CN108682020A - 岩心微米ct孔隙结构重构方法 - Google Patents

岩心微米ct孔隙结构重构方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于非常规储层微观技术领域,具体为岩心微米CT孔隙结构重构方法,利用FIB‑SEM实验,标定微米CT结果中灰度所对应的实际孔隙度,从而建立微米CT图像灰度和孔隙度之间的关系,然后依据该关系,给微米CT图像的每个像素赋予一定的孔隙度,建立孔隙结构的软分割方法。本发明提供的岩心微米CT孔隙结构重构方法,提出综合FIB‑SEM和CT数据的数字岩心孔隙结构重构的软分割方法,建立分数式数字岩心孔隙结构模型,进一步提高数字岩心孔隙结构模型与实际岩心的匹配度。

Description

岩心微米CT孔隙结构重构方法
技术领域
本发明属于非常规储层微观技术领域,具体为岩心微米CT孔隙结构重构方法。
背景技术
随着常规油气资源的逐渐枯竭,页岩气、页岩油、致密油气等非常规油气已经成为当今 油气领域的研究热点之一。但是实际非常规油气开发表明,非常规油气表现出独特的产能递 减规律:初期产量高,衰减快;后期衰减慢,产量低。为了分析页岩气油气的流动规律,需 要开展数字岩心研究,以表征非常规储层微观三维孔-缝结构。
由于非常规储层中,20纳米到10微米左右的孔-缝均有发育,但常规微米CT的分辨率大于 100纳米,因此常规CT中的一个三维像素块,会出现3种情况:①全部都是固体(图4a中a4区)、 ②全部都是空隙(图4a中a3区)、③部分固体部分空隙(图4a中a1和a2区)。常规微米CT数 据(图4b)也有3种情况:(1)黑色区域(图4b中b3像素,对应于图4a中a3区域);(2)白色区域(图4b中b4像素,对应于图4a中a4区域);(3)灰色区域(图4b中b1和b2像素,对应 于图4a中a1和a2区域)。
图4a为岩心孔隙-固体分布;图4b为与a相对应的CT扫描图像。图4b中每个格为一个像素, 像素边长对应CT的分辨率(约0.7微米-20微米)。对图4b中的CT结果采用统一阈值进行硬分 割,是以整个像素为单位,b1像素和b2像素要么整体被判定为孔隙(孔隙度为Fp=1),要么 整体被判定为固体(孔隙度Fp=0),而实际上b1像素和b2像素所对应的岩心a1和a2区域是孔 隙和固体混合的,单个像素块的实际孔隙度Fp是从0到1变化的分数。
目前基于CT的数字岩心孔隙结构重构,普遍采用硬分割方法:对于CT中的任一三维像素, 确定单一分割阈值Th,三维CT数据体中灰度值大于Th的为孔-缝,赋值为0;而三维CT数据体 中灰度值小于Th的为固体部分,赋值为1。
采用硬分割方法进行数字岩心孔隙结构重构,对于部分孔隙部分固体的像素存在误差: 按照目前的这种孔隙分割方法,
图4b中b1和b2像素只能全部划分为孔隙,或者全部划分为固体,这与实际情况不符。
发明内容
针对硬分割方法进行数字岩心孔隙结构重构的问题,即由于微米CT分辨率有限,无法区 分分辨率以下的孔隙结构,采用统一的一个阈值对每个CT像素进行硬分割,CT像素要么全部 划定为孔隙,其像素孔隙度Fp=1;要么全部划分为固体,其像素孔隙度Fp=0。而实际岩心中 对应于CT像素块大小的区域,孔隙是以一定比例分数存在的,并非不是0,就是1,而是一个 分数式的孔隙度。
为了解决以上问题,本发明提出软分割方法,不再将微米CT像素只划分为孔隙和固体两 个类别,而是根据CT图像的灰度,结合高分辨率FIB-SEM实验,通过建立CT灰度和FIB-SEM 实验中实际岩心孔隙度之间的关系,给CT像素赋予分数式的像素孔隙度Fp。
具体技术方案为:
利用FIB-SEM实验,标定微米CT结果中灰度所对应的实际孔隙度,从而建立微米CT图像 灰度和孔隙度之间的关系,然后依据该关系,给微米CT图像的每个像素赋予一定的孔隙度, 建立孔隙结构的软分割方法。
岩心微米CT孔隙结构重构方法,包括以下步骤:
(1)微米CT岩心样品制备
将采集到的原始岩石样品进行表面机械剖光,然后在需要开展微米CT分析的区域,钻取 微米CT样品CT_SAMPLE。该CT样品半径CTR毫米,轴长CTZ毫米;微米CT岩心样品中机械 剖光面的一端标记为样品A端,另外一端为B端;
(2)微米CT岩心样品表面离子剖光
对微米CT岩心样品A端,进行氩离子表面剖光,剖光区域为整个A端端面;然后对离子 剖光后的A端端面进行SEM扫描,拍摄A端端面的表面结构图片;
(3)打定位孔和CT扫描
根据A端SEM扫描图片结果,在A端表面确定一个边长为SEMQ微米的正方形区域SQU; 在该正方形区域SQU内,选取3个定位点PA、PB、PC,要求这3个点构成一个直角坐标关系, 针对打了定位孔的CT样品CT_SAMPLE进行微米CT扫描,扫描图像精度为CTN微米,扫描结 果为3维像素矩阵CT_DATA;
所述的步骤3,包括以下步骤:
