一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种具有尺寸自适应的页岩裂缝提取方法，包括如下步骤：样品扫描电镜成像及滤波前处理；确定阈值进行阈值分割，将页岩样品电镜图像的要素分为四个组分，并通过设计形态学运算进行“白边(由孔隙周缘亮度增强引起的灰度异常增加)”消除；提取裂缝形态学特征以区分裂缝和孔；提取裂缝组分含量和尺寸信息，获取页岩孔隙结构各表征参数，该方法能够准确地分辨出有机裂缝、无机裂缝，并提取出等效三维参数，有利于对页岩样品储层孔隙结构和储运能力进行精准评估，同时，该方法普适性较高，能够对不同种类及不同电镜扫描成像品质的页岩样品进行研究，此外，该方法测量周期短、处理过程简单、成本较低，计算效率和精度高。

An automatic extraction method of shale fracture with size adaptive

【技术实现步骤摘要】
一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法
本专利技术实施例涉及石油天然气地质勘探
，具体涉及一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法。
技术介绍
页岩气作为一种清洁的非常规能源拥有巨大的储量。页岩孔隙结构特征的提取是进行储量精确评估、孔隙网络运移能力计算的基础，也是页岩气勘探开发研究的重点。页岩内成分含量复杂，孔隙结构发育，主要成分为有机质、无机质和黄铁矿。在有机质内发育有有机孔、有机裂缝；在无机质内发育有无机孔、无机裂缝。页岩裂缝组分构成了页岩人工压裂缝发育的基本框架，也是页岩气运移的主要通道，对页岩裂缝网络的分析是页岩气勘探开发研究的重点。在复杂的孔缝网络结构中，裂缝与孔伴生，依靠传统方法，无法将其进行有效区分。裂缝系统内存在着有机组分和无机组分，其上吸附与运移能力具有极大的差异性，将有机缝、无机缝组分进行区分出来，是进行页岩储气评估和可采量精确评估的一大难点。获取多孔介质孔隙结构的方法主要有流体注入法和直接观察法。流体注入法是通过低温氮吸附、低温二氧化碳吸附、压汞等手段，依据Kelvin方程建立起来的孔隙结构表征方法，目前已经得到广泛应用。直接观察法是基于以扫描电镜为代表的显微技术而发展起来的观测方法，能够直接得到页岩断面的视觉直观信息。基于合理的图像处理技术，能够有效将图像所蕴含的信息进行定量化提取。但是，现有的页岩裂缝自动提取方法存在以下缺陷：(1)页岩裂缝组分十分复杂，且与孔伴生，现有的页岩裂缝自动提取方法不能对裂缝组分进行区分，且有效信息数据提取不充分，无法对页岩样品的储层孔隙结构和储运能力进行精准的评估；(2)现有的页岩裂缝自动提取方法适用性较低，无法对不同种类以及不同电镜扫描成像品质的页岩样品进行分析研究，不利于研究的进行；(3)现有的页岩裂缝自动提取方法操作复杂，计算效率和精度不高，且测量周期较长，会浪费大量人力物力。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法，该方法通过采用数字图像处理的方式对页岩扫描电镜图像进行孔隙结构参数提取，能够准确地分辨出有机裂缝、无机裂缝，并提取出等效三维参数，有利于对页岩样品的储层孔隙结构和储运能力进行精准的评估，同时，该方法普适性较高，能够对不同种类以及不同电镜扫描成像品质的页岩样品进行研究，有利于研究的进行，此外，该方法测量周期短、处理过程简单、成本较低，计算效率和精度更高，能够极大地节省人力物力，能有效解决现有技术中存在的问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法，包括如下步骤：S100、样品处理、扫描成像，并对电镜图像进行预处理；S200、阈值分割，将页岩样品电镜图像的要素分为四组分，并进行“白边”消除；S300、孔缝连结，提取孔缝长度和宽度，并以此区分裂缝和孔；S400、提取裂缝组分含量和尺寸信息，并进行数据处理，获取页岩孔隙结构各表征参数。进一步地，在步骤S100中，具体包括：S101、选取样品，进行样品切割、表面打磨和抛光处理，得到符合扫描电镜观测所需尺寸的样品薄片；S102、通过扫描电镜观察，获取具有代表性体积尺度的页岩样品系列扫描电镜图像；S103、图像预处理，裁剪除去图像黑边，并对电镜图像进行滤波处理。