CN108918829B - 一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法及装置，涉及油气田开发数值模拟技术领域。方法包括：获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据；根据各种研究状态对三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

Description

一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法及装置

技术领域

本发明涉及油气田开发数值模拟技术领域，尤其涉及一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法及装置。

背景技术

目前，随着聚焦离子束-扫描电子显微镜(Focused Ion Beam-Scanning ElectronMicroscope，简称FIB-SEM)技术和电子计算机断层扫描(Computed Tomography，简称CT)技术的发展，在进行各类岩石的研究时，可以得到各类岩石的精确微观结构，例如采用FIB-SEM技术及CT技术能够得到致密岩石的纳米级孔喉结构(一种微观结构)，而得到的微观结构数据体即为数字岩心数据体，数字岩心技术的发展奠定了微观流动模拟领域的基础。

另外，在研究岩石的各类结构改变，如岩石受到压缩产生的变形、水化或酸化导致的变形时，一般采用宏观岩心实验的方式。然而宏观岩心实验只能得到岩石受到压缩、水化、酸化等作用时各阶段下的岩心宏观物性参数，同时由于FIB-SEM技术的破坏性、CT技术无法实现高精度原位扫描且价格昂贵、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope，简称SEM)技术原位扫描只能得到二维图像等局限性，因此目前还无法得到岩石微观变形过程中的各阶段的高分辨率三维真实数字岩心。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法及装置，以实现一种不依赖于各类费用高昂的原位扫描实验且能准确模拟微纳米级数字岩心结构原位微观变形的方法。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，包括：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点；

通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据；

根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；

获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

具体的，所述获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体，包括：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体；

对所述数字岩心数据体进行裁剪，以缩小所述数字岩心数据体，形成裁剪后的数字岩心数据体；

对裁剪后的数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体。

进一步的，在生成三维数据体之后，还包括：

对所述三维数据体提取孔隙网络模型，确定三维数据体的数字岩心渗透率数据；

根据对待处理岩心样本进行的岩心渗透率测试实验，获得参考渗透率数据；

根据数字岩心渗透率数据和参考渗透率数据的对比结果，确定所述三维数据体的准确度。

具体的，所述研究状态包括对岩心进行压缩、对岩心进行水化和对岩心进行酸化。

具体的，所述根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理，包括：

在所述研究状态为对岩心进行压缩时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理，以模拟孔隙变小；

在所述研究状态为对岩心进行水化时，若水化导致岩石骨架膨胀，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理；若水化导致矿物脱落，使孔隙变大，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理；

在所述研究状态为对岩心进行酸化时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理，以模拟孔隙变大。

具体的，所述根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，包括：

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整腐蚀处理参数或膨胀处理参数；

对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行对应研究状态的形态学图像处理，直至所述比较结果表示第二孔隙度数据和第一孔隙度数据在同一数量级，且比较结果小于或等于预先设置的比较阈值，形成数字岩心微观变形结果。

进一步的，该基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，还包括：

通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一渗透率数据；

对各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体提取孔隙网络模型，确定第二渗透率数据；

在各种研究状态下根据所述第一渗透率数据和第二渗透率数据确定所述数字岩心微观变形结果的准确度。

一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，包括：

二值化处理单元，用于获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点；

第一孔隙度数据获得单元，用于通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据；

形态学图像处理单元，用于根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；

第二孔隙度数据获得单元，用于获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；

参数调整单元，用于根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数；返回形态学图像处理单元对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

具体的，所述二值化处理单元，包括：

数字岩心数据体获得模块，用于获得待处理岩心样本的数字岩心数据体；

裁剪模块，用于对所述数字岩心数据体进行裁剪，以缩小所述数字岩心数据体，形成裁剪后的数字岩心数据体；

二值化处理模块，用于对裁剪后的数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体。

进一步的，所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，还包括：

数字岩心渗透率数据确定单元，用于对所述三维数据体提取孔隙网络模型，确定三维数据体的数字岩心渗透率数据；

参考渗透率数据获得单元，用于根据对待处理岩心样本进行的岩心渗透率测试实验，获得参考渗透率数据；

三维数据体准确度确定单元，用于根据数字岩心渗透率数据和参考渗透率数据的对比结果，确定所述三维数据体的准确度。

具体的，所述研究状态包括对岩心进行压缩、对岩心进行水化和对岩心进行酸化。

此外，所述形态学图像处理单元，具体用于：

在所述研究状态为对岩心进行压缩时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理，以模拟孔隙变小；

在所述研究状态为对岩心进行水化时，若水化导致岩石骨架膨胀，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理；若水化导致矿物脱落，使孔隙变大，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理；