(31)根据A端SEM扫描图片结果,在A端表面确定一个边长为SEMQ微米的正方形区域 SQU;
(32)然后在该正方形区域SQU内,选取3个定位点PA、PB、PC,要求这3个点构成一个直角坐标关系;
(33)利用聚焦离子束在3个定位点的位置打3种不同形状的定位孔:
PA标定点打圆柱形孔,孔的直径为3*CTN微米,轴长3*CTN微米;PB标定点打正方体孔, 正方体的边长为3*CTN微米;PC标定孔打三棱柱孔,表面为正三角形,边长为3*CTN微米, 纵向深3*CTN微米;
(34)针对打了定位孔的CT样品CT_SAMPLE进行微米CT扫描,扫描图像精度为CTN微米,扫描结果为3维像素矩阵CT_DATA。
(4)FIB-SEM扫描
针对打了定位孔的CT样品CT_SAMPLE进行FIB-SEM扫描,扫描区域为SQU区域,纵向切入深度为SEMQ微米,横向FIB烧蚀间隔为FIBN纳米;FIB-SEM扫描的精度为FIBN纳米;FIB-SEM扫描后,得到一个边长为SEMQ微米的立方体的岩心三维像素矩阵FIB-SEM_DATA;
(5)微米CT和FIB-SEM数据匹配
步骤(3)中CT扫描结果中可以观察到3个定位孔,CT数据中的3个定位孔为PACT、PBCT、 PCCT,同时步骤(4)FIB-SEM扫描结果中同样可以观察到3个定位孔,FIB-SEM数据中3个定 位孔为PAFIB、PBFIB、PCFIB;PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB是一一对应的,根据 PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB,将CT扫描数据CT_DATA和FIB-SEM扫描数据 FIB-SEM_DATA进行位置匹配;
所述的步骤(5),包括以下步骤:
(51)确定CT数据中3个定位孔的中心,然后以PACT孔的中心为坐标系原点,以PACT-PBCT为x轴,以PACT-PCCT为y轴,以垂直于剖光面方向为z轴,建立CT数据坐标系CT_SYSTEM;
(52)确定FIB-SEM数据中3个定位孔的中心,然后以PAFIB孔的中心为坐标系原点,以 PAFIB-PBFIB为x轴,以PAFIB-PCFIB为y轴,以垂直于剖光面方向为z轴,建立FIB-SEM数据坐标 系FIB_SYSTEM;
(53)PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB是一一对应的,CT数据坐标系CT_SYSTEM 与FIB-SEM数据坐标系FIB_SYSTEM中坐标只相差一个缩放系数SF=CTN/FIBN*106
(54)在FIB-SEM扫描区域与CT扫描重合区域,CT数据中任一像素PCT在CT数据坐标系 CT_SYSTEM中的坐标为PCT_X、PCT_Y和PCT_Z;由于FIB-SEM比CT数据的分辨率高,因此 CT数据中任一像素PCT对应的FIB-SEM数据中的一个像素块PFIB,PFIB的x轴范围为PCT_X*SF 至(PCT_X+1)*SF,y轴范围为PCT_Y*SF至(PCT_Y+1)*SF,z轴范围为PCT_Z*SF至(PCT_Z+1) *SF。
(6)FIB-SEM孔隙度分析
通过步骤(5),在FIB-SEM高分辨率数据中建立与CT数据一一对应的像素块PFIB;对于PFIB中的FIB-SEM数据,由于其分辨率较高,采用硬分割方式,确定PFIB中的FIB-SEM的孔隙部分 孔隙度FPFIB
所述的步骤(6),包括以下步骤:
(61)确定一个初始分割阈值Th*,FIB,PFIB中的FIB-SEM图像中小于Th*,FIB的为孔隙,大 于Th*,FIB为固体骨架,然后不断调整分割阈值,直到分割完毕的孔隙边缘与PFIB中的原始 FIB-SEM图像的孔隙边缘相吻合位置,并以此时的分割阈值为最优阈值ThFIB
(62)确定了最优分割阈值之后,对PFIB中FIB-SEM图像进行分割,统计划分孔隙的像素 和为PorFIB,统计PFIB的总像素数目为PixFIB,则PFIB的孔隙度为FPFIB=PorFIB/PixFIB
(7)微米CT数据灰度和FIB-SEM孔隙度关系分析
通过步骤(5),建立CT数据PCT与FIB-SEM高分辨率数据PFIB之间的一一对应关系,通过 步骤(6)可以得到PFIB的孔隙度FPFIB,从而可以利用最小二乘法建立PCT的灰度GCT与孔隙度 FPFIB之间的多项式拟合关系FPFIB=f(GCT);
(8)微米CT软分割建立孔隙结构模型
应用步骤(7)拟合出的CT图像像素灰度与孔隙率之间的关系FPFIB=f(GCT),带入CT图 像灰度数值,计算CT扫描数据中其他数据的孔隙率,得出全部CT扫描数据中任一像素的孔隙 率FP;建立一个与CT扫描数据CT_DATA相同大小并且一一对应的像素矩阵FP_DATA,FP_DATA的数值即为相应CT_DATA中相应像素的孔隙率FP;FP_DATA即为最后输出的软分 割孔隙结构重构模型。
