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(píng)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(cè)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(píng)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(duì)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(duì)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(píng)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.