在所述研究状态为对岩心进行酸化时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理，以模拟孔隙变大。

此外，所述参数调整单元，具体用于：

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整腐蚀处理参数或膨胀处理参数；

所述形态学图像处理单元，具体用于对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行对应研究状态的形态学图像处理，直至所述比较结果表示第二孔隙度数据和第一孔隙度数据在同一数量级，且比较结果小于或等于预先设置的比较阈值，形成数字岩心微观变形结果。

进一步的，该基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，还包括：

第一渗透率数据获得单元，用于通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一渗透率数据；

第二渗透率数据确定单元，用于对各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体提取孔隙网络模型，确定第二渗透率数据；

数字岩心微观变形结果准确度确定单元，用于在各种研究状态下根据所述第一渗透率数据和第二渗透率数据确定所述数字岩心微观变形结果的准确度。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点；

通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据；

根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；

获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点；

通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据；

根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；

获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

本发明实施例提供的一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法及装置，首先获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据；根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；然后，根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。可见，本发明实施例无需依赖于各类费用高昂的原位扫描实验，且能准确模拟微纳米级数字岩心结构原位微观变形。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法的流程图一；

图2为本发明实施例提供的一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法的流程图二；

图3为本发明实施例中的二值化处理后的三维数据体示意图；

图4为本发明实施例中的腐蚀处理前后的二维图像对比示意图；

图5为本发明实施例中的真实应力敏感实验渗透率减小率与模拟变形渗透率减小率对比图；

图6为本发明实施例提供的一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置的结构示意图一；

图7为本发明实施例提供的一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置的结构示意图二。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在实现本发明实施例的过程中，发明人发现，现有技术中提供了一种基于扫描电镜的原位加载装置，能对金属或非金属材料进行单轴应力加载扫描测试，可得到加载状态下二维结构图像，但是，该技术不能得到材料加载状态下的三维结构数据。另外，现有技术人员还进行了CT扫描装置与加载装置结合实验，以研究各应力状态下岩石微观结构，但此技术的缺陷在于：为实现原位加载扫描，此实验系统中加载装置的存在，CT扫描分辨率降低，对于加载状态下纳米级储层微观结构的表征目前还不能实现，且此类实验价格昂贵。可见，现有技术中的上述方式均没有解决现有技术所面临的问题，即如何在不依赖于各类费用高昂的原位扫描实验的情况下，能准确模拟微纳米级数字岩心结构原位微观变形。

目前，岩石微观结构的变化是研究各种宏观现象及机理的重要手段，岩石受到压缩、水化、酸化等宏观上的作用时会发生微观结构变化，这些宏观作用在油气藏的开发过程中都是实际存在的，且会对储层自身性质、以及发生在储层孔隙中的流体流动产生重要影响，得到变化过程中的各阶段数字岩心数据体是机理分析以及微观流动模拟的重要基础。因此发展一种不依赖于各类费用高昂的原位扫描实验且能准确模拟微纳米级数字岩心结构原位微观变形的方法是非常有意义的。

为了实现上述目的，如图1所示，本发明实施例提供一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，包括：

步骤101、获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体。

其中，所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点。

步骤102、通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据。

步骤103、根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理。

步骤104、获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据。

步骤105、根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

本发明实施例提供的一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，首先获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据；根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；然后，根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。可见，本发明实施例无需依赖于各类费用高昂的原位扫描实验，且能准确模拟微纳米级数字岩心结构原位微观变形。

为了使本领域的技术人员更好的了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，如图2所示，本发明实施例提供一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，包括：

步骤201、获得待处理岩心样本的数字岩心数据体。

此处可以通过FIB-SEM实验或CT扫描实验等数字岩心获取手段得到数字岩心数据体，其是一种三维的真实微观结构数据体。

步骤202、对所述数字岩心数据体进行裁剪，以缩小所述数字岩心数据体，形成裁剪后的数字岩心数据体。

此处，对数字岩心数据体进行裁剪，是考虑到计算机计算处理能力及速度问题。因此需要适当缩小数字岩心数据体。

步骤203、对裁剪后的数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体。

其中，所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点。即二值化处理后，三维数据体中的每个像素点都对应了0和1值，其中0表示该像素点为孔隙，1表示该像素点为岩石骨架。

