[發(fā)明專利]基于圖像融合的多尺度多組分數(shù)字巖心構(gòu)建方法及系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-08-16
• 公開（公告）號: CN113609696A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 譚茂金;王思宇;謝關(guān)寶;李永杰;吳海燕
• 申請（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學（北京）
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T5/50;G06T7/00;G01N15/08;G01N23/046;G06F111/10;G06F119/02
• 代理公司: 北京興智翔達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11768
• 代理人: 郭衛(wèi)芹

本發(fā)明公開了基于圖像融合的多尺度多組分數(shù)字巖心構(gòu)建方法及系統(tǒng)，屬于巖石物理學及石油測井的領(lǐng)域，該方法包括：S1：制備巖心薄片：對薄片進行成像和礦物成分分析，得到成像中礦物類型、微孔隙發(fā)育程度及礦物密度排序；S2：提取MAPS成像中的二維孔隙，確定巖心孔隙孔徑尺寸分布特征，進而確定合適的掃描區(qū)域，并鉆取子樣品進行X?ray CT掃描；S3：對X?ray CT掃描的樣品進行重建以獲取三維灰度圖，多閾值分割后得到多組分三維數(shù)字巖心；S4：將MAPS提取的孔隙添加到多組分數(shù)字巖心中，獲得多尺度多組分數(shù)字巖心。本發(fā)明能夠有效解決掃描樣品尺寸與掃描分辨率矛盾的問題，拓展數(shù)字巖石物理技術(shù)在非常規(guī)儲層評價的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于巖石物理學及石油測井的領(lǐng)域，具體涉及一種基于多分辨率掃描實驗圖像，采用圖像融合技術(shù)完成多尺度多組分數(shù)字巖心的構(gòu)建方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

對于納米孔隙發(fā)育的非常規(guī)儲層，如頁巖油氣等儲層，巖心孔隙尺寸分布跨度大，從毫米級到納米級，單一分辨率掃描圖像建立的數(shù)字巖心模型無法完整描述巖心孔隙結(jié)構(gòu)特征。以X射線計算機斷層掃描(X-ray CT)為例，單一掃描技術(shù)難以解決掃描分辨率與掃描樣品視場之間的矛盾。當掃描樣品尺寸相對較大，視場相對較廣時，X-ray CT掃描分辨率則較低，樣品中微觀特征信息可能喪失，如微觀孔隙特征。然而樣品較小時，則分辨率較高，樣品微觀特征更為詳細清楚，但視域太小不具有代表性。因此數(shù)字巖心建模要兼顧圖像分辨率與巖心尺寸的平衡，綜合多分辨率掃描圖像信息構(gòu)建數(shù)字巖心，這對儲層特征的準確描述具有很大意義。

目前，數(shù)字巖心構(gòu)建方法主要有兩種方法：數(shù)值重構(gòu)法與物理實驗掃描法。數(shù)值重構(gòu)法通常以巖心薄片二維圖像為基礎(chǔ)，處理后統(tǒng)計孔隙和礦物顆粒等信息，通過隨機模擬法或沉積巖的過程模擬法來重建三維數(shù)字巖心的方法，這些方法可以很好的重現(xiàn)真實巖石的幾何性質(zhì)和傳導性質(zhì)。如今，隨著高精度掃描儀器設(shè)備的快速發(fā)展，物理實驗法成為構(gòu)建數(shù)字巖心的主流手段，如：Xray-CT掃描法，序列成像法，聚焦掃描法，掃描電鏡等，應(yīng)用最為廣泛的為Xray-CT掃描法和掃描電鏡法。Xray-CT掃描法由于可以無損傷的檢測巖心礦物組成及孔隙結(jié)構(gòu)，因此廣泛應(yīng)用于數(shù)字巖心構(gòu)建；掃描電鏡能夠衍生聚焦離子束顯微鏡(FIB-SEM)、二維大范圍拼接成像(MAPS)等多種方法，可以對樣品孔隙結(jié)構(gòu)及礦物成分和分布特征進行高精度分析，因此應(yīng)用十分廣泛。

在數(shù)值重構(gòu)方法中，高斯場法和模擬退火法對計算機性能的要求很高，且不適用于具有孔喉結(jié)構(gòu)長距離連通性的多孔介質(zhì)建模。多點統(tǒng)計法缺點是該方法過分依賴如鑄體薄片或CT掃描切片，顯然二維薄片不可能包含所有的孔隙結(jié)構(gòu)模式，所以建模時應(yīng)選擇具有代表性的薄片面，此外數(shù)據(jù)樣板或者條件數(shù)據(jù)的選取也有一定的隨機性，會對所建模型有較大的影響。過程法中基于薄片統(tǒng)計的顆粒直徑不能完全代表真實巖心的所有顆粒直徑，且也沒有考慮其他成巖作用。總的來說，數(shù)值重構(gòu)法不太適用于描述復(fù)雜成巖過程的巖石。

在物理實驗法中，X-ray CT受到掃描分辨和掃描樣品尺寸矛盾的限制。對非均質(zhì)較強且孔喉尺度較小的巖石來說并不適用，且該方法是根據(jù)礦物灰度值來分割礦物組分的，但分割時礦物之間可能會有灰度值的重合，造成分割的不準確，雖能和QEMSCAN技術(shù)相結(jié)合進行解決，但其價格相當昂貴。掃描電鏡可對巖石特征在高分辨率尺度上進行表征，尤其是三維FIB-SEM可進行三維成像，但掃描樣品尺寸極小，不具代表性；二維大尺度MAPS成像只能在單個截面進行分析，與實際巖石三維特征也有一定的差距。

有鑒于此，特提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供基于圖像融合的多尺度多組分數(shù)字巖心構(gòu)建方法及系統(tǒng)，能夠有效解決掃描樣品尺寸與掃描分辨率矛盾的問題，拓展數(shù)字巖石物理技術(shù)在非常規(guī)儲層評價的應(yīng)用。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的基于圖像融合的多尺度多組分數(shù)字巖心構(gòu)建方法，包括以下步驟：

S1：制備巖心薄片：對薄片進行成像和礦物成分分析，得到成像中礦物類型、微孔隙發(fā)育程度及礦物密度排序；