进一步地，在步骤S103中，具体包括：提取图像灰度值非0的长方形区域四顶角位置，将长方形内的区域保留，长方形外的区域裁除；对裁除后的图像先利用均值滤波消除形貌扫描的非光滑性，再用中值滤波消除图像椒盐噪声，具体为：对裁除后的图像进行均值滤波：生成一个3×3(或5×5)的模板，对目标点周围8(或24)个像素(去掉目标点本身)求取平均值，由该平均值代替目标点的像素值，之后对图像所有像素点依次求均，则得到滤波后的图像；对裁除后的图像进行中值滤波：生成一个3×3(或5×5)的模板，对目标点周围8(或24)个像素(去掉目标点本身)求取中值，由该中值代替目标点的像素值，之后对图像所有像素点依次求中值，则得到滤波后的图像。进一步地，在步骤S200中，具体包括：S201、选取所裁切图像中的代表性图像，即含有较多孔、有机质、无机质和黄铁矿的图像；S202、利用二值化方法分别调节区分四种成分的三个阈值，即孔阈值、有机质与无机质的分割阈值、无机质与黄铁矿的分割阈值；S203、在获取三阈值后，对样品扫描电镜图像进行阈值分割，将每一张图像的要素分为孔、有机质(含孔)、无机质(含孔)和黄铁矿四组分。进一步地，在步骤S200中，进行“白边”消除的具体步骤为：将样品图像中各个连通的黄铁矿区域进行次序标记，统计各块面积并提取各个黄铁矿区块的边界坐标，重心坐标，长轴长，短轴长，等效半径；计算各个黄铁矿区块的长轴与短轴长之比；统计重心点附近3×3区域大小内，总计9个像素点的平均灰度值；若黄铁矿区块的长轴和短轴之比大于10，或者重心附近9个像素点平均灰度值小于黄铁矿阈值，则确定该黄铁矿区块实质为孔缝周缘的“白边”干扰；依据边界坐标找出包含该区块的最小长方形，给出长方形四个顶点坐标；从提取得到的最小长方形往外扩展等效半径尺寸，得到新的长方形作为该孔的邻域；当某向外扩充的邻域边遇到超出边界时，按照3像素的步长向内收缩，直到第一次满足不超过边界范围收缩停止，且各边收缩过程互相独立；对各个连通块的邻域进行统计，分别计算各邻域内有机质、无机质的含量，特别是与黄铁矿区相接触的区域的有机质、无机质含量；根据邻域内有机质组分与无机质组分的相对含量判断该“白边”的真实组成，若有机质含量高，认为该“白边”是有机质，将“白边”区域填充为有机质的灰度值；若无机质含量高，则认为该“白边”的真实成分是无机质，将“白边”区域填充为无机质的灰度值。进一步地，在步骤S300中，孔缝连结的方式为进行定向膨胀运算，将被小块杂质或噪音阻断的裂缝打通，剔除裂缝方向上的杂质，具体包括：用regionprops方法，遍历提取单个孔缝的方向、长度和宽度，沿孔缝方向按照长方形进行尺寸扩展，沿孔缝方向两端的外延长度为该裂缝长度的1/4，其宽度为该裂缝宽度，得到该孔缝的定向膨胀区域；在定向膨胀区域寻找孔缝，若寻找到的孔缝的分布方向与原孔缝的分布方向夹角在±30°以内，则认为他们是同一孔缝；找到同一孔缝之后，提取包含两区块段的最小长方形，在该最小长方形内对两块体进行闭运算，半径为大孔缝长度的1/4，从而使其融合。进一步地，在步骤S300中，区分裂缝和孔的步骤为：对提取的孔缝进行闭运算，使得凹陷小区块被填充，然后进行开运算，使得凸出毛刺被消除；提取孔缝所在最小长方形，提取长方形对角线长度作为孔缝的长度；提取孔缝的像素面积，以像素面积除以孔缝长度，作为孔缝的等效宽度；将长度的1.1次方除以宽度，得到一个判定比例参数，当该参数小于预设比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS100、样品处理、扫描成像及图像预处理；/nS200、阈值分割，将页岩样品电镜图像的要素分为四组分，并进行“白边”消除，所述“白边”由于扫描电镜的边缘增强效应导致孔隙边缘灰度值异常增大现象；/nS300、中断孔缝连结，进而提取孔缝长度和宽度，并以此区分裂缝和孔；/nS400、提取裂缝组分含量和尺寸信息并通过形态学分析，获取页岩孔隙结构各表征参数。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、样品处理、扫描成像及图像预处理；
S200、阈值分割，将页岩样品电镜图像的要素分为四组分，并进行“白边”消除，所述“白边”由于扫描电镜的边缘增强效应导致孔隙边缘灰度值异常增大现象；
S300、中断孔缝连结，进而提取孔缝长度和宽度，并以此区分裂缝和孔；
S400、提取裂缝组分含量和尺寸信息并通过形态学分析，获取页岩孔隙结构各表征参数。


