岩心微米CT孔隙结构重构方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术提供的岩心微米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。

【技术实现步骤摘要】
岩心微米CT孔隙结构重构方法
本专利技术属于非常规储层微观
，具体为岩心微米CT孔隙结构重构方法。
技术介绍
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。
技术实现思路
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，本专利技术提出软分割方法，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PFI本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明明，卢双舫，檀洪坤，马慧芳，初昌宏，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37