本发明提供的岩心微米CT孔隙结构重构方法,提出综合FIB-SEM和CT数据的数字岩心孔 隙结构重构的软分割方法,建立分数式数字岩心孔隙结构模型,进一步提高数字岩心孔隙结 构模型与实际岩心的匹配度。
附图说明
图1为实施例中CT扫描样品A端面定位点和定位孔示意图;
图2为实施例中CT数据坐标系CT_SYSTEM;
图3为实施例中FIB-SEM数据坐标系FIB_SYSTEM;
图4a为现有技术中岩心孔隙-固体分布;
图4b为与图4a相对应的CT扫描图像。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体技术方案。
(1)微米CT岩心样品制备
所选微米CT仪器的分辨率为CTN微米(一般为1微米),CT仪器所需样品为圆柱形柱塞, 柱塞样品半径要求为CTR毫米,轴长要求为CTZ毫米。将采集到的原始岩石样品进行表面机 械剖光,然后在需要开展微米CT分析的区域,钻取微米CT样品CT_SAMPLE。该CT样品半径 CTR毫米,轴长CTZ毫米。微米CT岩心样品中机械剖光面的一端标记为样品A端,另外一端为B端。
(2)微米CT岩心样品表面离子剖光
对微米CT岩心样品A端,进行氩离子表面剖光,剖光区域为整个A端端面。然后对离子 剖光后的A端端面进行SEM扫描,拍摄A端端面的表面结构图片。
(3)打定位孔和CT扫描
(31)根据A端SEM扫描图片结果,在A端表面确定一个边长为SEMQ微米的正方形区域 SQU,如图1中FIB-SEM扫描区域;
(32)然后在该正方形区域SQU内,选取3个定位点PA、PB、PC,要求这3个点构成一个直角坐标关系,见图1:
(33)利用聚焦离子束(FIB)在3个定位点的位置打3种不同形状的定位孔见图1:
PA标定点打圆柱形孔,每个孔的直径为3*CTN微米,轴长3*CTN微米;PB标定点打正方 体孔,正方体的边长为3*CTN微米;PC标定孔打三棱柱孔,表面为正三角形,边长为3*CTN微米,纵向深3*CTN微米。由于PA、PB、PC孔的尺寸均大于CT分辨率CTN微米,从而保证 在微米CT中能够显示出这3个标定孔。
(34)针对打了定位孔的CT样品CT_SAMPLE进行微米CT扫描,扫描图像精度为CTN微米,扫描结果为3维像素矩阵CT_DATA。
(4)FIB-SEM扫描
针对打了定位孔的CT样品CT_SAMPLE进行FIB-SEM扫描,扫描区域为SQU区域,纵向切入深度为SEMQ微米,横向FIB烧蚀间隔为FIBN纳米(FIBN一般为10纳米)。FIB-SEM扫 描的精度为FIBN纳米。FIB-SEM扫描后,得到一个边长为SEMQ微米的立方体的岩心三维像 素矩阵FIB-SEM_DATA。
(5)微米CT和FIB-SEM数据匹配
由于步骤(3)中CT扫描结果中可以观察到3个定位孔,CT数据中的3个定位孔为PACT、 PBCT、PCCT,同时FIB-SEM扫描结果中同样可以观察到3个定位孔,FIB-SEM数据中3个定位 孔为PAFIB、PBFIB、PCFIB。由于PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB都是实际岩心中3 个定位孔PA、PB、PC的扫描结果,因此PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB是一一对 应的,可以根据PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB,将CT扫描数据CT_DATA和FIB-SEM 扫描数据FIB-SEM_DATA进行位置匹配,具体匹配步骤如下:
(51)确定CT数据中3个定位孔的中心,然后以PACT孔的中心为坐标系原点,以PACT-PBCT为x轴,以PACT-PCCT为y轴,以垂直于剖光面方向为z轴,建立CT数据坐标系CT_SYSTEM,见图2。
(52)确定FIB-SEM数据中3个定位孔的中心,然后以PAFIB孔的中心为坐标系原点,以 PAFIB-PBFIB为x轴,以PAFIB-PCFIB为y轴,以垂直于剖光面方向为z轴,建立FIB-SEM数据坐标 系FIB_SYSTEM,见图3。
(53)由于PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB是一一对应的,因此CT数据坐标系 CT_SYSTEM与FIB-SEM数据坐标系FIB_SYSTEM中坐标只相差一个缩放系数 SF=CTN/FIBN*106
(54)在FIB-SEM扫描区域与CT扫描重合区域,如图1中灰色区域,CT数据中任一像素 PCT在CT数据坐标系CT_SYSTEM中的坐标为PCT_X、PCT_Y和PCT_Z。由于FIB-SEM比CT数据 的分辨率高,因此CT数据中任一像素PCT对应的FIB-SEM数据中的一个像素块PFIB,PFIB的x轴 范围为PCT_X*SF至(PCT_X+1)*SF,y轴范围为PCT_Y*SF至(PCT_Y+1)*SF,z轴范围为 PCT_Z*SF至(PCT_Z+1)*SF。
