一种用于微观仿真模型的图像处理方法

一种用于微观仿真模型的图像处理方法

微观渗流模拟技术是一种从孔隙层次上观察油水运动特征、分析油水渗流规律和研究微观驱油机理的重要方法。文章通过建立微观驱油图像处理方法，将驱油剂的波及系数与采收率量化，为化学驱油效果评价与机理研究起到一定作用。

标签：微观；波及系数；采收率

微观渗流模拟技术利用微观仿真模型进行驱油实验，通过图像采集和处理技术实现驱油过程的定性和定量分析，可以详细了解到各驱油方式的渗流特征、剩余油特征和驱替效果[1-2]。与NMRI相比，它可以实时监测驱油细节，观察油水界面作用现象，是三采微观驱油机理强有力的研究手段。目前微观渗流模拟技术已应用于研究各种复杂渗流，发现和证实了多种微观机理。例如在聚合物驱机理研究方面，原有理论认为聚合物驱只能提高波及系数，而不能提高驱油效率[3]。1990年渗流所通过微观模拟发现，聚合物的粘弹性可使这两者都有一定程度的提高[4]。由此可见，微观模拟可以为化学驱提高原油采收率提供有力的理论支持。

本文建立了一种可视化仿真模型微观驱油图像的处理方法，将波及系数与原油采收率量化，为微观化学驱驱油效果评价与机理研究提供一定支持。

1 原油采收率计算

通过分析微观驱油初始、结束时刻的图像，获取原始含油饱和度与剩余油饱和度信息，计算原油采收率。

（1）计算模型孔隙度φ

取饱和水后的模型图（见图1-a），将其转化为二值图（图1-b），取黑色（模型骨架）和白色（水/孔隙）的像素数目，模型孔隙度计算公式为：

式中，N1w和N1b分别为饱和水后模型反相二值图中白色（油/孔隙）、黑色（模型骨架）的像素数目。

（a）原图（b）反相二值图

图1 饱和水后的模型图

（2）计算含油饱和度So

取任意驱替时刻的模型图（见图2-a），由其反二值图（见图2-b）来计算此时的含油饱和度，公式为：

式中，N2w和N2b分别为此刻模型反相二值图中白色（油/孔隙）、黑色（模型骨架）的像素数目。

（a）原图（b）反相二值图

图2 饱和油后的模型图

由此，可以用类似方法计算原始含油饱和度Soi与残余油饱和度Sor。然后可按下式计算采收率R：R=（Soi-Sor）/Soi。

2 波及系数计算

微观可视化试验的最大特点是可以直观地获得波及系数信息。但驱替过程中剩余油的形态比较复杂，既有油膜、油滴、油块，又有棕褐色乳状液，而且在驱替中有的孔隙中已有连续水流通过，但随着驱替过程的进行，后续油流可能会在孔隙中滞留，表现为孤立油滴或油膜状、油滴状残余油，粘附于孔隙壁上。

这些剩余油以不同的面积与驱油剂接触，使得判断某些微观区域是否被驱油剂波及变得不容易。为定量计算波及系数，本文设定了以下标准逐一判断某些区域是否被驱油剂波及，具体步骤如下：（1）连续水流通过的区域为驱油剂波及区域。（2）对于残留有油膜的孔道，如果油膜厚度小于孔道半径四分之一，则定义孔道整体为波及区域；否则，定义除油膜外的孔道区域为波及区域（图4-Ⅰ）。（3）对于有油滴或油块的孔道，如果油滴或油块有3/4区域与连续水流接触，则定义孔道整体为波及区域（图4-Ⅱ）；否则，定义除油滴或油块外的孔道区域为波及区域（图4-Ⅲ）。（4）驱油剂渗入产生乳状液区域：若渗入区域颜色明显变淡，即为波及区域。

（a）原图（b）填充后

（c）分离出原油（d）反相

图4 无连续水流通过区域中油膜与孤立油滴波及面积说明

以图4为例，将波及到的孔隙进行填充，利用图像分割技术分离出原油（图4-c），将图像反相后（图4-d）计算原油所占像素数目No，并计算模型骨架与未波及到的孔隙所占像素数目Nb与孔隙度？渍，波及系数计算公式为：

3 结论

（1）通过图像处理方法计算原始含油饱和度、残余油饱和度，实现原油采收率的量化；

（2）设定了波及区域的判断步骤，并通过图像处理将波及系数量化，为微观化学驱驱油效果评价与机理研究提供一定支持。

参考文献

[1]黄延章，于大森.微观渗流实验力学及其应用[M].北京：石油工业出版社，2001：61-68.

[2]黄延章，郭尚平，周娟，等.孔隙介质中碱水驱油渗流的微观机理[M].北京：科学出版社，1990.

[3]F.H.波特曼.提高原油采收率技术[M].北京：石油工业出版社，1985.

[4]黄延章，于大森，张桂芳.聚合物驱油微观机理研究[J].油田化学，1990，7（1）：57-60.