基于连续切片图像的网络模型建立方法技术

技术编号:3770437 阅读:434 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术公开了一种基于连续切片图像的网络模型建立方法,属于图像处理技术领域,涉及到对地下原油、天然气、地下水等流体所在的多孔介质(岩石)表征的网络模型的建立方法,特征是对微观模型内部一组连续的二维切片图像进行图像处理,进而分割出岩石颗粒和孔隙空间,在对孔隙空间进行三维图像重建的基础上,提取孔隙和喉道大小分布及拓扑信息,最终建立网络模型,实现了图像信息向三维空间中孔隙和喉道大小分布以及拓扑信息的转化。本发明专利技术是基于真实多孔介质的切片图像进行网络模型的建立,针对性强、实用性高,可有效地用于真实岩石孔隙空间及其渗流特性的描述和数字化管理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理
,特别是对地下原油、天然气、地下水等流体所在 的多孔介质(岩石)表征的网络模型的建立方法。技术背景在油田开发过程中,常常需要借助网络模拟手段,从微观角度来研究油水运动规 律。网络模拟优势在于能够方便、灵活的构造出岩石各种类型的孔隙结构特征和润湿 特征,较好地表征多孔介质的微观静态特征,快速高效地模拟不同静态特征岩石的微 观流动参数。同时,随着数字化岩心技术的发展,将逐步实现岩心数据在计算机中的 存储,利用微观模拟模型可以模拟岩心中的孔隙/喉道大小分布、孔隙的网络拓扑结 构、相对渗透率曲线,毛管压力曲线等。微观渗流实验研究近十多年来发展较快。目 前常用的微观研究手段包括层析成像仪(CT)、核磁共振成像仪(NMRI或MRI)和显 微物理模拟。其中,CT的工作原理是利用X射线在被测物上衰减程度不同检测其内 部结构。在渗流研究中,它可以直观地反映流体在孔隙介质中的渗流状态,扫描多个 切片便能重建三维特征。要实现微观实验和模拟的结合,需要解决的关键技术在于在 准确表征三维微观孔喉结构。其核心技术是建立三维多孔介质的数据场以及孔隙和喉 道大小分布以及拓扑信息的提取。在建立三维多孔介质的数据场方面,目前,建立三 维多孔介质数据场的方法主要有①根据CT切片等二维图像的统计信息,得到岩石 颗粒、孔隙尺寸的分布,进而通过随机模拟的方法建立三维数据场;②直接在三维空 间中通过高斯随机模拟的方法建立三维数据场。目前获取孔隙和喉道大小分布以及拓 扑信息的方法主要靠人为地给定,这种方法缺点是和实际岩石中的孔隙空间分布差异 较大。
技术实现思路
本专利技术的目的是要提供一种,对地下原 油、天然气、地下水等流体所在的多孔介质(岩石)进行表征。本专利技术实现其目的所采取的技术方案是在对连续的二维切片图像进行分割图像 处理的基础上,进行三维重建,再通过计算机细化算法得到真实岩石孔隙空间分布的 孔隙和喉道大小分布以及拓扑信息,最终建立网络模型,具体过程如下(1) 通过CT扫描手段获取微观模型内部一组连续的二维切片图像。(2) 确定研究的矩形区域,对图像进行亮度调整、对比度调整、锐化操作,进而在图像重建方向上利用距离加权平均方法进行图像插值。。)利用指示克里金方法提取出图像中的岩石部分和孔隙空间部分。首先以岩心实测孔隙度参数为标准,与图像中灰度值频率分布曲线相结合确定基础阈值。然后再 给定两个阈值7b和r!,它们的取值范围分别为基础阈值的75n/。 85n/。和120n/。 130M。将需要识别的图像按以下规则确定对于灰度值小于&的部分就标记为孔隙空间; 对于灰度值大于7\的部分就标记岩石颗粒;对于灰度值介于To和T,之间的部分, 就根据指示变量计算该处条件概率的线性概率,分割出相应的孔隙空间和岩石颗粒部 分。