(6)FIB-SEM孔隙度分析
通过步骤(5),可以在FIB-SEM高分辨率数据中建立与CT数据一一对应的像素块PFIB。 对于PFIB中的FIB-SEM数据,由于其分辨率较高,采用硬分割方式,确定PFIB中的FIB-SEM的 孔隙部分。首先确定一个初始分割阈值Th*,FIB,PFIB中的FIB-SEM图像中小于Th*,FIB的为孔隙, 大于Th*,FIB为固体骨架,然后不断调整分割阈值,直到分割完毕的孔隙边缘与PFIB中的原始 FIB-SEM图像的孔隙边缘相吻合位置,并以此时的分割阈值为最优阈值ThFIB。确定了最优分 割阈值之后,对PFIB中FIB-SEM图像进行分割,统计划分孔隙的像素和为PorFIB,统计PFIB的总 像素数目为PixFIB,则PFIB的孔隙度为FPFIB=PorFIB/PixFIB
(7)微米CT数据灰度和FIB-SEM孔隙度关系分析
通过步骤(5),可以建立CT数据PCT与FIB-SEM高分辨率数据PFIB之间的一一对应关系。 通过步骤(6)可以得到PFIB的孔隙度FPFIB,从而可以利用最小二乘法建立PCT的灰度GCT与孔 隙度FPFIB之间的多项式拟合关系FPFIB=f(GCT)。
(8)微米CT软分割建立孔隙结构模型
应用步骤(7)拟合出的CT图像像素灰度与孔隙率之间的关系FPFIB=f(GCT),带入CT图 像灰度数值,计算CT扫描数据中其他数据(即不在FIB-SEM扫描区域与CT扫描重合区域)的 孔隙率,得出全部CT扫描数据中任一像素的孔隙率FP。建立一个与CT扫描数据CT_DATA相 同大小并且一一对应的像素矩阵FP_DATA,FP_DATA的数值即为相应CT_DATA中相应像素的孔隙率FP。FP_DATA即为最后输出的软分割孔隙结构重构模型。
例如基于蔡司微米CT仪得到的岩心微米CT图像分析中,一般以灰度值为50-60作为孔隙的 划分标准。CT图像中灰度小于50-60的为孔隙,大于50-60的固体骨架。而实际上灰度值大于 50-60的部分,并不全都是固体骨架,而是存在一部分孔隙。通过本技术方案,可以给出灰度 大于50-60部分的像素所对应的孔隙率,不再将灰度大于50-60的像素全部划分为固体骨架。 并且本技术方案是综合了FIB-SEM高精度扫描数据建立的定量分析方法。

Claims (4)

1.岩心微米CT孔隙结构重构方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)微米CT岩心样品制备
将采集到的原始岩石样品进行表面机械剖光,然后在需要开展微米CT分析的区域,钻取微米CT样品CT_SAMPLE。该CT样品半径CTR毫米,轴长CTZ毫米;微米CT岩心样品中机械剖光面的一端标记为样品A端,另外一端为B端;
(2)微米CT岩心样品表面离子剖光
对微米CT岩心样品A端,进行氩离子表面剖光,剖光区域为整个A端端面;然后对离子剖光后的A端端面进行SEM扫描,拍摄A端端面的表面结构图片;
(3)打定位孔和CT扫描
根据A端SEM扫描图片结果,在A端表面确定一个边长为SEMQ微米的正方形区域SQU;在该正方形区域SQU内,选取3个定位点PA、PB、PC,要求这3个点构成一个直角坐标关系,针对打了定位孔的CT样品CT_SAMPLE进行微米CT扫描,扫描图像精度为CTN微米,扫描结果为3维像素矩阵CT_DATA;
(4)FIB-SEM扫描
针对打了定位孔的CT样品CT_SAMPLE进行FIB-SEM扫描,扫描区域为SQU区域,纵向切入深度为SEMQ微米,横向FIB烧蚀间隔为FIBN纳米;FIB-SEM扫描的精度为FIBN纳米;FIB-SEM扫描后,得到一个边长为SEMQ微米的立方体的岩心三维像素矩阵FIB-SEM_DATA;
(5)微米CT和FIB-SEM数据匹配
步骤(3)中CT扫描结果中可以观察到3个定位孔,CT数据中的3个定位孔为PACT、PBCT、PCCT,同时步骤(4)FIB-SEM扫描结果中同样可以观察到3个定位孔,FIB-SEM数据中3个定位孔为PAFIB、PBFIB、PCFIB;PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB是一一对应的,根据PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB,将CT扫描数据CT_DATA和FIB-SEM扫描数据FIB-SEM_DATA进行位置匹配;
(6)FIB-SEM孔隙度分析
通过步骤(5),在FIB-SEM高分辨率数据中建立与CT数据一一对应的像素块PFIB;对于PFIB中的FIB-SEM数据,由于其分辨率较高,采用硬分割方式,确定PFIB中的FIB-SEM的孔隙部分孔隙度FPFIB
