页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别和定量分析方法技术

本发明专利技术主要属于石油天然气地质勘探技术领域，具体涉及页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别和定量分析方法。所述自动识别方法利用扫描电镜对页岩样品进行扫描得到同时包含有机质、无机质和孔隙的电镜图像，对电镜图像进行图像分割按照灰度级将电镜图像分为有机质区、无机质区和孔隙区，在所述孔隙区根据孔隙的连通性分析得到孔隙的个数并对各孔隙进行标注，随后对各孔隙进行判断将孔隙识别区分为有机孔隙和无机孔隙。解决现有技术中没有方法实现对孔隙有效分类和定量分析的问题，为后续评价页岩储油储气能力、孔隙内的油和气的赋存状态、运移机理和能力提供基础。

Automatic identification and quantitative analysis method of organic and inorganic pores in shale electron microscope images

The invention mainly belongs to the technical field of petroleum and natural gas geological exploration, and in particular relates to an automatic identification and quantitative analysis method of organic and inorganic pores in shale electron microscope images. Automatic identification method of the shale samples obtained by the scanning also contains organic matter, inorganic matter and pore of electron microscope image by scanning electron microscopy, electron microscopy to image segmentation according to the gray level of electron microscopy image into organic matter, inorganic matter and pore area in the pore area according to pore connectivity analysis a the number of pore and marked on each pore, then the judge will distinguish the pore pore for organic and inorganic pore pore. Solves no method to realize the classification and quantitative analysis of effective pore problems for the subsequent evaluation of shale oil storage capacity, the pores of the oil and gas occurrence and migration mechanism and the ability to provide the basis.

【技术实现步骤摘要】
页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别和定量分析方法
本专利技术主要属于石油天然气地质勘探
，具体涉及页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别和定量分析方法。
技术介绍
页岩中油和气主要赋存在页岩中的孔隙和裂隙中，孔隙度、孔隙类型、孔隙结构、孔径分布及连通性等参数对页岩油气的勘探开发至关重要。这些参数直接关系到页岩的储油和储气能力、油和气的赋存状态、运移机理和能力以及页岩的沉积演化过程，最终影响油气开采的难易程度和勘探开发价值。因此对页岩储层的孔隙研究与刻画有意义重大。只有准确了解了其孔隙特征才能制定出指导生产的勘探开发方案。页岩孔隙按照发育的位置，可以分为有机孔隙和无机孔隙。有机孔隙主要分布在有机质周围和内部，而无机孔隙主要分布在无机矿物颗粒间或矿物内部。有机孔隙和无机孔隙的形成机理、储油和储气能力不同，孔隙内的油和气的赋存状态、运移机理和能力也不相同，因此需要分别进行分析。目前对于页岩储层孔隙的分析已开展了大量研究，其中主要的测试技术手段有压汞法和气体吸附法，但这两种测试方法的结果展示的都是页岩整体的孔隙特征，不能将页岩中有机质孔隙和无机矿物孔隙进行分区。而近几年普遍采用的电镜扫描方法，通过在页岩二维平面进行二次电子或背散射电子扫描成像，已经可以清晰看到孔隙的分布。但要达到区分有机质孔隙和无机矿物孔隙的定量描述，一般只能选择两个较小的区域，在这两个区域内，分别只有有机孔隙或无机孔隙，然后进行分析对比。这样的方法虽然达到了有机孔隙和无机孔隙的区分与分析，但是无法对任意一幅既有无机孔隙又有有机孔隙的扫描图像做有效识别和分析，没有普遍适用性，且选择的特定的小区域直接影响整体结论，结论也不具有整体代表性。
技术实现思路
基于上述问题，本专利技术提供了页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别和定量分析方法，在页岩油气勘探中，采用扫描电镜识别孔隙的类型判断孔隙是无极孔隙或有机孔隙并对孔隙的结构分析表征。解决现有技术中没有方法实现对孔隙有效分类和定量分析的问题，为后续评价页岩储油储气能力、孔隙内的油和气的赋存状态、运移机理和能力提供基础。本专利技术是通过以下技术方案实现的：页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别方法，所述自动识别方法利用扫描电镜对页岩样品进行扫描得到同时包含有机质、无机质和孔隙的电镜图像，对电镜图像进行图像分割按照灰度级将电镜图像分为有机质区、无机质区和孔隙区，在所述孔隙区根据孔隙的连通性分析得到孔隙的个数并对各孔隙进行标注，随后对各孔隙进行判断将孔隙识别区分为有机孔隙和无机孔隙。进一步地，所述对各孔隙进行判断是指通过统计每个孔隙周围像素中有机质像素和无机质像素的数目，判断各孔隙周围是有机质还是无机质占的比重大；若无机质占优，则认为该孔隙为无机孔隙，否则，则为有机孔隙；所述占优是指相应像素数目比重大于50%。进一步地，所述孔隙的连通性分析是指区域中任意两个像素能够连通则所述区域即为一个孔隙。进一步地，所述两个像素能够连通是指，所述孔隙区的任意两个像素p和q，如果q在集合中则像素p和q是连通的；所述的含义是p周围的n个像素；n取4、6或8。进一步地，对所述电镜图像进行图像分割前对所述电镜图像进行滤波处理，所述滤波处理可采用均值滤波、中值滤波、维纳滤波、高斯滤波、非局部均值滤波中的任一种。进一步地，所述图像分割后还包括对异常点的剔除，所述异常点是指仅包含单个像素的孔隙。进一步地，所述方法包括以下步骤，（1）图像获取：采用扫描电镜对页岩样品进行扫描，得到电镜图像；（2）图像预处理：对所述电镜图像进行滤波处理；（3）图像分割：按照像素灰度级将滤波处理后的电镜图像分为有机质区、无机质区和孔隙区，将单像素空隙剔除；（4）孔隙接触点判断：在所述孔隙区根据孔隙的连通性分析得到孔隙的个数并对各孔隙进行标注，统计每个孔隙周围像素中有机质像素和无机质像素的数目；（5）孔隙类型判断：判断各孔隙周围是有机质还是无机质占的比重大；若无机质占优，则认为该孔隙为无机孔隙，否则，则为有机孔隙；所述占优是指相应像素数目比重大于50%。页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动分析方法，所述分析方法基于上述识别方法所得有机孔隙和无机孔隙的图像，分别对有机孔隙和无机孔隙进行数学分析，得到有机孔隙和无机孔隙的分析参数和描述参数。进一步地，所述分析参数和描述参数包括孔隙的长度、宽度、周长、直径、面积、圆度、延伸率、方位角度、几何中心、椭圆拟合、积分密度。本专利技术的有益技术效果：（1）在页岩油气勘探中，采用扫描电镜识别孔隙的类型判断孔隙是无极孔隙或有机孔隙并对孔隙的结构分析表征。解决现有技术中没有方法实现对孔隙有效分类和定量分析的问题，为后续评价页岩储油储气能力、孔隙内的油和气的赋存状态、运移机理和能力提供基础。（2）该方法具有普适性，可用于各种页岩的分析。（3）本专利技术所用方法简单、可用于同时包含有机质、无机质和孔隙的大面积图像中，准确率高达100%。附图说明图1为本专利技术自动识别方法和分析方法基本流程图；图2a为本专利技术实施例页岩的扫描电镜图；图2b为本专利技术实施例页岩的扫描电镜图的放大图；图3a为本专利技术实施例页岩的滤波平滑图；图3b为本专利技术实施例页岩的滤波平滑图的放大图；图4为本专利技术实施例页岩的分割图；图5为本专利技术实施例连通的示意图；图6a为本专利技术实施例页岩的孔隙的直径——数量柱状分布图；图6b为本专利技术实施例页岩的孔隙的直径——面积柱状分布图；图6c为本专利技术实施例页岩的有机孔隙和无机孔隙的直径——数量柱状分布图；图6d为本专利技术实施例页岩的有机孔隙和无机孔隙的直径——面积柱状分布图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。实施例1本实施例针对页岩样品进行孔隙分析，包括如下步骤：1.扫描电镜获取图像页岩的扫描电镜图如图2a所示。通过扫描电镜获取的图像大小为：4364*3520（像素），每个像素代表5nm。即扫描区域大小长为21.82um，宽为17.60um。为了更好地显示图像的细节，图2b为页岩的扫描电镜图的放大图。扫描对仪器本身型号没有要求。扫描电镜获取的图像大小不受限制，x方向和y方向的像素可以是任何数值。同样，每个像素大小也不受限制。扫描信号可以来自二次电子或背散射电子。2.图像预处理主要包括图像滤波处理。我们采用非局部均值滤波，其中图像子块为3*3，对图像进行平滑处理，图3a为本专利技术实施例页岩的滤波平滑图，图3b为本专利技术实施例页岩的滤波平滑图的平滑图，可以看出通过该方法，图像在去除噪声的同时很好地保留图像的细节特征。非局部均值（non-localmeans，简称NL-means）滤波，该方法是近年来研究人员提出的一种新型的去噪方法。该方法充分利用了图像中的冗余信息，在去噪的同时能够最大程度地保留图像的细节特征。其基本思想是：将图像中所有与当前像素点结构相似的像素点的加权本文档来自技高网...

