CN112669243A - 一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，首先通过CT成像获得二维图像，再通过三维重构将空间拓扑结构信息加入二维图像得到岩石的三维图像。设置变化率阈值后对获得的三维图像进行孔隙度的变化率分析，绘图并得出参考REV体积，再通过腐蚀膨胀等一系列图像处理操作，对图像的孔径不同的孔进行筛选并分析不同孔径区段的孔隙连通性，寻找保证岩心内部连通需要的最大孔径，通过最小最大值进行REV综合分析。其优点在于，在取样时尽可能地避免出现信息丢失，同时也可以避免由于非常规结构导致的REV选取过大问题，实现对物理性质的准确分析并节省计算时间成本。

Description

一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法
技术领域
本发明属于数字岩心领域以及油藏开发领域，尤其涉及一种一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法。
背景技术
自然界中的岩石种类十分繁多，根据结构分布是否有规律可大致分为均质和非均质两大类。早期的数字岩心技术对于岩石的研究主要围绕均质岩石展开，通过分析足以表征整体物理性质的最小体积-REV(Represent element volume)后，在大块岩石基础上进行REV采样，并以分析小样本得到的物理性质作为大块样本的近似估计。但是传统的REV分析方法只是简单地以孔隙度的变化率作为指标，在岩石结构中出现裂缝、大孔洞等非常规结构时，分析会出现极大误差。随着高精度成像技术的发展以及数字岩心技术领域的进步，领域内出现了越来越多的关于非均质岩石的研究，基于REV选取的样本分析，对整体样本物理性质的估计出现了较大的误差。同时，针对岩石的研究已经推进到微纳尺度，出现了许多之前未被发掘的微小非常规结构，如微裂缝等，这些结构会极大地改变部分区域的物理性质，而传统的基于孔隙度的REV分析方法无法反映非常规结构的影响，因此，如何合理地选择REV来平衡非常规结构影响成为了数字岩心领域的技术难关。
发明内容
基于上述问题，本发明提供一种取样时尽可能地避免出现信息丢失，同时也可以避免由于非常规结构导致的REV选取过大问题，实现对物理性质的准确分析并节省计算时间成本的岩石采样方法。其技术方案为，
一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，包括以下步骤，
S1.利用高精度扫描设备获取岩石图像的断层扫描图像，将扫描的切片图像通过三维重构的方式获得岩石三维扫描图像；
S2.以岩石几何中心为中心，提取边长为a的正方体，并计算立方体区域内孔隙度p1；
S3.加大边长，计算孔隙度p2，并与步骤S2中计算的孔隙度p1比较变化率k,
Figure BDA0002825092280000021
当k≤10-6或边长达到阈值c时停止计算，获取满足孔隙度的最小REV，设为V1；
S4.将步骤S1中整个三维二值图像进行半径为r的球型开运算，并对像素点排列进行分析，得出当前岩石结构的连通性，并记录欧拉数作为量化表征；
S5.重复步骤S4，直到球型半径达到设定值；
S6.将每次处理得到的欧拉数绘制曲线图，获得欧拉数曲线过零点，并以此作为REV选择的最大限制，设为V2。
S7.比较V1与V2，选择数值小的REV进行采样。
进一步的，所述步骤S4中开运算包括腐蚀方法和膨胀方法，具体过程为：
S41.先通过腐蚀方法筛除掉孔径小于选取半径倍数乘分辨率的孔隙，即除掉小孔隙；
S42.再通过膨胀方法对腐蚀方法破坏掉的孔径大于开运算半径的孔隙结进行结构还原，保留大孔隙。
进一步的，所述腐蚀方法是以一个开运算半径为半径的球遍历整张图像上所有孔隙点，即以孔隙点为球心画球，如果该孔隙点的球邻域中不全为孔隙点，那么将该孔隙点改为固体点，当遍历所有图像中孔隙点后，便实现了去除所有孔径小于开运算半径的孔隙。