分割图像完成后,进一步通过计算机三维图像重建得到孔隙空间的三维分布图像。(4) 对上述步骤得到的孔隙空间部分利用细化算法得到节点和路径,并进一步结合形态学、拓扑学原理对节点和路径数据,根据体素的空间分布计算节点的位置,与 每个孔隙相连的路径的数目、节点的燃烧数、路径的长度、节点和路径的数目,最终 得到喉道以及孔隙的几何参数和拓扑结构。(5) 利用计算机图像处理中的细化算法进行细化操作,根据Poiseuille定律、网络 模型中孔隙空间大小不变原理、孔隙之间喉道的唯一性、孔隙和喉道形状因子等价这些原则对提取的孔隙和喉道大小分布以及拓扑结构进行修正,具体步骤包括a.网络模型中每个喉道对应到唯一的一组和它相连的孔隙修正如果两个孔隙之间可能会存在多个喉道相连,那么需要根据Poiseuille定律,考虑形状因子的影响, 对喉道的面积、形状、长度进行等效计算。其中,孔隙和喉道形状因子G定义为它们 的截面面积X和周长P的函数,即b.网络模型中喉道的长度修正:通过细化算法得到的喉道长度包括了一部分孔隙半径的长度,而网络模型中喉道的长度不包含孔隙半径的长度,因而需要根据其连接 关系消除孔隙半径的影响。C.喉道形状的修正由于网络模型喉道形状只能是三角形、圆形和正方形,因而需要根据形状因子进行近似处理。d.孔隙形状和半径的修正:孔隙的形状因子主要根据其连接的喉道形状进行面积 加权平均计算,然后按照类似修正喉道形状的方法进行近似。进一步根据喉道所占空 间大小以及孔隙的形状计算孔隙半径。(6)依照网络模型规则对孔隙和喉道大小分布以及拓扑信息迸行修正后,得到以节点和路径这样的拓扑结构来表示的孔隙空间分布信息。其中,节点表示了孔隙所处 的位置,而路径则表示了连接相邻两个孔隙之间的流动通道,路径上面积最小的截面 即为喉道截面,与每个孔隙相连的路径数目即为孔隙配位数,节点的燃烧数即为孔隙半径,路径长度即为喉道长度,最终建立起网络模型。本专利技术利用真实多孔介质的切片图像,通过计算机图像处理技术提取了孔隙空间 骨架、喉道信息以及孔隙信息,建立了相应的网络模型,实现了图像信息向三维空间 中孔隙/喉道大小分布以及拓扑信息的转化,克服了传统方法的缺陷。 附图说明图1为实验用岩心模型扫描切片图(512x512像素)。图2为实验用岩心模型图像重建区域图(221x221像素)。图3为CT图像预处理以后的效果图。图4(a)为原始CT切片A。图4(b)为原始CT切片B。图4(c)为插值后的图像效果图。图5为用指示克里金方法分割以后的效果图。图6为岩心孔隙部分三维图像。图7(a)为细化算法步骤中三维图像体素标记以后结果示意图。 图7(b)为孔隙空间部分体素燃烧过程示意图。 图8为细化以后得到的节点和路径分布图。 图9为最终得到的网络模型图。 图IO为网络模型提取流程图。具体实施方式以下通过对垦东70_ 1井岩心模型构建三维网络模型的实例并结合附图来详细说明本专利技术的内容及实现原理1. 获取连续的二维切片图像垦东70—1井岩心模型在进行CT切片扫描时,对未饱和流体的空岩心进行扫描。 岩心扫描总长度确定为1.25mm,共扫描切片100张,每两张CT切片之间的间隔为 0.0125mm。扫描切片如附图1所示。2. 确定模型区域、进行预处理和图像插值由于CT实验扫描得到的岩心图片中的岩心区域是圆形,而进行网络模拟的模型 一般是一个规则的长方体或者立方体,所以有必要在一系列连续的CT图像中取出一 组定位相同的矩形区域。实际CT扫描图像(图像大小都为512x512像素)截取出的矩 形区域如附图2所示。经过亮度调整、对比度调整、锐化处理操作后的结果如附图3 所示。