一种基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法，它包括步骤：1、导入原始三维扫描图像；2、对大孔区体素，利用图像处理中的分水岭算法对大孔区进行分割，基于分割矩阵提取孔隙网络；3、对微孔区体素数据进行多重卷积计算，对满足粗化条件的卷积值所映射的微孔区体素进行粗化标记；4、利用粗化标记的微孔区矩阵和大孔区分割矩阵生成微孔区粗化后的网格单元信息和连接关系；5、将大孔区的孔隙网络与微孔区的网格单元合并，生成数字岩心混合模型的计算网格文件。本发明专利技术的技术效果是：在保证模拟结果准确性的前提下，减少了微孔区的计算网格数量，显著提高了计算效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法


[0001]本专利技术属于数字岩心分析技术，应用于电化学、地下油气开采、岩土工程等多方面，重点用于油气流体矿藏的数值模拟技术。

技术介绍

[0002]基于数字岩心的数值模拟作为一种成本低，周期短的研究手段，对油气储层渗流特性的确定和后续开采方案的优化具有重要意义。然而，对于页岩、致密砂岩和碳酸盐岩等这些具有多尺度孔隙结构的岩心，受扫描设备视域和分辨率相互制约的影响，很难在单一分辨率下提取到完整的孔隙结构：当采用较低的分辨率进行扫描时，所提取的孔隙结构会忽略低于图像分辨率的孔隙，影响模拟的准确性；当提高图像的分辨率来获取微孔结构时，数字岩心的真实尺寸远小于用像素
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表征的体元大小，导致模拟的结果不具有代表性。基于数字岩心的多尺度数值模型是通过多阈值分割将三维扫描图像体素划分为固体区、大孔区和微孔区，生成多尺度数字岩心，并在大孔区和微孔区采用不同尺度的控制方程进行求解，以实现多尺度数字岩心的高精度数值模拟。所述多尺度是指有些岩石的孔隙分布呈现双峰的形状，其岩石孔隙的孔径有数个量级尺寸变化。
[0003]目前，针对多尺度孔隙结构数字岩心所开发的流体渗流数值模型主要有3类：双重孔隙网络模型、微观
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连续介质模型和孔隙网络
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达西模型。双重孔隙网络模型对大孔区和微孔区同时进行了简化，计算速度快，但模拟精度较低。微观
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连续介质模型则基于原始图像，对大孔区和微孔区体素进行标记，通过求解Darcy<br/>‑
Brinkman
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Stoke方程和质量守恒方程来得到体素单元中的压力和速度分布，该方法模拟精度较高，但计算效率较低，所模拟的数字岩心尺寸通常小于3003体素；孔隙网络
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达西模型结合了孔隙网络模型和微观
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连续介质模型的优点，其将大孔区简化为孔隙网络，而微孔则视为连续介质，通过Hagen
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Poiseuille方程和Darcy方程分别控制流体在大孔区和微孔区的流动，在保证计算精度前提下提高了计算效率，但随着模拟岩心的增大，微孔区体素数量会成指数倍增加，当存在数千万至几亿微孔区体素时，与Darcy方程相关的计算量会非常巨大，使得数值模拟无法进行下去。
[0004]综上可知，现有多尺度数字岩心模型在保证计算精度的前提下，受限于计算网格单元数量和计算效率，往往只能对较小的区域进行模拟研究。因此，如何在保证计算结果精度的前提下，极大地减少计算孔隙网格的数量，提高计算效率，是多尺度数字岩心数值模型所要解决的重要问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有数值模型中计算效率、计算精度与计算域大小相互制约的问题，提供一种基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法，它能在确保大孔区与微孔区交界面处网格精度和考虑微孔区非均质性的前提下，实现从微孔区中心向外的多级体素网格粗化，极大地减少了计算网格单元数量，提高了计算效率。
[0006]本专利技术的技术方案是，一种基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、导入原始三维扫描图像，对图像进行滤波除噪声、多点阈值分割，获得大孔区和微孔区的分布信息；
[0008]步骤2、对步骤1获得的大孔区体素，利用图像处理中的分水岭算法对大孔区进行分割，基于分割图提取孔隙网络，并获取孔喉(指孔隙和喉道)的相关几何信息，包括体积、比表面积、内切圆半径；
[0009]步骤3、对步骤1获得的微孔区体素数据进行多重卷积计算，依次遍历卷积矩阵，对满足粗化条件的卷积值所映射的微孔区体素进行粗化标记；
[0010]步骤4、根据步骤3获得粗化标记的微孔区矩阵和步骤2获得的分割矩阵，生成微孔区粗化后的网格单元信息和连接关系；
[0011]步骤5、将大孔区的孔隙网络与微孔区的网格单元合并，生成数字岩心混合模型的计算网格文件。
[0012]进一步，还包括步骤6、使用步骤5生成的数字岩心混合模型的计算网格文件进行数值模拟计算。