2.根据权利要求1所述的一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法，其特征在于，在步骤S100中，具体包括：
S101、选取样品，进行样品处理后在扫描电镜下观测得到系列图像；
S102、图像预处理，裁剪除去图像黑边，并对电镜图像进行滤波处理。


3.根据权利要求2所述的一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法，其特征在于，在步骤S103中，具体包括：
提取图像灰度值非0的长方形区域四顶角位置，将长方形内的区域保留，长方形外的区域裁除；
对裁除后的图像先利用均值滤波消除形貌扫描的非光滑性，再用中值滤波消除图像椒盐噪声。


4.根据权利要求1所述的一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法，其特征在于，在步骤S200中，具体包括：
S201、选取所裁切图像中的代表性图像，即含有较多孔、有机质、无机质和黄铁矿的图像；
S202、利用二值化方法分别调节区分四种成分的三个阈值，即孔阈值、有机质与无机质的分割阈值、无机质与黄铁矿的分割阈值；
S203、在获取三阈值后，对样品扫描电镜图像进行阈值分割，将每一张图像的要素分为孔、含孔的有机质、含孔的无机质和黄铁矿四组分。


5.根据权利要求1所述的一种具有尺寸自适应的页岩裂缝自动提取方法，其特征在于，在步骤S200中，进行“白边”消除的具体步骤为：
将样品图像中各个连通的黄铁矿区域进行次序标记，统计各块面积并提取各个黄铁矿区块的边界坐标，重心坐标，长轴长，短轴长，等效半径；
计算各个黄铁矿区块的长轴与短轴长之比；
统计重心点附近3×3区域大小内，总计9个像素点的平均灰度值；
若黄铁矿区块的长轴和短轴之比大于10，或者重心附近9个像素点平均灰度值小于黄铁矿阈值，则确定该黄铁矿区块实质为孔缝周缘的“白边”干扰；
依据边界坐标找出包含该区块的最小长方形，给出长方形四个顶点坐标；
从提取得到的最小长方形往外扩展等效半径尺寸，得到新的长方形作为该孔的邻域；
当某向外扩充的邻域边遇到超出边界时，按照3像素的步长向内收缩，直到第一次满足不超过边界范围收缩停止，且各边收缩过程互相独立；
对各个连通块的邻域进行统计，分别计算各邻域内有机质、无机质的含量；
根据邻域内有机质组分与无机质组分的相对含量判断该“白边”的真实组成，若有机质含量高，认为该“白边”是有机质，将“白边”区域填充为有机质的灰度值；若无机质含量高，则认为该“白边”的真实成分是无机质，将“白边”区域填充为无机质的灰度值。


6.根据权利要求1所述的一种具...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，江文滨，姬莉莉，曹高辉，林缅，徐志鹏，周羁，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11