步骤204、对所述三维数据体提取孔隙网络模型，确定三维数据体的数字岩心渗透率数据。

步骤205、根据对待处理岩心样本进行的岩心渗透率测试实验，获得参考渗透率数据。

步骤206、根据数字岩心渗透率数据和参考渗透率数据的对比结果，确定所述三维数据体的准确度。

一般情况下，若数字岩心渗透率数据和参考渗透率数据在同一数量级，且差值小于等于预先设置的差别阈值，则认为三维数据体的准确度符合要求。

步骤207、通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据和第一渗透率数据。

其中，该研究状态可包括对岩心进行压缩、对岩心进行水化和对岩心进行酸化。对岩心的压缩、水化和酸化等过程会导致岩石结构的变形。

步骤208、根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理，对各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体提取孔隙网络模型，确定第二渗透率数据。

具体的，该步骤208可通过如下方式实现，即：

在所述研究状态为对岩心进行压缩时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理，以模拟孔隙变小。

此处的腐蚀处理是指通过Matlab等软件的腐蚀函数进行消除边界点，使得边界向内部收缩的过程。在通过Matlab软件进行腐蚀处理时，对于加载方式是单轴或是围压方式，需要分别选取line和disk结构元素，模拟单轴加载时，line结构元素角度可根据加载方向确定。

在所述研究状态为对岩心进行水化时，若水化导致岩石骨架膨胀，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理；若水化导致矿物脱落，使孔隙变大，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理。

此处的膨胀处理是指通过Matlab等软件的膨胀函数将与物体接触的所有背景点合并到该物体中，使边界向外部扩张的过程。

在所述研究状态为对岩心进行酸化时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理，以模拟孔隙变大。

对于腐蚀函数和膨胀函数，可通过改变结构元素的大小来控制腐蚀处理和膨胀处理的强度。

在Matlab软件中，腐蚀函数和膨胀函数的具体操作可以是例如：

I2＝imerode(I,SE)；

I2＝imdilate(I,SE)；

SE＝strel(‘disk’,2)；

其中，imerode表示腐蚀函数，imdilate表示膨胀函数；I2表示被腐蚀和被膨胀处理后的数据体；I代表被处理前的数据体；SE表示结构元素；disk表示常用形状(此处还可以使用line结构元素，line结构元素可以选择作用角度)；SE＝strel(‘disk’,2)中的2表示结构元素的大小，在腐蚀和膨胀操作中决定腐蚀和膨胀的强度。

步骤209、获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据。

步骤210、根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整腐蚀处理参数或膨胀处理参数。

在步骤210之后，返回执行步骤208，以对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行对应研究状态的形态学图像处理。直至此处步骤210的比较结果表示第二孔隙度数据和第一孔隙度数据在同一数量级，且比较结果小于或等于预先设置的比较阈值，形成数字岩心微观变形结果。之后，在形成数字岩心微观变形结果后，可在各种研究状态下根据所述第一渗透率数据和第二渗透率数据确定所述数字岩心微观变形结果的准确度。

为了使本领域的技术人员更好的了解上述步骤201至步骤210，下面列举一个采用页岩岩心的具体实例：

(1)利用纳米CT实验获取页岩样品的数字岩心数据体，该数字岩心数据体的原始大小为1040像素*960像素*785张，分辨率为65nm(像素边长)，考虑到计算机计算处理能力及速度问题，对数字岩心数据体进行裁剪，得到裁剪后的数字岩心数据体大小为400像素*400像素*400像素，对其进行二值化处理，得到三维数据体如图3所示，其中黑色位置是孔隙，计算得到孔隙度为0.13，对该三维数据体提取孔隙网络模型并计算得到Z方向渗透率为9.3*10^-3md，而与此页岩样品同一批次的岩心渗透率测试实验得到的参考渗透率为8.7*10^-3md，两者渗透率在同一数量级且差别不大，认为该二值化处理得到的三维数据体的准确度较高。

