一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法，包括如下步骤：样品处理、扫描成像，并对电镜图像进行预处理；阈值分割，将页岩样品电镜图像的要素分为四组分；“白边”识别、修正，并提取有机质骨架含量；利用升维变换将二维平面参数转换为等效三维参数，并计算页岩样品等效TOC含量，该方法通过采用数字图像处理的方法对页岩有机质骨架含量进行评估，并由此推算页岩的等效TOC含量，能够对页岩储层储气能力和输运能力进行精准的评估，同时，该方法普适性更高，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，能极大降低测试成本。

An equivalent TOC calculation method based on shale SEM image extraction

【技术实现步骤摘要】
一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法
本专利技术实施例涉及石油天然气地质勘探
，具体涉及一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法。
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。页岩的TOC含量获取一般是通过燃烧试验法和测井法。这些都是基于现场试验进行的TOC分析，不仅存在很大的不准确性，更重要的是，具有较高的成本，较长的测量周期。基于扫描电镜图像页岩结构定性观测和定量表征，是近些年兴起的热点。扫描电镜观测也已经达到足够的精度，能够直接对页岩孔隙结构进行统计评估，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TOC含量提取方法存在以下缺陷：(1)现有的页岩TOC含量提取方法提取结果不准确、有效信息挖掘不足，无法对页岩储层储气能力和输运能力进行精准的评估，给研究工作带来很大的不准确性；(2)现有的页岩TOC含量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研究，不利于研究的进行；(3)现有的页岩TOC含量提取方法测量周期较长、处理过程复杂，且成本较高，造成资源浪费。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法，该方法通过采用数字图像处理的方法对页岩有机质骨架含量进行评估，并由此推算页岩的等效TOC含量，能够对页岩储层储气能力和输运能力进行精准的评估，同时，该方法普适性更高，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，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：一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法，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；S300、“白边”识别、修正，并提取有机质骨架含量；S400、利用升维变换将二维平面参数转换为等效三维参数，并计算页岩样品等效TOC含量。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。进一步地，对裁除后的图像进行均值滤波具体为：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具体为：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S300中，白边”识别、修正具体包括：S301、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；S302、计算各个黄铁矿区块的长轴与短轴长之比；S303、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；S304、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，并判断“白边”的真实组成。进一步地，判断“白边”的真实组成时：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，提取有机质骨架含量的具体步骤为：S305、在经修正的页岩样品电镜图像中，提取并统计样品图像中所有灰度值大于孔阈值但小于基本阈值的像素个数；S306、将S305统计的像素个数No乘单像素表征实际面积值，得页岩样品有机质所占面积So；So＝No×SsingleS307、统计样品总像素个数Ns，乘单像素表征实际面积值，作为页岩样品实际面积Ss。Ss＝Ns×Ssingle进一步地，在步骤S400中，变换具体包括：将面积参数按照下式进行转换：其中sp是二维面积，Sv是三维等效面积。进一步地，在步骤S400中，计算页岩样品等效TOC含量时：S401、计算有机质骨架的三维等效有机质骨架面积，除以三维等效的样品总面积，得到三维等效的有机质骨架含量γo；γo＝Sv,o/Sv,s＝sp,o/sp,s＝No/NsS402、根据以下公式计算出页岩样品的三维等效TOC含量：其中，ρk为干酪根的密度，一般取1.05g/cm3，ρr为页岩的密度，一般取2.55g/cm3，ωk为干酪根的质量含碳量，一般取70％-85％。本专利技术实施例具有如下优点：(1)本专利技术通过采用数字图像处理的方法对页岩有机质骨架含量进行评估，并由此推算页岩的等效TOC含量，能够对页岩储层储气能力和输运能力进行精准的评估；(2)本专利技术普本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS100、样品处理、扫描成像，并对电镜图像进行预处理；/nS200、阈值分割，将页岩样品电镜图像的要素分为四组分；/nS300、“白边”识别、修正，并提取有机质骨架含量，所述“白边”为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；/nS400、利用升维变换将二维平面参数转换为等效三维参数，并计算页岩样品等效TOC含量。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法，其特征在于，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；
S300、“白边”识别、修正，并提取有机质骨架含量，所述“白边”为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；
S400、利用升维变换将二维平面参数转换为等效三维参数，并计算页岩样品等效TOC含量。


2.根据权利要求1所述的一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法，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。


3.根据权利要求2所述的一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法，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所述的一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法，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所述的一种基于页岩扫描电镜图像提取的等效TOC计算方法，其特征在于，在步骤S300中，白边”识别、修正具体包括：
S301、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；
S302、计算各个黄铁矿区块的长轴与短轴长之比；
S303、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；
S304、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...

【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