(7)微米CT数据灰度和FIB-SEM孔隙度关系分析
通过步骤(5),建立CT数据PCT与FIB-SEM高分辨率数据PFIB之间的一一对应关系,通过步骤(6)可以得到PFIB的孔隙度FPFIB,从而可以利用最小二乘法建立PCT的灰度GCT与孔隙度FPFIB之间的多项式拟合关系FPFIB=f(GCT);
(8)微米CT软分割建立孔隙结构模型
应用步骤(7)拟合出的CT图像像素灰度与孔隙率之间的关系FPFIB=f(GCT),带入CT图像灰度数值,计算CT扫描数据中其他数据的孔隙率,得出全部CT扫描数据中任一像素的孔隙率FP;建立一个与CT扫描数据CT_DATA相同大小并且一一对应的像素矩阵FP_DATA,FP_DATA的数值即为相应CT_DATA中相应像素的孔隙率FP;FP_DATA即为最后输出的软分割孔隙结构重构模型。
2.根据权利要求1所述的岩心微米CT孔隙结构重构方法,其特征在于,所述的步骤3,包括以下步骤:
(31)根据A端SEM扫描图片结果,在A端表面确定一个边长为SEMQ微米的正方形区域SQU;
(32)然后在该正方形区域SQU内,选取3个定位点PA、PB、PC,要求这3个点构成一个直角坐标关系;
(33)利用聚焦离子束在3个定位点的位置打3种不同形状的定位孔:
PA标定点打圆柱形孔,孔的直径为3*CTN微米,轴长3*CTN微米;PB标定点打正方体孔,正方体的边长为3*CTN微米;PC标定孔打三棱柱孔,表面为正三角形,边长为3*CTN微米,纵向深3*CTN微米;
(34)针对打了定位孔的CT样品CT_SAMPLE进行微米CT扫描,扫描图像精度为CTN微米,扫描结果为3维像素矩阵CT_DATA。
3.根据权利要求1所述的岩心微米CT孔隙结构重构方法,其特征在于,所述的步骤(5),包括以下步骤:
(51)确定CT数据中3个定位孔的中心,然后以PACT孔的中心为坐标系原点,以PACT-PBCT为x轴,以PACT-PCCT为y轴,以垂直于剖光面方向为z轴,建立CT数据坐标系CT_SYSTEM;
(52)确定FIB-SEM数据中3个定位孔的中心,然后以PAFIB孔的中心为坐标系原点,以PAFIB-PBFIB为x轴,以PAFIB-PCFIB为y轴,以垂直于剖光面方向为z轴,建立FIB-SEM数据坐标系FIB_SYSTEM;
(53)PACT、PBCT、PCCT和PAFIB、PBFIB、PCFIB是一一对应的,CT数据坐标系CT_SYSTEM与FIB-SEM数据坐标系FIB_SYSTEM中坐标只相差一个缩放系数SF=CTN/FIBN*106
(54)在FIB-SEM扫描区域与CT扫描重合区域,CT数据中任一像素PCT在CT数据坐标系CT_SYSTEM中的坐标为PCT_X、PCT_Y和PCT_Z;由于FIB-SEM比CT数据的分辨率高,因此CT数据中任一像素PCT对应的FIB-SEM数据中的一个像素块PFIB,PFIB的x轴范围为PCT_X*SF至(PCT_X+1)*SF,y轴范围为PCT_Y*SF至(PCT_Y+1)*SF,z轴范围为PCT_Z*SF至(PCT_Z+1)*SF。
4.根据权利要求1所述的岩心微米CT孔隙结构重构方法,其特征在于,所述的步骤(6),包括以下步骤:
(61)确定一个初始分割阈值Th*,FIB,PFIB中的FIB-SEM图像中小于Th*,FIB的为孔隙,大于Th*,FIB为固体骨架,然后不断调整分割阈值,直到分割完毕的孔隙边缘与PFIB中的原始FIB-SEM图像的孔隙边缘相吻合位置,并以此时的分割阈值为最优阈值ThFIB
(62)确定了最优分割阈值之后,对PFIB中FIB-SEM图像进行分割,统计划分孔隙的像素和为PorFIB,统计PFIB的总像素数目为PixFIB,则PFIB的孔隙度为FPFIB=PorFIB/PixFIB
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109709116A (zh) * 2018-11-23 2019-05-03 中国石油天然气股份有限公司 一种步进旋转样品台、微观颗粒三维表面成像方法及系统
WO2019205579A1 (zh) * 2018-04-28 2019-10-31 中国石油大学(华东) 岩心微米ct孔隙结构重构方法
CN111272624A (zh) * 2019-11-29 2020-06-12 中国商用飞机有限责任公司 一种孔隙率检测方法
CN112085693A (zh) * 2020-06-24 2020-12-15 中国科学院武汉岩土力学研究所 土石混合体内部结构的孔隙比评估及形态重建方法及系统
CN112129676A (zh) * 2019-06-24 2020-12-25 中国航发商用航空发动机有限责任公司 孔隙率试块的制作方法及孔隙率快速检测方法