(2)对与纳米CT实验同批次的页岩样品进行宏观标准尺寸岩心(直径2.5cm，长5cm圆柱体)应力敏感孔渗联测实验，在有效应力3MPa、6MPa、9MPa、12MPa下分别测量孔隙度和渗透率，得各有效应力状态下孔隙度分别为：0.11、0.093、0.071、0.038。对三维数据体进行腐蚀处理，模拟页岩受围压作用孔隙变小，根据孔隙度参数约束变形程度，控制三维数据体的孔隙部分腐蚀来模拟此变形，首先模拟有效压力增大至3MPa，此部分Matlab程序如下：

I＝imresize(I,[1200 1200])；

se＝strel('disk',4)；

I2＝imerode(I,se)；

I2＝imresize(I2,[400 400])；

I为该三维数据体，对其使用imresize函数先放大尺寸两倍，再用半径为1的圆形结构元素做腐蚀，再使尺寸回到原始大小是为了控制腐蚀程度较小，直接使用原尺寸数据体做半径为1的圆形结构元素做腐蚀会使孔的变形程度过大，对比得腐蚀后孔隙度与真实物理实验一致，认为模拟变形成功，腐蚀前后的二维图像如图4所示。重复步骤(2)模拟有效压力增大到6MPa、9MPa、12MPa情况下页岩孔隙的变形，其腐蚀程序分别为：

6MPa：

I＝imresize(I,[1200 1200])；

se＝strel('disk',5)；

I＝imerode(I,se)；

I＝imresize(I,[400 400])；

9MPa：

I＝imresize(I,[1600 1600])；

se＝strel('disk',6)；

I＝imerode(I,se)；

I＝imresize(I,[400 400])；

12MPa：

I＝imresize(I,[2800 2800])；

se＝strel('disk',11)；

I＝imerode(I,se)；

I＝imresize(I,[400 400])；

(3)对进行腐蚀处理后的4个数字岩心提取孔隙网络模型、得到渗透率数据，得到数据如下表1所示，而下表2为宏观实验真实应力敏感实验数据，由于应力敏感系数定义涉及到压力变化项，而模拟变形中与压力无关，因此使用渗透率减小率来对比模拟变形与真实应力敏感实验相似度，图5为真实应力敏感实验渗透率减小率与模拟变形渗透率减小率对比图，从图5中可以看出每个模拟变形的数字岩心渗透率与真实渗透率相近，且在整个变形过程中渗透率变化率大小相近，认为利用形态学腐蚀处理的模拟变形与真实岩心受围压变形相似，本发明所提供的模拟方法可行。

表1：

表2：

本发明实施例提供的一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，首先获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据；根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；然后，根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。可见，本发明实施例无需依赖于各类费用高昂的原位扫描实验，且能准确模拟微纳米级数字岩心结构原位微观变形。

对应于上述图1和图2所示的方法实施例，如图6所示，本发明实施例提供一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，包括：

二值化处理单元31，用于获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点。

第一孔隙度数据获得单元32，用于通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据。

形态学图像处理单元33，用于根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理。

第二孔隙度数据获得单元34，用于获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据。

参数调整单元35，用于根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数；返回形态学图像处理单元33对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

具体的，如图7所示，所述二值化处理单元31，包括：

数字岩心数据体获得模块311，用于获得待处理岩心样本的数字岩心数据体。

裁剪模块312，用于对所述数字岩心数据体进行裁剪，以缩小所述数字岩心数据体，形成裁剪后的数字岩心数据体。

二值化处理模块313，用于对裁剪后的数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体。

进一步的，如图7所示，所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，还包括：

数字岩心渗透率数据确定单元36，用于对所述三维数据体提取孔隙网络模型，确定三维数据体的数字岩心渗透率数据。

参考渗透率数据获得单元37，用于根据对待处理岩心样本进行的岩心渗透率测试实验，获得参考渗透率数据。

三维数据体准确度确定单元38，用于根据数字岩心渗透率数据和参考渗透率数据的对比结果，确定所述三维数据体的准确度。

具体的，所述研究状态包括对岩心进行压缩、对岩心进行水化和对岩心进行酸化。

此外，所述形态学图像处理单元33，具体用于：

在所述研究状态为对岩心进行压缩时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理，以模拟孔隙变小。

在所述研究状态为对岩心进行水化时，若水化导致岩石骨架膨胀，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理；若水化导致矿物脱落，使孔隙变大，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理。

