基于數字化模擬的巖屑真實孔隙結構細觀模型研究

丘 寬

（中海油信息科技有限公司深圳分公司，廣東 深圳 518000）

1 緒論

在油田的開展過程中，會面臨巖屑孔隙結構由于開采活動或者其他外界刺激下導致的應力結構變化等帶來的結構變動。在巖屑孔隙結構發生改變以后，由于其結構的變化，導致原有的巖石形態發生改變，其流體特征也會發生變化，按照原有的施工方案進行施工時，會影響到油層的開采。同時，巖屑孔隙結構對于外界的各類應力變化較為敏感，并且呈現動態特征，因此需要建立巖屑孔隙結構的細觀模擬模型，通過模擬來觀察孔隙結構的變化，提出調整采集方案。

2 數字化模擬

數字化模擬是采用計算機等技術，建立真實物體的模型，并模擬物體狀態的變化。采用數字化模擬的目的是能夠盡量準確的對客觀世界的物體進行模擬。目前，存在諸多模擬各類真實物體的軟件以及方法，但是由于客觀世界物體的細節繁雜，在采用數字化的方式進行模擬時，需要解決各類問題。比如采用PDE 描述客觀物體的屬性時，會面臨環境變化等不確定性的問題，因此在理論上要進行數字化模擬面臨一系列的挑戰。在工程實現時，為了在存儲以及計算能力約束下，盡可能模擬物體，需要對模型進行一定程度上的簡化。但是這種簡化會帶來模型的誤差。同時，由于不同模型之間可能存在動態交互，因此準確模擬不同場景下物體的變化是具有挑戰的工作。目前，比較成熟的方法包括FEM 等方法，但是這種方法提出已經近七十年，涉及大量的計算，在以往計算機的性能較弱時很難實現。該方法隨著近年計算機硬件設備的發展得到了普及，目前高性能計算機能夠快速進行千萬級別的矩陣運算，能夠高效求解各類線性以及非線性方程組。從硬件上看，模擬軟件需要大量的資源，比如采用MOM、BEM 等求解矩陣秩時，需要利用硬件的各類加速功能，在精度要求不苛刻的場景下能夠得到應用。模擬軟件雖然能夠較好的仿真物體，但是仍然存在偏差。在工業實踐中，一般采用模擬軟件進行多次模擬以后，還需要進行試驗來驗證模擬結構，并修正模擬的結果，用于實際的生產。在模擬過程中，進行FVM 計算時需要經過多輪迭代，并在迭代過程中進行參數優化，導致計算性能受到影響。并且由于涉及變量眾多，模型的不確定性增長，靈敏度增加。因此，由于各類不確定性因素的影響，目前數字化模擬主要用于幾何拓撲結構確定，物流效應明細，業務清晰以及參數簡潔的各類應用場景中。

3 數字化模擬孔隙結構細觀模型

本文采用流場模型構建巖屑孔隙結構數字化模擬細觀模型。假設在巖屑孔隙結構中的壓力變動方式已知，也就是流動方式考慮對稱，且具有固定的密度以及溫度。假設η表示黏性系數，v表示流速，ρ為液體密度，p為壓強，I代表單位矩陣，λ為泊松比，E為楊氏模量，n為單位正向量，t為單位切向量。則其出口壓力粘滯應力模型為（1）：

在模擬時，需要對巖屑孔隙結構建立圖像模型，采用圖結構函數（4）代表其基本結構：

其中，s_k代表圖結構的灰度，n_k代表像素。在構建巖屑孔隙結構圖模型時，其中心像素采用（5）進行表示。

其中，SE 代表巖屑孔隙結構的要素矩陣。

在進行數字模擬時，求解巖屑孔隙結構見式（6）：

其流速函數如（7）所示。

并最終得到解析式如（8）所示：

基于以上模型，可以模擬不同環境下巖屑孔隙結構的模擬，并反應其結構的變化。

4 模擬結果

本文構建的數字化模擬程序采用MATLAB 實現，其模擬圖像主要代碼如下。

在模擬時假設η=0.002kg（ms），ρ=1000kg/m3，λ=0.55，E=6.0×109Pa，數字化模擬得到的巖屑孔隙結構壓力云圖如1所示。

圖1 巖屑孔隙結構壓力圖

其模擬的巖屑孔隙結構細觀及過濾模型如圖2所示。

圖2 巖屑孔隙結構細觀及濾波圖

5 結束語

巖屑孔隙結構的變動會影響油層的穩定性，當外界應力等變化以后，空隙結構會發生對應的變化，而外界無法探知這種變化時，可能影響到施工與采集。隨著信息機會的發展，利用數字化技術模擬巖屑孔隙結構的變化成為發展趨勢，因此，本文研究基于數字化模擬對巖屑孔隙結構的細觀模型有利于在開采過程中利用計算機模擬技術，動態構建巖屑孔隙結構的變化，為提高開采效率提供參考。