CN112329187A (zh) * 2019-07-18 2021-02-05 中国石油天然气股份有限公司 断层封闭性分析方法、装置及系统
CN113075731A (zh) * 2021-03-24 2021-07-06 东北石油大学 深层储层连续性井筒数字建模方法及装置
CN113281239A (zh) * 2021-06-18 2021-08-20 中国石油大学(北京) 多尺度煤岩孔隙网络生成方法和装置
CN113984808A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 中国科学院西北生态环境资源研究院 冻结法扩展岩石裂隙的试验方法
CN116952995A (zh) * 2023-07-25 2023-10-27 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种基于孔隙率的修复材料与混凝土界面区厚度无损识别方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110927194B (zh) * 2019-12-11 2020-08-18 中国科学院地质与地球物理研究所 确定泥页岩有机孔含量和孔径分布的方法
CN111024499B (zh) * 2019-12-25 2022-04-22 三峡大学 一种对岩石进行层进式劣化规律研究的方法
CN111199582B (zh) * 2019-12-31 2023-05-16 中国石油大学(华东) 一种连续孔隙组分表征的三维数字井筒构建方法
CN111583153B (zh) * 2020-05-11 2023-07-25 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) 针对多孔复合材料微纳米级结构的三维重构方法
CN113447419B (zh) * 2021-06-28 2022-10-25 哈尔滨工业大学 一种多孔介质连通孔隙结构单元的划分系统
CN114397235B (zh) * 2022-01-17 2023-02-03 中国矿业大学 一种基于孔隙度重构数字岩心的原位温压两相流分析方法
CN114241077B (zh) * 2022-02-23 2022-07-15 南昌睿度医疗科技有限公司 一种ct图像分辨率优化方法及装置
CN116402675B (zh) * 2023-03-23 2023-11-28 中国地质科学院地质力学研究所 一种基于页岩组分标定的图像配准方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090288880A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-26 Wojcik Zbigniew M Method for estimating material properties of porous media using computer tomograpic images thereof
CN102222359A (zh) * 2011-05-24 2011-10-19 中国石油天然气股份有限公司 一种岩心三维孔隙结构重构方法
CN104574420A (zh) * 2015-01-29 2015-04-29 中国石油大学(华东) 一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法
CN106127816A (zh) * 2016-03-08 2016-11-16 中国石油大学(华东) 一种页岩基质储层孔隙空间表征方法
CN106918607A (zh) * 2017-03-06 2017-07-04 西南石油大学 一种孔隙结构获取方法及装置
CN106920236A (zh) * 2017-03-06 2017-07-04 西南石油大学 一种孔隙结构获取方法及装置
CN107067379A (zh) * 2017-03-16 2017-08-18 中国科学院地质与地球物理研究所 基于三维fib‑sem图像的页岩孔隙定量表征方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9134457B2 (en) * 2009-04-08 2015-09-15 Schlumberger Technology Corporation Multiscale digital rock modeling for reservoir simulation
MX340326B (es) * 2012-03-06 2016-07-05 Ion Geophysical Corp Modelo que predice la facturacion del esquisto.