在所述研究状态为对岩心进行酸化时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理，以模拟孔隙变大。

此外，所述参数调整单元35，具体用于：

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整腐蚀处理参数或膨胀处理参数。

所述形态学图像处理单元33，具体用于对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行对应研究状态的形态学图像处理，直至所述比较结果表示第二孔隙度数据和第一孔隙度数据在同一数量级，且比较结果小于或等于预先设置的比较阈值，形成数字岩心微观变形结果。

进一步的，如图7所示，该基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，还包括：

第一渗透率数据获得单元39，用于通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一渗透率数据。

第二渗透率数据确定单元40，用于对各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体提取孔隙网络模型，确定第二渗透率数据。

数字岩心微观变形结果准确度确定单元41，用于在各种研究状态下根据所述第一渗透率数据和第二渗透率数据确定所述数字岩心微观变形结果的准确度。

本发明实施例提供的一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，首先获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据；根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；然后，根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。可见，本发明实施例无需依赖于各类费用高昂的原位扫描实验，且能准确模拟微纳米级数字岩心结构原位微观变形。

另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以下步骤：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点。

通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据。

根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理。

获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据。

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

另外，本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点。

通过宏观物理实验获得待处理岩心样本在各种研究状态下的第一孔隙度数据。

根据所述各种研究状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理。

获得各种研究状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据。

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1.一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，其特征在于，包括：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点；在生成三维数据体之后，还包括：

S1对所述三维数据体提取孔隙网络模型，确定三维数据体的数字岩心渗透率数据；

S2根据对待处理岩心样本进行的岩心渗透率测试实验，获得参考渗透率数据；

S3根据数字岩心渗透率数据和参考渗透率数据的对比结果，确定所述三维数据体的准确度；

通过压缩、水化、酸化实验获得待处理岩心样本在不同状态下的第一孔隙度数据和参考渗透率数据；所述不同状态包括对岩心进行压缩、对岩心进行水化和对岩心进行酸化；

根据所述不同状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；

获得不同状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，对形态学图像处理后数据体进行微观流动模拟，获得其数字岩心渗透率数据，分别对比第一孔隙度和第二孔隙度，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

2.根据权利要求1所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，其特征在于，所述获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体，包括：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体；

对所述数字岩心数据体进行裁剪，以缩小所述数字岩心数据体，形成裁剪后的数字岩心数据体；

对裁剪后的数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体。

3.根据权利要求2所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，其特征在于，根据所述不同状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理，包括：

在所述研究状态为对岩心进行压缩时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理，以模拟孔隙变小；

在所述研究状态为对岩心进行水化时，若水化导致岩石骨架膨胀，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理；若水化导致矿物脱落，使孔隙变大，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理；

在所述研究状态为对岩心进行酸化时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理，以模拟孔隙变大。

4.根据权利要求3所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，其特征在于，所述根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，包括：

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整腐蚀处理参数或膨胀处理参数；

对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行对应研究状态的形态学图像处理，直至所述比较结果表示第二孔隙度数据和第一孔隙度数据在同一数量级，且比较结果小于或等于预先设置的比较阈值，形成数字岩心微观变形结果。

5.根据权利要求4所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形方法，其特征在于，还包括：

通过压缩、水化、酸化实验获得待处理岩心样本在不同状态下的参考渗透率数据；

对不同状态下进行形态学图像处理后的三维数据体提取孔隙网络模型，确定数字岩心渗透率数据；

在不同状态下根据所述参考渗透率数据和数字岩心渗透率数据确定所述数字岩心微观变形结果的准确度。

6.一种基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，其特征在于，包括：

二值化处理单元，用于获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点；在生成三维数据体之后，还包括：

S1对所述三维数据体提取孔隙网络模型，确定三维数据体的数字岩心渗透率数据；

S2根据对待处理岩心样本进行的岩心渗透率测试实验，获得参考渗透率数据；

S3根据数字岩心渗透率数据和参考渗透率数据的对比结果，确定所述三维数据体的准确度；

第一孔隙度数据获得单元，用于通过压缩、水化、酸化实验获得待处理岩心样本在不同状态下的第一孔隙度数据和参考渗透率数据；所述不同状态包括对岩心进行压缩、对岩心进行水化和对岩心进行酸化；