【技术保护点】
页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别方法，其特征在于，所述自动识别方法利用扫描电镜对页岩样品进行扫描得到同时包含有机质、无机质和孔隙的电镜图像；对电镜图像进行图像分割按照灰度级将电镜图像分为有机质区、无机质区和孔隙区；在所述孔隙区根据孔隙的连通性分析得到孔隙的个数并对各孔隙进行标注；对各孔隙进行判断将孔隙识别区分为有机孔隙和无机孔隙。

【技术特征摘要】
1.页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别方法，其特征在于，所述自动识别方法利用扫描电镜对页岩样品进行扫描得到同时包含有机质、无机质和孔隙的电镜图像；对电镜图像进行图像分割按照灰度级将电镜图像分为有机质区、无机质区和孔隙区；在所述孔隙区根据孔隙的连通性分析得到孔隙的个数并对各孔隙进行标注；对各孔隙进行判断将孔隙识别区分为有机孔隙和无机孔隙。2.如权利要求1所述页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别方法，其特征在于，所述对各孔隙进行判断是指通过统计每个孔隙周围像素中有机质像素和无机质像素的数目，判断各孔隙周围是有机质还是无机质占的比重大；若无机质占优，则认为该孔隙为无机孔隙，否则，则为有机孔隙；所述占优是指相应像素数目比重大于50%。3.如权利要求1所述页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别方法，其特征在于，所述孔隙的连通性分析是指区域中任意两个像素能够连通则所述区域即为一个孔隙。4.如权利要求3所述页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别方法，其特征在于，所述两个像素能够连通是指，所述孔隙区的任意两个像素p和q，如果q在集合中则像素p和q是连通的；所述的含义是p周围的n个像素；所述n取4、6或8。5.如权利要求1所述页岩电镜图像中有机和无机孔隙自动识别方法，其特征在于，对所述电镜图像进行图像分割前对所述电镜图像进行滤波处理。...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛素鋆，杨继进，
申请(专利权)人：中国科学院地质与地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11