一種用于微觀仿真模型的圖像處理方法

劉曉玲

摘 要：微觀滲流模擬技術是一種從孔隙層次上觀察油水運動特征、分析油水滲流規(guī)律和研究微觀驅(qū)油機理的重要方法。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，為化學驅(qū)油效果評價與機理研究起到一定作用。

關鍵詞：微觀；波及系數(shù)；采收率

微觀滲流模擬技術利用微觀仿真模型進行驅(qū)油實驗，通過圖像采集和處理技術實現(xiàn)驅(qū)油過程的定性和定量分析，可以詳細了解到各驅(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，它可以實時監(jiān)測驅(qū)油細節(jié)，觀察油水界面作用現(xiàn)象，是三采微觀驅(qū)油機理強有力的研究手段。目前微觀滲流模擬技術已應用于研究各種復雜滲流，發(fā)現(xiàn)和證實了多種微觀機理。例如在聚合物驅(qū)機理研究方面，原有理論認為聚合物驅(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，為微觀化學驅(qū)驅(qū)油效果評價與機理研究提供一定支持。

1 原油采收率計算

通過分析微觀驅(qū)油初始、結(jié)束時刻的圖像，獲取原始含油飽和度與剩余油飽和度信息，計算原油采收率。

（1）計算模型孔隙度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）的像素數(shù)目，模型孔隙度計算公式為：

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）的像素數(shù)目。

（a）原圖 （b）反相二值圖

圖1 飽和水后的模型圖

（2）計算含油飽和度So

取任意驅(qū)替時刻的模型圖（見圖2-a），由其反二值圖（見圖2-b）來計算此時的含油飽和度，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）的像素數(shù)目。

（a）原圖 （b）反相二值圖

圖2 飽和油后的模型圖

由此，可以用類似方法計算原始含油飽和度Soi與殘余油飽和度Sor。然后可按下式計算采收率R：R=（Soi-Sor）/Soi。

2 波及系數(shù)計算

微觀可視化試驗的最大特點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)替過程的進行，后續(xù)油流可能會在孔隙中滯留，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。為定量計算波及系數(shù)，本文設定了以下標準逐一判斷某些區(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)域為驅(qū)油劑波及區(qū)域。（2）對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)域為波及區(qū)域（圖4-Ⅰ）。（3）對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)域為波及區(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，將波及到的孔隙進行填充，利用圖像分割技術分離出原油（圖4-c），將圖像反相后（圖4-d）計算原油所占像素數(shù)目No，并計算模型骨架與未波及到的孔隙所占像素數(shù)目Nb與孔隙度？漬，波及系數(shù)計算公式為：

3 結(jié)論

（1）通過圖像處理方法計算原始含油飽和度、殘余油飽和度，實現(xiàn)原油采收率的量化；

（2）設定了波及區(qū)域的判斷步驟，并通過圖像處理將波及系數(shù)量化，為微觀化學驅(qū)驅(qū)油效果評價與機理研究提供一定支持。

參考文獻

[1]黃延章，于大森.微觀滲流實驗力學及其應用[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)油滲流的微觀機理[M].北京：科學出版社，1990.

[3]F.H.波特曼.提高原油采收率技術[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)油微觀機理研究[J].油田化學，1990，7（1）：57-60.