垦东70—1井岩心模型的CT 二维切片图像的分辨率为8.04微米/像素,而每两 张切片之间的间隔为12.5微米。己知相邻的两张连续的切片A、 B如附图4(a)、 (b)所示,为保证三维空间各个方向上分辨率相同,对这两张切片图像中对应的像素点灰 度值利用距离加权平均方法进行插值处理,得到的插值图像如4(c)所示。对100张 CT切片图像进行插值,插值以后得到153张图像。3. 利用指示克里金方法进行分割以后,得到孔隙空间三维图像 根据岩心实测孔隙度(孔隙度为34.0%)和二维图像中灰度值频率分布曲线确定基础阈值为93,分别选择T0为75、 Tl为120,得到图像的分割效果如附图5所示。分 割图像中孔隙空间部分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于连续切片图像的网络模型建立方法,其特征在于:对微观模型内部一组连续的二维切片图像进行图像处理,进而分割出岩石颗粒和孔隙空间,在对孔隙空间进行三维图像重建的基础上,提取孔隙和喉道大小分布以及拓扑信息,最终建立网络模型,按如下过程实现:(1)通过CT扫描手段获取微观模型内部一组连续的二维切片图像; (2)确定研究的矩形区域,对图像进行亮度调整、对比度调整、锐化操作,进而在图像重建方向上利用距离加权平均方法进行图像插值; (3)利用指示克里金方法提取出图像中的岩石部分和孔隙空间部分。首先以岩心实测孔隙度参数为标准,与图像中灰度值频率分布曲线相结合确定基础阈值。然后再给定两个阈值T↓[0]和T↓[1],它们的取值范围分别为基础阈值的75%~85%和120%~130%。将需要识别的图像按以下规则确定:对于灰度值小于T↓[0]的部分就标记为孔隙空间;对于灰度值大于T↓[1]的部分就标记岩石颗粒;对于灰度值介于T↓[0]和T↓[1]之间的部分,就根据指示变量计算该处条件概率的线性概率,分割出相应的孔隙空间和岩石颗粒部分,分割图像完成后,进一步通过计算机三维图像重建得到孔隙空间的三维分布图像; (4)对上述步骤得到的孔隙空间部分利用细化算法得到节点和路径,并进一步结合形态学、拓扑学原理对节点和路径数据,根据体素的空间分布计算节点的位置,与每个孔隙相连的路径的数目、节点的燃烧数、路径的长度、节点和路径的数目,得到喉道以及孔隙的几何参数和拓扑结构; (5)利用计算机图像处理中的细化算法进行细化操作,根据Poiseuille定律、网络模型中孔隙空间大小不变原理、孔隙之间喉道的唯一性、孔隙和喉道形状因子等价这些原则对提取的孔隙和喉道大小分布以及拓扑结构进行修正,具体步骤包括: a.网络模型中每个喉道对应到唯一的一组和它相连的孔隙修正:如果两个孔隙之间可能会存在多个喉道相连,那么需要根据Poiseuille定律,考虑形状因子的影响,对喉道的面积、形状、长度进行等效计算,其中,孔隙和喉道形状因子G定义为它们的截面面积A和周长P的函数,即 G=A/P↑[2] b.网络模型中喉道的长度修正:通过细化算法得到的喉道长度包括了一部分孔隙半径的长度,而网络模型中喉道的长度不包含孔隙半径的长度,因而需要根据其连接关系消除孔隙半径的影响; c.喉道形状的修正:由于网络模型喉道形状只能是三角形、圆形和正方形,因而需要根据形状因子进行近似处理; d...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:侯健张顺康李振泉曹绪龙宋新旺施晓乐盛强
申请(专利权)人:中国石油大学华东
类型:发明
国别省市:37[中国|山东]

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