US9140117B2 (en) * 2012-07-13 2015-09-22 Ingrain, Inc. Method for evaluating relative permeability for fractional multi-phase, multi-component fluid flow through porous media
AU2013299551B2 (en) * 2012-08-10 2015-12-17 Ingrain, Inc. Method for improving the accuracy of rock property values derived from digital images
WO2014104909A1 (ru) * 2012-12-25 2014-07-03 Общество С Ограниченной Ответственностью "Интровижн Ресерч Энд Девелопмент" Способ получения характеристической трехмерной модели образца пористого материала для исследования свойств проницаемости
CN103822865B (zh) * 2014-03-20 2016-05-04 中国石油大学(华东) 一种高分辨率三维数字岩心建模方法
US10198852B2 (en) * 2014-09-25 2019-02-05 Halliburton Energy Services, Inc. Digital pore alteration methods and systems
US10198804B2 (en) * 2015-04-15 2019-02-05 Halliburton Energy Services, Inc. Method for determining fabric and upscaled properties of geological sample
WO2016168882A1 (en) * 2015-04-18 2016-10-27 Stewart Penelope Clair Statistical method for micro-scale rock damage quantification and characterisation using x-ray micro-tomography
CN105115874B (zh) * 2015-08-18 2018-02-02 中国石油天然气股份有限公司 多源信息融合的多组分三维数字岩心构建方法
CN108682020B (zh) * 2018-04-28 2019-04-12 中国石油大学(华东) 岩心微米ct孔隙结构重构方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090288880A1 (en) * 2008-05-21 2009-11-26 Wojcik Zbigniew M Method for estimating material properties of porous media using computer tomograpic images thereof
CN102222359A (zh) * 2011-05-24 2011-10-19 中国石油天然气股份有限公司 一种岩心三维孔隙结构重构方法
CN104574420A (zh) * 2015-01-29 2015-04-29 中国石油大学(华东) 一种纳米级泥页岩数字岩心构建方法
CN106127816A (zh) * 2016-03-08 2016-11-16 中国石油大学(华东) 一种页岩基质储层孔隙空间表征方法
CN106918607A (zh) * 2017-03-06 2017-07-04 西南石油大学 一种孔隙结构获取方法及装置
CN106920236A (zh) * 2017-03-06 2017-07-04 西南石油大学 一种孔隙结构获取方法及装置
CN107067379A (zh) * 2017-03-16 2017-08-18 中国科学院地质与地球物理研究所 基于三维fib‑sem图像的页岩孔隙定量表征方法

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DING FANG ET AL.: "Fine description of structure and sedimentary microfacies", 《ARAB J GEOSCI》 *