形态学图像处理单元，用于根据所述不同状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；

第二孔隙度数据获得单元，用于获得不同状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；

参数调整单元，用于根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数；返回形态学图像处理单元对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，对形态学图像处理后数据体进行微观流动模拟，获得其数字岩心渗透率数据，分别对比第一孔隙度和第二孔隙度，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

7.根据权利要求6所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，其特征在于，所述二值化处理单元，包括：

数字岩心数据体获得模块，用于获得待处理岩心样本的数字岩心数据体；

裁剪模块，用于对所述数字岩心数据体进行裁剪，以缩小所述数字岩心数据体，形成裁剪后的数字岩心数据体；

二值化处理模块，用于对裁剪后的数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体。

8.根据权利要求7所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，其特征在于，所述形态学图像处理单元，具体用于：

在所述研究状态为对岩心进行压缩时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理，以模拟孔隙变小；

在所述研究状态为对岩心进行水化时，若水化导致岩石骨架膨胀，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行腐蚀处理；若水化导致矿物脱落，使孔隙变大，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理；

在所述研究状态为对岩心进行酸化时，对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行膨胀处理，以模拟孔隙变大。

9.根据权利要求8所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，其特征在于，所述参数调整单元，具体用于：

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整腐蚀处理参数或膨胀处理参数；

所述形态学图像处理单元，具体用于对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行对应研究状态的形态学图像处理，直至所述比较结果表示第二孔隙度数据和第一孔隙度数据在同一数量级，且比较结果小于或等于预先设置的比较阈值，形成数字岩心微观变形结果。

10.根据权利要求9所述的基于形态学的模拟数字岩心微观变形装置，其特征在于，还包括：

第一渗透率数据获得单元，用于通过压缩、水化、酸化实验获得待处理岩心样本在不同状态下的参考渗透率数据；

第二渗透率数据确定单元，用于对不同状态下进行形态学图像处理后的三维数据体提取孔隙网络模型，确定数字岩心渗透率数据；

数字岩心微观变形结果准确度确定单元，用于在不同状态下根据所述参考渗透率数据和数字岩心渗透率数据确定所述数字岩心微观变形结果的准确度。

11.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现以下步骤：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点；在生成三维数据体之后，还包括：

S1对所述三维数据体提取孔隙网络模型，确定三维数据体的数字岩心渗透率数据；

S2根据对待处理岩心样本进行的岩心渗透率测试实验，获得参考渗透率数据；

S3根据数字岩心渗透率数据和参考渗透率数据的对比结果，确定所述三维数据体的准确度；

通过压缩、水化、酸化实验获得待处理岩心样本在不同状态下的第一孔隙度数据和参考渗透率数据；所述不同状态包括对岩心进行压缩、对岩心进行水化和对岩心进行酸化；

根据所述不同状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；

获得不同状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，对形态学图像处理后数据体进行微观流动模拟，获得其数字岩心渗透率数据，分别对比第一孔隙度和第二孔隙度，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

12.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器 上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

获得待处理岩心样本的数字岩心数据体，并对所述数字岩心数据体进行二值化处理，生成三维数据体；所述三维数据体包括用于表示孔隙和岩石骨架的多个像素点；在生成三维数据体之后，还包括：

S1对所述三维数据体提取孔隙网络模型，确定三维数据体的数字岩心渗透率数据；

S2根据对待处理岩心样本进行的岩心渗透率测试实验，获得参考渗透率数据；

S3根据数字岩心渗透率数据和参考渗透率数据的对比结果，确定所述三维数据体的准确度；

通过压缩、水化、酸化实验获得待处理岩心样本在不同状态下的第一孔隙度数据和参考渗透率数据；所述不同状态包括对岩心进行压缩、对岩心进行水化和对岩心进行酸化；

根据所述不同状态对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点进行形态学图像处理；

获得不同状态下进行形态学图像处理后的三维数据体的第二孔隙度数据；

根据第二孔隙度数据与第一孔隙度数据的比较结果，调整形态学图像处理参数，并对所述三维数据体中用于表示孔隙的像素点重新进行形态学图像处理，对形态学图像处理后数据体进行微观流动模拟，获得其数字岩心渗透率数据，分别对比第一孔隙度和第二孔隙度，直至所述比较结果满足预先设置的相似条件，形成数字岩心微观变形结果。

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