[0013]本专利技术的技术效果是：
[0014]在保留微孔区几何分布特征和非均质性前提下，克服了现有数字岩心直接数值模拟方法计算网格单元多，难以开展全岩心数值模拟的缺点，在保证模拟结果准确性的前提下，极大地减少了微孔区的计算网格数量，显著提高计算效率。且本方法专利技术适用范围比较广泛，对于任何以图像体素为计算网格单元进行的数值模拟，均可用本专利技术实施体素网格的可控多级粗化。
附图说明
[0015]本专利技术的附图说明如下：
[0016]图1为本方法专利技术的步骤框图；
[0017]图2为实施例的岩心图像；
[0018]图3为实施例步骤1阈值分割提取的大孔区可视化图像；
[0019]图4为实施例步骤1阈值分割提取的微孔区可视化图像；
[0020]图5为实施例中大孔区提取的孔隙网络；
[0021]图6为未粗化和粗化的微孔区显示图；
[0022]图7为未粗化与粗化的混合模型计算网格单元数量对比图；
[0023]图8为未粗化与粗化的混合模型模拟结果对比图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明：
[0025]如图1所示，本方法专利技术包括以下步骤：
[0026]步骤1、导入三维岩心图像(如微纳米CT扫描图像)进行滤波除噪、多阈值分割，获取固体区、大孔区和微孔区的分布信息；
[0027]多阈值分割与常规的阈值分割相同，只是使用了两个阈值来分别提取图像中的大
孔体素和微孔体素；具体为：
[0028]根据图像的CT值分布，设置阈值a、b，其中b＞a＞0，其与各相关系如下：
[0029]当像素CT值小于a时，其为大孔；
[0030]当像素CT值大于a小于b时，其为微孔；
[0031]当像素CT值大于b时，其为固体。
[0032]提取大孔区和微孔区信息，分别存储在两个与原始图像尺寸相同的体素矩阵中。在大孔区矩阵中大孔区体素值为1，其余(指微孔和固体)体素值为0；在微孔区矩阵中微孔区体素值为1，其它(指大孔和固体)体素值为0。
[0033]微孔区矩阵和大孔矩阵区用于提取微孔网格单元和大孔孔隙网络。
[0034]步骤2、对步骤1获得的大孔区体素，利用图像处理中的分水岭算法对大孔区进行分割，基于分割图提取孔隙网络，并获取孔喉的相关几何信息，包括体积、比表面积、内切圆半径。
[0035]有关图像分割的分水岭算法文献有：Gostick,JeffT，Versatile and efficientpore network extraction method using marker
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based watershed segmentation[J].Physical Review E,2017,96(2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1、导入原始三维扫描图像，对图像进行滤波除噪声、多点阈值分割，获得大孔区和微孔区的分布信息；步骤2、对步骤1获得的大孔区体素，利用图像处理中的分水岭算法对大孔区进行分割，基于分割矩阵提取孔隙网络，并获取孔喉的相关几何信息，包括体积、比表面积、内切圆半径；步骤3、对步骤1获得的微孔区体素矩阵进行多重卷积计算，依次遍历卷积矩阵，对满足粗化条件的卷积值所映射的微孔区体素进行粗化标记；步骤4、根据步骤3获得粗化标记的微孔区矩阵和步骤2获得的分割矩阵，生成微孔区粗化后的网格单元信息和连接关系；步骤5、将大孔区的孔隙网络与与微孔的网格单元合并，生成数字岩心混合模型的计算网格文件。2.根据权利要求1所述的基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法，其特征是：还包括步骤6、使用步骤5生成的数字岩心混合模型的计算网格文件进行数值模拟计算。3.根据权利要求1或2所述的基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法，其特征是：在步骤1中，所述大孔区和微孔区分布信息分别存储在两个与原始图像尺寸相同的体素矩阵中，构成大孔区矩阵和微孔区矩阵。4.根据权利要求3所述的基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法，其特征是，在步骤3中，微孔区体素数据多重卷积计算包括：步骤31、由步骤1获得的微孔区矩阵进行第一次卷积计算，卷积核大小为2
×2×
2，权重系数为1，步长为2，得到三维矩阵A1，然后，对A1矩阵做阈值分割提取满足粗化条件的区域，对阈值分割后的矩阵做腐蚀计算得到第一级粗化矩阵B1；步骤32、由步骤31获得的矩阵B1，进行第二次卷积计算，卷积核大小设为2
×2×
2，权重系数为1，步长为2，得到三维矩阵A2，然后，对A2依此进行阈值分割和腐蚀计算得到第二级粗化矩阵B2；步骤33、由步骤32获得的矩阵B2，进行第三次卷积计算，卷积核大小设为2
×2×
2，权重系数为1，步长为1，得到三维矩阵A3，然后，对A3依此进行阈值分割和欧式距离计算得的第三级粗化矩阵B3；步骤34、对步骤1获得的微孔区矩阵进行第四次、第五次、第六次卷积计算，卷积核大小分别为2
×2×
1、2
×1×
2、1
×2×
2，权重系数均为1，步长为1，得到三维矩阵A4、A5和A6。5.根据权利要求4所述的基于多重卷积计算的数字岩心微孔区体素网格粗化方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦朝中，史博文，蒋函，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：