PENGFEI ZHANG ET AL.: "Multi-component segmentation of X-ray computed tomography (CT) image using multi-Otsu thresholding algorithm and scanning electron microscopy", 《ENERGY EXPLORATION & EXPLOITATION》 *
WENHAO LI ET AL.: "Quantitative characterization on shale-hosted oil reservoir: A case study of argillaceous dolomite reservoir in the Jianghan Basin", 《FUEL》 *
XUEFENG LIU ET AL.: "Pore-scale characterization of tight sandstone in Yanchang Formation Ordos Basin China using micro-CT and SEM imaging from nm- to cm-scale", 《FUEL》 *
沈珊: "致密砂岩储层微观孔喉表征及渗流模拟", 《河南科学》 *
闫国亮等: "基于数字岩心储层渗透率模型研究", 《中国博士学位论文数据库 工程科技I辑》 *
陈晨等: "不同岩相泥页岩数字岩心构建方法研究———以东营凹陷为例", 《现代地质》 *

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019205579A1 (zh) * 2018-04-28 2019-10-31 中国石油大学(华东) 岩心微米ct孔隙结构重构方法
CN109709116A (zh) * 2018-11-23 2019-05-03 中国石油天然气股份有限公司 一种步进旋转样品台、微观颗粒三维表面成像方法及系统
CN109709116B (zh) * 2018-11-23 2021-11-02 中国石油天然气股份有限公司 一种步进旋转样品台、微观颗粒三维表面成像方法及系统
CN112129676A (zh) * 2019-06-24 2020-12-25 中国航发商用航空发动机有限责任公司 孔隙率试块的制作方法及孔隙率快速检测方法
CN112129676B (zh) * 2019-06-24 2023-09-22 中国航发商用航空发动机有限责任公司 孔隙率试块的制作方法及孔隙率快速检测方法
CN112329187A (zh) * 2019-07-18 2021-02-05 中国石油天然气股份有限公司 断层封闭性分析方法、装置及系统
CN112329187B (zh) * 2019-07-18 2022-10-04 中国石油天然气股份有限公司 断层封闭性分析方法、装置及系统
CN111272624A (zh) * 2019-11-29 2020-06-12 中国商用飞机有限责任公司 一种孔隙率检测方法
CN112085693B (zh) * 2020-06-24 2022-09-20 中国科学院武汉岩土力学研究所 土石混合体内部结构的孔隙比评估及形态重建方法及系统
CN112085693A (zh) * 2020-06-24 2020-12-15 中国科学院武汉岩土力学研究所 土石混合体内部结构的孔隙比评估及形态重建方法及系统
CN113075731A (zh) * 2021-03-24 2021-07-06 东北石油大学 深层储层连续性井筒数字建模方法及装置
CN113281239B (zh) * 2021-06-18 2022-06-24 中国石油大学(北京) 多尺度煤岩孔隙网络生成方法和装置
CN113281239A (zh) * 2021-06-18 2021-08-20 中国石油大学(北京) 多尺度煤岩孔隙网络生成方法和装置
CN113984808A (zh) * 2021-10-28 2022-01-28 中国科学院西北生态环境资源研究院 冻结法扩展岩石裂隙的试验方法
CN113984808B (zh) * 2021-10-28 2023-07-21 中国科学院西北生态环境资源研究院 冻结法扩展岩石裂隙的试验方法
CN116952995A (zh) * 2023-07-25 2023-10-27 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种基于孔隙率的修复材料与混凝土界面区厚度无损识别方法
CN116952995B (zh) * 2023-07-25 2024-05-31 水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院 一种基于孔隙率的修复材料与混凝土界面区厚度无损识别方法

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