CN108961409B - 一种基于油藏三维地质体构建3d打印物理模型的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及3D模型构建领域，具体而言，涉及一种基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，包括以下步骤：对油藏三维结构特征进行定量分析；对油藏三维地质模型进行粗化处理；粗化处理后，对模型各层溶洞、溶蚀孔洞和裂缝进行定量分析；相似准则设计和溶洞等效尺寸界限确定后，将溶洞***、溶蚀孔洞***和裂缝***转化为三维矢量模型，通过数据修正，得到油藏三维地质模型3D打印数字模型。本发明通过逐步处理，并经过筛选参数，然后再以相似准则设计，构建了一套新的油藏三维地质模型3D打印数字模型的方法体系，该方法体系更好的表征油藏的三维结构，更好的满足模型的实际需求。

Description

一种基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法
技术领域
本发明涉及3D模型构建领域，具体而言，涉及一种基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法。
背景技术
油藏地质模型是对油藏类型、砂体几何形态、规模大小、储层参数和流体性质空间分布以及成岩作用和孔隙结构的高度概括。概括地讲，油藏地质模型是反映油藏特征的数据体及二维图形显示的综合。油藏地质模型的建立是油藏综合评价的基础，它可以反映本地区的油藏形成条件、分布规律和油气富集控制因素等复杂的地质条件，在勘探和开发过程中，可以起预测作用，同时为油藏数值模拟研究提供基本格架。
现有的构建油藏3D打印物理模型的方法有多种，但各有优劣，仍有待进一步提升。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，提供一种新的构建体系，通过对一些特定的参数进行了筛选，然后以相似准则进行设计，得到的油藏三维地质体模型更好的满足实际模型使用的需求。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，包括以下步骤：
对油藏三维结构特征进行定量分析；
对油藏三维地质模型进行粗化处理；
粗化处理后，对模型各层溶洞、溶蚀孔洞和裂缝进行定量分析；
相似准则设计和溶洞等效尺寸界限确定后，将溶洞***、溶蚀孔洞***和裂缝***转化为三维矢量模型，通过数据修正，得到油藏三维地质模型3D打印数字模型。
本发明提供的一种基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，先对油藏三维结构特征进行定量分析，进行粗化处理后，再对模型各层溶洞、溶蚀孔洞和裂缝进行定量分析，再以相似准则设计，确定溶洞等效尺寸界限，将各***转化为三维矢量模型，数据经过修正，得到油藏三维地质模型3D打印数字模型。即本发明通过逐步处理，并经过筛选参数，然后再以相似准则设计，构建了一套新的油藏三维地质模型3D打印数字模型的方法体系，该方法体系更好的表征油藏的三维结构，更好的满足模型的实际需求。
另外，本发明得到的油藏三维地质模型3D打印数字模型准确率高，直接参与地质体参数建模；反应速度快，网格化粗化节省计算时间；费用经济，节省人力物理；便于参数的调整优化，短期内可进行大量研究。
进一步地，所述油藏三维结构特征包括：设计区块模型尺寸、模型网格、模型中各岩相占比例、各岩相渗透率和孔隙度分布。
进一步地，根据典型区块缝洞模型溶洞、裂缝和溶孔分布，采用体积平均方法将模型网格进行粗化。
进一步地，对于考虑充填的模型，3D打印设计时对缝洞模型溶洞***、溶孔***和裂缝***充填部分进行设计；
对于不考虑充填的模型，对油藏三维地质模型进行筛选。
进一步地，对油藏三维地质模型进行筛选为：模型孔隙度界限确定。
进一步地，所述相似准则设计为：物理模型的设计满足几何相似、运动相似和动力相似。
进一步地，所述相似准则设计还包括：对油藏三维地质模型特征参数进行相似性设计，且实验过程开井顺序、生产时间及采液量与现实生产相似。
进一步地，所述几何相似主要围绕溶洞进行相似设计。
