[發(fā)明專利]一種從三維圖像確定孔隙結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811265575.0
• 申請(qǐng)日: 2018-10-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109242985B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐志朋;林緬;江文濱;曹高輝;姬莉莉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G06T19/20
• 分類號(hào): G06T19/20;G06T7/136;G06F30/20
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發(fā)明提供了一種從三維圖像確定孔隙結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的方法，包括如下步驟：先將測(cè)試巖心轉(zhuǎn)化后得到由固體體素和空隙體素形成的三維二值圖像，再分別建立一個(gè)對(duì)應(yīng)半徑的固體圓球結(jié)構(gòu)元素和空隙圓球結(jié)構(gòu)元素；對(duì)對(duì)應(yīng)的空隙空間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由此得到每個(gè)空隙空間及其連通空間塊，進(jìn)行孔隙和孔喉的識(shí)別后即可得到當(dāng)前測(cè)試巖心中空隙空間的孔隙和孔喉特征。本發(fā)明整個(gè)識(shí)別過(guò)程中孔隙孔喉邊界明確，無(wú)人為因素，一方面能有效表征多孔介質(zhì)孔隙結(jié)構(gòu)微觀特征，另一方面可以得到的孔隙結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)為約束條件建立孔隙網(wǎng)絡(luò)模型，在不進(jìn)行系數(shù)調(diào)整的情況下能夠有效預(yù)測(cè)絕對(duì)滲透率和相對(duì)滲透率等流動(dòng)性質(zhì)，對(duì)揭示孔隙尺度流動(dòng)機(jī)制有重要意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水文、石油地質(zhì)領(lǐng)域，特別是涉及一種從反映儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)的三維圖像中確定孔隙結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的方法。

背景技術(shù)

在石油工程、水文和環(huán)境工程等領(lǐng)域，多孔介質(zhì)微觀孔隙結(jié)構(gòu)的表征對(duì)于建立力學(xué)模型揭示孔隙尺度的流動(dòng)機(jī)制有重要意義，能夠指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用。通過(guò)高壓壓汞、氮吸附等一些巖心實(shí)驗(yàn)可以得到多孔介質(zhì)的孔隙半徑分布，但巖心實(shí)驗(yàn)的時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本高，得到的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)有限。隨著3D成像技術(shù)和圖像重建技術(shù)的發(fā)展，多孔介質(zhì)可以被快速掃描成三維數(shù)字圖像，圖像由二值體素集表示，每個(gè)體素的值是1(空隙體素)或0(固體體素)，如圖2所示。合適分辨率的數(shù)字圖像可以體現(xiàn)多孔介質(zhì)詳細(xì)的微觀信息。

基于三維數(shù)字圖像，將復(fù)雜的空隙空間簡(jiǎn)化為由孔隙和孔喉組成的系統(tǒng)，可以確定孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)包括：孔隙數(shù)、孔喉數(shù)、配位數(shù)分布、孔隙半徑分布、孔喉半徑分布、孔喉形狀因子分布、迂曲度等。實(shí)現(xiàn)上述目的的首要任務(wù)是如何將復(fù)雜的空隙空間識(shí)別為孔隙和孔喉。

目前廣泛使用的孔隙和孔喉識(shí)別方法主要有三種：中軸線方法(MA)、最大球方法(MB)、中軸-大球法(AB)。

MA方法標(biāo)記不影響空隙空間連通性和拓?fù)湫再|(zhì)的空隙體素，沒(méi)有被標(biāo)記的空隙體素構(gòu)成空隙空間的中軸線。中軸線由一系列相交的鏈路組成，每一條鏈路代表一個(gè)孔喉，鏈路的交叉點(diǎn)代表孔隙。MA方法對(duì)孔隙表面的不規(guī)則幾何細(xì)節(jié)十分敏感，會(huì)形成冗余鏈路，但是很難定義一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)判定哪些鏈路是冗余的，過(guò)度刪除冗余鏈路導(dǎo)致孔隙和孔喉數(shù)量少，部分刪除冗余鏈路導(dǎo)致孔隙和孔喉數(shù)量多。此外，通過(guò)中軸線定位孔隙和孔喉后，需要分割空隙空間分配孔隙和孔喉的體積，保證孔隙占據(jù)大部分空隙空間，這個(gè)過(guò)程中沒(méi)有明確清晰的孔隙和孔喉的邊界，分割過(guò)程有些隨意性和經(jīng)驗(yàn)性。

MB方法首先通過(guò)一系列最大球逼近空隙空間，然后根據(jù)每一個(gè)最大球的大小和相對(duì)位置建立家族樹(shù)關(guān)系，祖先球的位置對(duì)應(yīng)孔隙位置，兒童球的位置對(duì)應(yīng)孔喉位置，最后所有的最大球被標(biāo)記為孔隙球?qū)偾蚧蚩缀砬驅(qū)偾颍瑒澐挚紫秹K和孔喉塊占據(jù)的空間大小。MB方法通過(guò)家族樹(shù)關(guān)系定位孔隙和孔喉時(shí)，確定一個(gè)最大球是否是祖先球的半徑閾值是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。在分割過(guò)程中沒(méi)有明確清晰的孔隙和孔喉邊界的，孔隙塊和孔喉塊占據(jù)空間的分割有一定經(jīng)驗(yàn)性和粗糙性。

AB方法吸收MA方法和MB方法的優(yōu)勢(shì)，在中軸線約束下建立最大球，并建立家族樹(shù)關(guān)系，祖先球的位置對(duì)應(yīng)孔隙位置，兒童球的位置對(duì)應(yīng)孔喉位置，最后采用雙速膨脹算法分割孔隙塊和孔喉塊占據(jù)的空間大小。AB方法在定位孔隙和孔喉的過(guò)程中，確定一個(gè)最大球是否是祖先球的半徑閾值也是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。在孔隙和孔喉占據(jù)空間的分割過(guò)程中，也沒(méi)有明確清晰的孔隙和孔喉邊界的定義，孔隙塊和孔喉塊的分割有一定的經(jīng)驗(yàn)性。

發(fā)明內(nèi)容

基于現(xiàn)有技術(shù)存在問(wèn)題，本申請(qǐng)建立一種從多孔介質(zhì)三維圖像確定孔隙結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的新方法，能夠根據(jù)孔隙和孔喉的形態(tài)特征將空隙空間識(shí)別為孔隙和孔喉，識(shí)別過(guò)程中孔隙和孔喉的邊界清晰明確無(wú)人為因素。

特別地，本發(fā)明提供一種從三維圖像確定孔隙結(jié)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的方法，包括如下步驟：

步驟100，選取一塊測(cè)試巖心利用三維成像技術(shù)掃描以得到三維灰度圖像，對(duì)三維灰度圖像進(jìn)行閾值劃分轉(zhuǎn)化后得到由固體體素和空隙體素形成的三維二值圖像；