1.1 束缚水饱和度常规测量方法
• 2截止值分布规律'>4.1.2 可动流体T₂截止值分布规律
• 4.1.3 全直径岩心束缚水饱和度核磁共振测量方法
• 4.2 特殊岩性核磁共振孔隙度影响因素分析与校准
• 4.2.1 核磁孔隙度相关因素分析
• 4.2.2 特殊岩性的核磁孔隙度影响因素
• 4.2.3 应用决策树校准核磁孔隙度
• 4.2.4 应用神经网络方法校准核磁孔隙度
• 4.3 用遗传算法改进的神经网络预测核磁渗透率
• 4.3.1 基于遗传算法优化的神经网络
• 4.3.2 应用结果及讨论
• 4.4 小结
• 第5章 岩心CT分析软件与岩心分析专家系统
• 5.1 岩心CT分析软件
• 5.1.1 岩样二维CT图像分析软件
• 5.1.2 岩样三维CT图像分析软件
• 5.1.3 应用效果
• 5.2 岩心分析专家系统
• 5.2.1 系统架构
• 5.2.2 系统功能
• 5.2.3 数据库实现
• 5.2.4 主要模块和开发环境
• 5.2.5 界面风格和用户体验
• 5.2.6 运行环境
• 5.3 小结
• 第6章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 特殊岩性岩心实验分析展望
• 参考文献
• 作者简介与学术出版
• 致谢