进一步地，所述几何相似还包括填充程度和配位数作为油藏三维地质体特征参数进行相似设计。
进一步地，所述动力相似以雷诺相似准则为前提，调整模型及实验参数，使物理模拟尽量接近满足压力与重力之比及多条裂缝下的立方定律。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过逐步处理，并经过筛选参数，然后再以相似准则设计，构建了一套新的油藏三维地质模型3D打印数字模型的方法体系，该方法体系更好的表征油藏的三维结构，更好的满足模型的实际需求。
(2)本发明得到的油藏三维地质模型3D打印数字模型准确率高，直接参与地质体参数建模。
(3)反应速度快，网格化粗化节省计算时间。
(4)费用经济，节省人力物理。
(5)便于参数的调整优化，短期内可进行大量研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例中基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的流程图；
图2为本发明实施例中油藏三维地质模型图；
图3为本发明实施例中油藏三维模型各岩相分布及比例图；
图4为本发明实施例中油藏三维模型渗透率分布图；
图5为本发明实施例中油藏三维模型孔隙度分布图；
图6为本发明实施例中粗化处理后油藏三维地质模型图；
图7为本发明实施例中粗化处理油藏三维地质模型各岩相分布图；
图8为本发明实施例中粗化处理油藏三维地质模型渗透率分布图；
图9为本发明实施例中粗化处理后油藏三维地质模型孔隙度分布图；
图10为本发明实施例中粗化处理前后油藏三维地质模型渗透率、孔隙度对比图；
图11为本发明实施例中粗化处理后油藏模型不同层位溶洞分布图；
图12为本发明实施例中油藏三维地质模型第2层位溶洞分布图；
图13为本发明实施例中油藏三维地质模型第2层位溶洞等效半径计算图；
图14为本发明实施例中油藏三维地质模型第2层位溶洞高度分布图；
图15为本发明实施例中油藏三维地质模型第2层位各溶洞比例示意图；
图16为本发明实施例中三重介质的油藏三维地质概念模型图；
图17为本发明实施例中不同溶洞尺寸下压力特征曲线图；
图18为本发明实施例中溶洞、溶孔***的油藏三维矢量模型图；
图19为本发明实施例中裂缝***的油藏三维矢量模型图；
图20为本发明实施例中溶洞、溶孔和裂缝***的油藏三维矢量模型图；
图21为本发明实施例中溶洞、溶孔和裂缝***的油藏三维矢量模型STL格式图；
图22为本发明实施例中溶洞、溶孔和裂缝***的油藏三维矢量模型Magics软件修正图；
图23为本发明实施例中油藏三维地质体3D打印模型图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例提供了一种基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，具体如图1所示，包括以下步骤：
对油藏三维结构特征进行定量分析；
对油藏三维地质模型进行粗化处理；
粗化处理后，对模型各层溶洞、溶蚀孔洞和裂缝进行定量分析；
相似准则设计和溶洞等效尺寸界限确定后，将溶洞***、溶蚀孔洞***和裂缝***转化为三维矢量模型，通过数据修正，得到油藏三维地质模型3D打印数字模型。
具体步骤如下：
(1)根据某油藏三维地质模型(如图2)，对油藏三维结构特征进行定量分析。所设计区块模型尺寸为2809.91×2273.83×304.3m3，模型网格为94×76×269。模型中各岩相占比例，各岩相渗透率和孔隙度分布如图3～5所示。不同颜色代表不同的分布情况。下同。
(2)对油藏三维地质模型进行粗化处理。
粗化前模型网格数过多，不易进行几何建模。根据典型区块缝洞模型溶洞、裂缝和溶孔分布，采用体积平均方法将模型网格进行粗化。图6为粗化处理后油藏三维地质模型，图7-9分别为粗化处理油藏三维地质模型各岩相分布、渗透率分布和孔隙度分布。图10为粗化处理前后油藏三维地质模型渗透率、孔隙度对比图。
经过粗化处理后，模型网格为88×62×17，地质储量相对误差为3.3％，满足工程计算需求。
(3)粗化处理后，对模型各层溶洞、溶孔和裂缝进行定量分析(其中：各层位溶洞分布如图11所示)。图中白色代表溶洞，黑色代表基质。