进一步的，所述膨胀方法是以所有固体点为球心画球，若球邻域中存在孔隙点，则认为该固体点是原大孔隙组成部分，将该固体点还原为孔隙点。
进一步的，步骤S3中得到REV下限、步骤S6中得到REV上限，
当V1＞V2时，选取V2作为REV；
当V1＜V2时，选择V1作为REV，即当满足连通性要求的情况下，REV越小越好。
进一步的，所述步骤S1中并通过分水岭分割算法对图像进行二值化分割，孔隙点标记为1，固体点标记为0，将扫描的切片图像通过三维重构的方式还原三维空间拓扑结构信息，获得岩石三维扫描图像。
进一步的，步骤S6,用差值法绘制欧拉数曲线图。
进一步的，所述步骤S4-S5中，欧拉数等于0时的REV设为V3,V3＝V2<V1时，V3或V2为REV最优值。
有益效果
本发明提供一种取样时尽可能地避免出现信息丢失，同时也可以避免由于非常规结构导致的REV选取过大问题，实现对物理性质的准确分析并节省计算时间成本的岩石采样方法。
附图说明
图1为本申请流程图；
图2为获取孔隙度参考REV流程图；
图3为获取连通性参考REV流程图；
图4为利用差值法绘制曲线图；
具体实施方式
以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。
一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，包括以下步骤，
S1.利用高精度扫描设备(如CT，电镜)获取岩石图像的断层扫描图像，并通过分水岭分割算法对图像进行二值化分割，孔隙点标记为1，其他固体点标记为0，将扫描的切片图像通过三维重构的方式还原三维空间拓扑结构信息，获得岩石三维扫描图像。
S2.以岩石几何中心为中心，提取边长为a为10-6的正方体，并计算立方体区域内孔隙度p1；
S3.将边长增加10个像素点，计算孔隙度p2，并与步骤S2中计算的孔隙度p1比较变化率k,
Figure BDA0002825092280000031
当k≤10-6或边长达到阈值c(150个像素点)时停止计算，获取满足孔隙度的最小REV，设为V1；
S4.将步骤S1中整个三维二值图像进行半径为1个像素点的球型开运算，并通过明可夫斯基泛函对图像的像素点排列进行分析，得出当前岩石结构的连通性，并记录欧拉数作为量化表征；
S41.先通过腐蚀方法筛除掉孔径小于选取半径倍数乘分辨率的孔隙，具体为，在图像运算中像素点为基本单位，但实际去除的孔隙孔径应是微米级的即除掉小孔隙；所述腐蚀方法是以一个开运算半径为半径的球遍历整张图像上所有孔隙点，即以孔隙点为球心画球，如果该孔隙点的球邻域中不全为孔隙点，那么将该孔隙点改为固体点，当遍历所有图像中孔隙点后，便实现了去除所有孔径小于开运算半径的孔隙。
S42.再通过膨胀方法对腐蚀方法破坏掉的孔径大于开运算半径的孔隙结进行结构还原，保留大孔隙。所述膨胀方法是以所有固体点为球心画球，若球邻域中存在孔隙点，则认为该固体点是原大孔隙组成部分，将该固体点还原为孔隙点。
S5.重复步骤S4，直到球型半径达到设定值20个像素点，或欧拉数等于0时的REV设为V3；设置为20个像素点的原因，20个像素点以上的腐蚀球开运算会将孔隙介质中绝大多数孔隙全部去除，只保留裂缝或者孔径极大的孔，而研究主要是围绕微孔开展的，因此无需再继续进行开运算分析了。
S6.将每次处理得到的欧拉数利用差值法绘制曲线图，获得欧拉数曲线过零点，并以此作为REV选择的最大限制，设为V2。此时会有以下情况：
1)V2＝V3，以V2或V3作为REV的连通性参照阈值。
2)V2>V3或V2<V3，即当拟合的零点与实际零点不重合时，选择拟合零点V2作为最终参考阈值。
S7.比较V1与V2，选择数值小的REV进行采样。
当V1＞V2时，选取V2作为REV，因为不连通的大孔在数字岩心领域基本没有研究价值。
当V1＜V2时，选择V1作为REV，即当满足连通性要求的情况下，REV越小越好。
当V3＝V2<V1时，V3或V2为REV最优值。
