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        一種用于微觀仿真模型的圖像處理方法

        2014-03-13 22:45:29劉曉玲
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年7期

        劉曉玲

        摘 要:微觀滲流模擬技術(shù)是一種從孔隙層次上觀察油水運(yùn)動(dòng)特征、分析油水滲流規(guī)律和研究微觀驅(qū)油機(jī)理的重要方法。文章通過建立微觀驅(qū)油圖像處理方法,將驅(qū)油劑的波及系數(shù)與采收率量化,為化學(xué)驅(qū)油效果評價(jià)與機(jī)理研究起到一定作用。

        關(guān)鍵詞:微觀;波及系數(shù);采收率

        微觀滲流模擬技術(shù)利用微觀仿真模型進(jìn)行驅(qū)油實(shí)驗(yàn),通過圖像采集和處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)驅(qū)油過程的定性和定量分析,可以詳細(xì)了解到各驅(qū)油方式的滲流特征、剩余油特征和驅(qū)替效果[1-2]。與NMRI相比,它可以實(shí)時(shí)監(jiān)測驅(qū)油細(xì)節(jié),觀察油水界面作用現(xiàn)象,是三采微觀驅(qū)油機(jī)理強(qiáng)有力的研究手段。目前微觀滲流模擬技術(shù)已應(yīng)用于研究各種復(fù)雜滲流,發(fā)現(xiàn)和證實(shí)了多種微觀機(jī)理。例如在聚合物驅(qū)機(jī)理研究方面,原有理論認(rèn)為聚合物驅(qū)只能提高波及系數(shù),而不能提高驅(qū)油效率[3]。1990年滲流所通過微觀模擬發(fā)現(xiàn),聚合物的粘彈性可使這兩者都有一定程度的提高[4]。由此可見,微觀模擬可以為化學(xué)驅(qū)提高原油采收率提供有力的理論支持。

        本文建立了一種可視化仿真模型微觀驅(qū)油圖像的處理方法,將波及系數(shù)與原油采收率量化,為微觀化學(xué)驅(qū)驅(qū)油效果評價(jià)與機(jī)理研究提供一定支持。

        1 原油采收率計(jì)算

        通過分析微觀驅(qū)油初始、結(jié)束時(shí)刻的圖像,獲取原始含油飽和度與剩余油飽和度信息,計(jì)算原油采收率。

        (1)計(jì)算模型孔隙度φ

        取飽和水后的模型圖(見圖1-a),將其轉(zhuǎn)化為二值圖(圖1-b),取黑色(模型骨架)和白色(水/孔隙)的像素?cái)?shù)目,模型孔隙度計(jì)算公式為:

        式中,N1w和N1b分別為飽和水后模型反相二值圖中白色(油/孔隙)、黑色(模型骨架)的像素?cái)?shù)目。

        (a)原圖 (b)反相二值圖

        圖1 飽和水后的模型圖

        (2)計(jì)算含油飽和度So

        取任意驅(qū)替時(shí)刻的模型圖(見圖2-a),由其反二值圖(見圖2-b)來計(jì)算此時(shí)的含油飽和度,公式為:

        式中,N2w和N2b分別為此刻模型反相二值圖中白色(油/孔隙)、黑色(模型骨架)的像素?cái)?shù)目。

        (a)原圖 (b)反相二值圖

        圖2 飽和油后的模型圖

        由此,可以用類似方法計(jì)算原始含油飽和度Soi與殘余油飽和度Sor。然后可按下式計(jì)算采收率R:R=(Soi-Sor)/Soi。

        2 波及系數(shù)計(jì)算

        微觀可視化試驗(yàn)的最大特點(diǎn)是可以直觀地獲得波及系數(shù)信息。但驅(qū)替過程中剩余油的形態(tài)比較復(fù)雜,既有油膜、油滴、油塊,又有棕褐色乳狀液,而且在驅(qū)替中有的孔隙中已有連續(xù)水流通過,但隨著驅(qū)替過程的進(jìn)行,后續(xù)油流可能會(huì)在孔隙中滯留,表現(xiàn)為孤立油滴或油膜狀、油滴狀殘余油,粘附于孔隙壁上。

        這些剩余油以不同的面積與驅(qū)油劑接觸,使得判斷某些微觀區(qū)域是否被驅(qū)油劑波及變得不容易。為定量計(jì)算波及系數(shù),本文設(shè)定了以下標(biāo)準(zhǔn)逐一判斷某些區(qū)域是否被驅(qū)油劑波及,具體步驟如下:(1)連續(xù)水流通過的區(qū)域?yàn)轵?qū)油劑波及區(qū)域。(2)對于殘留有油膜的孔道,如果油膜厚度小于孔道半徑四分之一,則定義孔道整體為波及區(qū)域;否則,定義除油膜外的孔道區(qū)域?yàn)椴皡^(qū)域(圖4-Ⅰ)。(3)對于有油滴或油塊的孔道,如果油滴或油塊有3/4區(qū)域與連續(xù)水流接觸,則定義孔道整體為波及區(qū)域(圖4-Ⅱ);否則,定義除油滴或油塊外的孔道區(qū)域?yàn)椴皡^(qū)域(圖4-Ⅲ)。(4)驅(qū)油劑滲入產(chǎn)生乳狀液區(qū)域:若滲入?yún)^(qū)域顏色明顯變淡,即為波及區(qū)域。

        (a)原圖 (b)填充后

        (c)分離出原油 (d)反相

        圖4 無連續(xù)水流通過區(qū)域中油膜與孤立油滴波及面積說明

        以圖4為例,將波及到的孔隙進(jìn)行填充,利用圖像分割技術(shù)分離出原油(圖4-c),將圖像反相后(圖4-d)計(jì)算原油所占像素?cái)?shù)目No,并計(jì)算模型骨架與未波及到的孔隙所占像素?cái)?shù)目Nb與孔隙度?漬,波及系數(shù)計(jì)算公式為:

        3 結(jié)論

        (1)通過圖像處理方法計(jì)算原始含油飽和度、殘余油飽和度,實(shí)現(xiàn)原油采收率的量化;

        (2)設(shè)定了波及區(qū)域的判斷步驟,并通過圖像處理將波及系數(shù)量化,為微觀化學(xué)驅(qū)驅(qū)油效果評價(jià)與機(jī)理研究提供一定支持。

        參考文獻(xiàn)

        [1]黃延章,于大森.微觀滲流實(shí)驗(yàn)力學(xué)及其應(yīng)用[M].北京:石油工業(yè)出版社,2001:61-68.

        [2]黃延章,郭尚平,周娟,等.孔隙介質(zhì)中堿水驅(qū)油滲流的微觀機(jī)理[M].北京:科學(xué)出版社,1990.

        [3]F.H.波特曼.提高原油采收率技術(shù)[M].北京:石油工業(yè)出版社,1985.

        [4]黃延章,于大森,張桂芳.聚合物驅(qū)油微觀機(jī)理研究[J].油田化學(xué),1990,7(1):57-60.

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