另外，油藏三维地质模型第2层位溶洞分布如图12所示；油藏三维地质模型第2层位溶洞等效半径计算如图13所示；油藏三维地质模型第2层位溶洞高度分布如图14所示，油藏三维地质模型第2层位各溶洞比例示意图见图15。
对于考虑充填的模型，3D打印设计时需要对缝洞模型溶洞***、溶孔***和裂缝***充填部分进行设计，打印模型较为复杂。而对于不考虑充填的模型，需要对油藏三维地质模型进行筛选(模型孔隙度界限确定)。以油藏三维地质模型溶洞***为例，模型筛选前溶洞内储量为：
Figure BDA0001698244200000061
式中：E1为模型筛选前溶洞内储量；So为含油饱和度，％；
Figure BDA0001698244200000062
为孔隙度；Vvugi为孔隙度为
Figure BDA0001698244200000063
溶洞体积；fi为孔隙度为
Figure BDA0001698244200000064
溶洞分布频率。
模型筛选后溶洞内储量为：
Figure BDA0001698244200000065
式中：
Figure BDA0001698244200000066
为孔隙度界限。
考虑模型筛选前后溶洞***地质储量不变，即
Figure BDA0001698244200000067
通过计算可确定孔隙度界限为
Figure BDA0001698244200000068
而储量相对误差为9.75％。
(4)相似准则设计。基于前人对油藏三维地质体物理模拟相似准则的研究与归纳，物理模型的设计应满足几何相似、运动相似和动力相似，同时还应对油藏三维地质模型特征参数进行相似性设计，且实验过程开井顺序、生产时间及采液量与现实生产相似。
对于几何相似，油藏中溶洞是最主要的储油空间，围绕溶洞进行相似设计。如前文所述，物理模型以地质模型中的“洞径”为基准，以油藏控制直径为边界，将地质模型中油藏控制直径内的缝洞结构分层按比例缩放于3D打印岩心中，从而保证了模型溶洞尺寸与油藏原型比例相似，“洞径”与“油藏控制直径”之比与油藏原型相等。
动力相似中，由于油藏三维地质体大型裂缝及溶洞发育，流体流动速度大，雷诺数高，流体的流动类似于有压管流，因此，模型相似性设计上应满足雷诺数相等。此外，压力与重力之比在一定程度上影响了驱替过程中的油水分布，而多裂缝下的立方定律则主要描述缝洞***中流体在裂缝中的流动特征，但从相似理论设计的角度分析，在同一物理模拟中难以同时实现多个相似准则，只能侧重局部进行模拟。因此，应以满足雷诺相似准则为前提，通过调整模型及实验参数，使物理模拟尽量接近满足压力与重力之比及多条裂缝下的立方定律；其他重要参数如填充程度和配位数(储集体所连通的裂缝条数)作为油藏三维地质体特征参数进行相似设计。
根据分析和整合，确定8个能够反映油藏三维地质体开发主要特征的相似准则，如表1所示。
表1油藏三维地质模型油水气三相流动涉及的物理量及其量纲
Figure BDA0001698244200000071
本次模型预打印尺寸为20×20×6cm3，根据相似准则设计可知，模型长度和宽度缩放约为10000:1，高度缩放约为5000:1；3D打印物理模型裂缝(断裂)开度下限为3mm；根据3D打印机精度，选择井筒尺寸为0.5mm。
(5)溶洞等效尺寸界限。根据油藏三维地质模型裂缝(断裂)开度下限3mm，建立三重介质模型，对油藏三维地质模型溶洞等效尺寸下限进行研究。根据三重介质概念模型(如图16所示)。
模型中相关参数计算表达式分别为
Figure BDA0001698244200000081
Figure BDA0001698244200000082
根据三重介质渗流的微分方程，假定流动状态为拟稳态，无因次数学方程为
Figure BDA0001698244200000083
其中无因次量定义为：
Figure BDA0001698244200000084
求解式无因次数学方程，可以得到
Figure BDA0001698244200000091
选择模型横截面积A＝20×20cm2，岩心长L＝6cm，基质孔隙度为2％，基质渗透率为0，基质块尺寸Lm＝9mm，裂缝尺寸Lf＝3mm，通过计算可知模型溶洞下限为2cm。具体见图17。