图4是一个4003样本进行开运算分析的结果，是根据表1数据利用差值法拟合得出，由图中显然可见，随着小孔径孔的逐渐消除，孔隙介质整体的连通性逐渐变差，在大约3.2微米左右时，曲线过零，说明去除小于3.2微米的孔隙后，样本整体已经几乎不连通，没有分析的价值了，因此，REV的没必要大于3.2微米，即取样时无需关心这些不连通的大孔能否完整提取。
表1
开运算半径(像素点) 欧拉数
0 -2231
1 -293
2 25
3 212
4 224
5 126
6 71
7 35
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，其特征在于，包括以下步骤，
S1.利用高精度扫描设备获取岩石图像的断层扫描图像，将扫描的切片图像通过三维重构的方式获得岩石三维扫描图像；
S2.以岩石几何中心为中心，提取边长为a的正方体，并计算立方体区域内孔隙度p1；
S3.加大边长，计算孔隙度p2，并与步骤S2中计算的孔隙度p1比较变化率k,
Figure FDA0002825092270000011
当k≤10-6或边长达到阈值c时停止计算，获取满足孔隙度的最小REV，设为V1；
S4.将步骤S1中整个三维二值图像进行半径为r的球型开运算，并对像素点排列进行分析，得出当前岩石结构的连通性，并记录欧拉数作为量化表征；
S5.重复步骤S4，直到球型半径达到设定值；
S6.将每次处理得到的欧拉数绘制曲线图，获得欧拉数曲线过零点，并以此作为REV选择的最大限制，设为V2。
S7.比较V1与V2，选择数值小的REV进行采样。
2.根据权利要求1所述一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，其特征在于，所述步骤S4中开运算包括腐蚀方法和膨胀方法，具体过程为：
S41.先通过腐蚀方法筛除掉孔径小于选取半径倍数乘分辨率的孔隙，即除掉小孔隙；
S42.再通过膨胀方法对腐蚀方法破坏掉的孔径大于开运算半径的孔隙结进行结构还原，保留大孔隙。
3.根据权利要求2所述一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，其特征在于，所述腐蚀方法是以一个开运算半径为半径的球遍历整张图像上所有孔隙点，即以孔隙点为球心画球，如果该孔隙点的球邻域中不全为孔隙点，那么将该孔隙点改为固体点，当遍历所有图像中孔隙点后，便实现了去除所有孔径小于开运算半径的孔隙。
4.根据权利要求2所述一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，其特征在于，所述膨胀方法是以所有固体点为球心画球，若球邻域中存在孔隙点，则认为该固体点是原大孔隙组成部分，将该固体点还原为孔隙点。
5.根据权利要求1所述一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，其特征在于，步骤S3中得到REV下限、步骤S6中得到REV上限，
当V1＞V2时，选取V2作为REV；
当V1＜V2时，选择V1作为REV，即当满足连通性要求的情况下，REV越小越好。
6.根据权利要求1所述一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，其特征在于，所述步骤S1中并通过分水岭分割算法对图像进行二值化分割，孔隙点标记为1，固体点标记为0，将扫描的切片图像通过三维重构的方式还原三维空间拓扑结构信息，获得岩石三维扫描图像。
7.根据权利要求1所述一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，其特征在于，步骤S6,用差值法绘制欧拉数曲线图。
8.根据权利要求7所述一种基于连通性与孔隙度的岩石采样方法，其特征在于，所述步骤S4-S5中，欧拉数等于0时的REV设为V3,V3＝V2<V1时，V3或V2为REV最优值。
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