基於 2D 影像建立數位岩石以及穿過多孔介質的多相流模型
概述
數位岩石技術基於孔隙尺度多相流的高端模擬，這是枯竭井和生產井分析和評估過程中的關鍵要素。 數位岩石技術用於優化初級石油生產，並利用水、天然氣、蒸汽、化學品或二氧化碳來提高石油採收率。 數位岩石密集模擬的主要結果包括相對滲透率、飽和度和潤濕性。 進行此類高端模擬面臨雙重挑戰：(i) 多孔介質的清晰數位化，以及 (ii) 曲折微尺度（10-40 微米）岩石模式內多相流方程的解，考慮到極低毛細管數流動條件下的潤濕性(Ca ~ 0.001-0.0001)。
亮點
- 數位岩石方法優化了初級石油生產和提高石油採收率 (EOR)
- Synopsys Simpleware 軟體支援從岩石樣本的 2D 影像產生可用於模擬的網格
- 透過 CFD 模擬了解孔隙水平多相流
- 使用砂岩樣品進行概念驗證的工作流程展示了工作流程的效率
- 合作為利用互補技術（包括水文學、廢棄物處理等）來表徵多孔介質開闢了新的可能性。
概念驗證工作流程
Synopsys 和 Pöyry AMS 最近聯手提供了一種聯合解決方案，能夠處理各種岩石類型的此類流：砂岩、石灰岩等。Synopsys Simpleware 獨特的網格劃分技術基於數字化數百萬像素岩石樣本，與 CFD 軟體結合使用，專用於毛細管驅動的多流體流動。
此案例研究涉及石油通過伯里亞砂岩的流動研究。 這個例子被選為早期概念驗證，其想法是未來的工作和合作將探索更廣泛的地質樣本以進行多相岩石分割。 此專案的工作流程如下：
- Simpleware 網格產生器提供了描述毛孔的高品質 STL 文件
- 然後將 STL 載入到 TransAT UI 中以讀取文件
使用 Simpleware 軟體進行影像處理和 STL 匯出
圖：Simpleware ScanIP 中伯里亞砂岩的 3D 孔隙渲染
此過程涉及將一堆 2D 影像匯入到 Simpleware ScanIP，然後使用中值濾波器去除影像雜訊，應用軟體的影像處理工具將資料裁切為子樣本，並使用閾值工具選擇毛孔。最後使用 Island removal 功能，建立單一連接區域並匯出孔隙分割的 STL 檔案。
圖：使用 Simpleware 軟體建立的描述砂岩孔隙的高品質 STL 檔案
CFD 多相流模擬
TransAT 使用 IST 網格劃分技術，基於 Simpleware STL 重建 CFD 網格。TransAT 的多相混合模型在 HPC 叢集上針對以下流動條件運行：
- Berea砂岩，孔隙尺度~10微米
- 油氣兩相滲流，毛細數 = 0.001
- 網格大小 30 μm
- 網格 128^3
- 入口流速 = 1 m/s
- 密度 = 1000 kg/m^3
- 粘度 = 1 cP
圖：使用 TransAT CFD 獲得的樣品中的壓力場
下圖顯示了使用 Simpleware 網格進行模擬的結果，描繪了壓力場和沿著岩石掃描傳播的油氣前緣。這些結果也與 Simpleware 軟體中的分析非常吻合，即透過 Simpleware FE 模組進行網格劃分，以及在 Simpleware FLOW 模組中計算絕對滲透率張量。
圖：使用 TransAT CFD 獲得的岩石孔隙內油氣前緣傳播
結論
Synopsys Simpleware 和 Pöyry AMS 公司的聯合工作流程展示了快速、準確的多孔介質建模和多相模擬方法的優勢。這裡討論的伯里亞砂岩的具體例子值得注意，因為它展示了使用這種組合解決方案可以獲得的對石油流動的見解，鑑於這些工作流程對於石油生產和石油採收具有很高的價值，這種有效的方法使工業界更容易進行孔隙尺度多相流的模擬。
參考資料
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