(6)构建油藏三维矢量模型。
相似准则设计和溶洞等效尺寸界限确定后，将溶洞***、溶蚀孔洞***和裂缝***转化为三维矢量模型，并通过Magics软件修正，可以得到油藏三维地质模型3D打印数字模型(如图18～22)。进而得到油藏三维地质物理模型(图23为油藏三维地质体3D打印模型)。
本发明提供的一种基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，先对油藏三维结构特征进行定量分析，进行粗化处理后，再对模型各层溶洞、溶蚀孔洞和裂缝进行定量分析，再以相似准则设计，确定溶洞等效尺寸界限，将各***转化为三维矢量模型，数据经过修正，得到油藏三维地质模型3D打印数字模型。即本发明通过逐步处理，并经过筛选参数，然后再以相似准则设计，构建了一套新的油藏三维地质模型3D打印数字模型的方法体系，该方法体系更好的表征油藏的三维结构，更好的满足模型的实际需求。
另外，本发明得到的油藏三维地质模型3D打印数字模型准确率高，直接参与地质体参数建模；反应速度快，网格化粗化节省计算时间；费用经济，节省人力物理；便于参数的调整优化，短期内可进行大量研究。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (7)

1.一种基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
对油藏三维结构特征进行定量分析；
对油藏三维地质模型进行粗化处理；
粗化处理后，对模型各层溶洞、溶蚀孔洞和裂缝进行定量分析；
相似准则设计和溶洞等效尺寸界限确定后，将溶洞***、溶蚀孔洞***和裂缝***转化为三维矢量模型，通过数据修正，得到油藏三维地质模型3D打印数字模型；
所述相似准则设计为：物理模型的设计满足几何相似、运动相似和动力相似；所述相似准则为ΔP/(ρgL)、μ/(ρvL)、Q/(ρvL2)、(vμL)/(nfb3ΔP)、ξ、η、Vvug/(kxf)和rw/L；
其中，ΔP/(ρgL)表示注入压力与重力之比，μ/(ρvL)表示惯性阻力和粘滞阻力之比，Q/(ρvL2)表示注入量与流量之间的关系，(vμL)/(nfb3ΔP)表示多条裂缝下的立方定律，ξ表示配位数，η表示充填程度，Vvug/(kxf)表示溶洞体积与裂缝导流能力之比，rw/L表示井筒半径与储层厚度之比；
所述动力相似以雷诺相似准则为前提，调整模型及实验参数，使物理模拟尽量接近满足压力与重力之比及多条裂缝下的立方定律。
2.根据权利要求1所述的基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，其特征在于，所述油藏三维结构特征包括：设计区块模型尺寸、模型网格、模型中各岩相占比例、各岩相渗透率和孔隙度分布。
3.根据权利要求1所述的基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，其特征在于，根据典型区块缝洞模型溶洞、裂缝和溶孔分布，采用体积平均方法将模型网格进行粗化。
4.根据权利要求1所述的基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，其特征在于，对于考虑充填的模型，3D打印设计时对缝洞模型溶洞***、溶孔***和裂缝***充填部分进行设计；
对于不考虑充填的模型，对油藏三维地质模型进行筛选。
5.根据权利要求4所述的基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，其特征在于，对油藏三维地质模型进行筛选为：模型孔隙度界限确定。
6.根据权利要求1所述的基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，其特征在于，所述相似准则设计还包括：对油藏三维地质模型特征参数进行相似性设计，且实验过程开井顺序、生产时间及采液量与现实生产相似。
7.根据权利要求1所述的基于油藏三维地质体构建3D打印物理模型的方法，其特征在于，所述几何相似主要围绕溶洞进行相似设计。
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