[发明专利]一种基于Micro-CT岩芯宽频介电常数表征方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于Micro‑CT岩芯宽频介电常数表征方法，包括：对岩芯三维网格模型进行有限元数值模拟，施加电场，获得包含水、油两相流下基于宽频的数字岩芯有效介电常数；并对实际岩芯进行实验测量，获得基于宽频的实际岩芯有效介电常数以验证数值模拟并分析水、油两相流对岩芯电磁特性的影响。本发明对于数字岩芯进行数值模拟，并非简单的将油水看为均质的混合物，而是将油水按地层中的分布，放入数字岩芯的孔隙中，使得模拟效果更佳，研究岩芯中相场和电磁场耦合规律，分析电磁场对孔隙中水、油两相渗流的影响，并且在水、油两相渗流改变时，两相流对岩芯电磁特性的反作用，并通过实际岩芯实验测量相对介电常数来验证数值模拟的正确。

技术领域

本发明涉及地球物理测井技术领域，更具体的涉及一种利用有限元法数值模拟油、水两相流在实际岩芯孔隙中对频散下等效介电常数的影响。

背景技术

岩石物理是地球物理勘探认识油气藏的基础，是衔接油气藏地质认识及油气开发的重要桥梁，以岩石物理为基础的测井是发现、评估油气藏量及产量的重要手段。岩石的介电常数是储层岩石的主要电学参数之一，是评估储层岩石里油水层分布的重要因素。在电法测井领域，利用数字岩芯及数值模拟的方法对岩石介电磁特性进行研究成为新的热点。由于人们对储层岩石物理性质和特性的认识不完善，在油气储层的研究与准确评估方面存在较大困难，因此在岩石物理领域开展相关实验研究工作十分重要。而对于一般的数字岩芯分析，有两种构成方法，一种是通过数学重建的方法，比如模拟退火法、马尔科夫链-蒙特卡洛法，这些数学重建的方法，得到的模型，与实际地层中的岩芯结构不太相似，只能对于自己想研究的情况进行建模；第二种方法是通过CT成像，图像分割的方法，然后通过几何重构得到数字岩芯的物理模型，这种方式得到的岩芯孔隙结构与真实情况十分相似。

2005年M.Saadatfar采用高分辨率的X-rayμCT用于沉积岩微观结构成像，从得到的3D图像中，分析岩石的孔隙结构从而研究岩石的物理性质。2007年M.A.Knackstedt利用分辨率2.5μm的3D成像技术，对岩石进行分析，来研究Archie公式中m、n系数与岩石孔隙结构之间的关系。2012年Nikolai E基于X-ray计算机断层扫描技术对密度不均匀的数字岩芯进行分析，描述其裂缝、孔洞和孔隙度等特性。2020年Hijaz Kamal利用Micro-CT重构数字岩芯，对砂岩的连通性，连续性和渗透率进行表征。计算了薄砂岩层渗透率，但上述研究只是对岩石的结构进行分析，并没有研究岩石电磁特性。2010年中国石油大学的刘学锋建立三维数字岩芯模型，研究了储层微观因素在不同物理参数的基础上对岩石宏观物理属性的影响。2012年张天华提出了一种新型的实验室大直径宽频介电常数测量设备，可以直接非破坏性的测量传统的1.5英寸岩芯样品，被用来测定的物质有很多，如石英、合成陶瓷以及单晶硅，实验测得的结果和解析解相对应。在2016年Pan Baozhi，Li Meng，Zhang Rui，计算并验证了混合流体岩石介电磁特性的CRI模型和Maxwell-Garnett模型，而且研究了岩石介电常数与矿化度，饱和度，频率，比表面的关系，研究中并没有对内含物形态进行具体分析，只是理想化的模型，没有考虑结构对岩芯的电磁特性影响；Daosheng Ling和Yun Zhao等，用时域反射的方法研究了土石混合体介电常数与含水量的关系，Yun Zhao等人提出的经验方程，显示了良好的精度，岩土混合物，TDR方法可以用来测试重力水分含量方便，高效，无需校准现场。2020年Jing Li利用Micro-CT扫描构建数字岩芯，研究致密砂岩渗流特征，但没有研究电磁特性对渗流特征得影响。

现有技术中，多相流结构对有效介电常数的影响研究，存在岩芯有损研究、模拟效果不佳的缺陷。数字岩芯技术多用于对岩石结构和渗流规律的分析，但缺少将岩石渗流规律和实际岩石介电常数的分析相结合并拓展研究频率，同时研究电磁特性对岩石孔隙中流体的渗流影响，和流体的流动对整体电磁特性的反作用。

发明内容

本发明实施例提供一种基于Micro-CT岩芯宽频介电常数表征方法和装置，用以解决上述背景技术中提出的问题。