一種巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例提供一種巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法及裝置，所述方法包括：采集巖石樣品并制備巖心；對(duì)所述巖心進(jìn)行掃描及數(shù)字成像，并進(jìn)行圖像識(shí)別以提取巖心孔隙；計(jì)算每個(gè)巖心孔隙的縱橫比；設(shè)定針形孔隙縱橫比閾值，將計(jì)算的縱橫比小于該閾值的孔隙分類為針形孔隙，將計(jì)算的縱橫比不小于該閾值的孔隙分類為非針形孔隙；分別計(jì)算針形孔隙和非針形孔隙各自的幾何特征參數(shù)；將非針形孔隙的幾何特征參數(shù)與規(guī)則形狀的幾何特征參數(shù)進(jìn)行比對(duì)和近似簡(jiǎn)化，形成等效孔隙分布圖。該方法可建立一種簡(jiǎn)化、直觀、數(shù)字化的等效巖石孔隙結(jié)構(gòu)分布圖。
【專利說(shuō)明】一種巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于油氣地球物理勘探領(lǐng)域，具體涉及到一種巖石孔隙結(jié)構(gòu)的數(shù)字化表征方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著油氣勘探開(kāi)發(fā)的深入，碳酸鹽巖、致密砂巖等復(fù)雜孔隙儲(chǔ)層逐漸成為我國(guó)勘探生產(chǎn)的重點(diǎn)與難點(diǎn)。這類儲(chǔ)層普遍具有非均質(zhì)性強(qiáng)、巖石類型多樣、孔隙尺寸變化大、孔隙形狀多變等特點(diǎn)，常規(guī)的油氣儲(chǔ)層地球物理預(yù)測(cè)方法面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。
[0003]為了處理這類復(fù)雜的多孔介質(zhì)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通常進(jìn)行一定的假設(shè)和簡(jiǎn)化，發(fā)展了層狀模型、球形孔隙模型、包含體模型和接觸模型等一系列等效介質(zhì)模型方程(馬淑芳等，2010)，并依此進(jìn)行地震參數(shù)預(yù)測(cè)。但每種模型的假設(shè)條件和對(duì)復(fù)雜孔隙介質(zhì)的處理方法是不一樣的。例如，球形孔隙模型假設(shè)巖石是由顆粒和球狀孔隙組成的集合體，經(jīng)典的Gassmann方程和Biot理論都屬于這一類。包含體模型則假設(shè)巖石是由顆粒和球形或橢球形的包含體所組成的集合體，其中Wu包含體模型計(jì)算了含針狀和圓盤(pán)狀包含體的巖石等效彈性模量；K0rringa包含體模型則通過(guò)迭代方法和人為設(shè)定包含體縱橫比進(jìn)行等效；基于散射理論的Kuster-Toksoz模型則同時(shí)考慮了包含體彈性性質(zhì)、體積百分比和形狀的影響；Berrymann對(duì)此進(jìn)行了推廣，推導(dǎo)出含橢圓形包含體的巖石等效彈性模量，但是對(duì)于含針狀、盤(pán)狀和硬幣狀包含體的飽含流體巖石必須謹(jǐn)慎使用；Xu-White模型假設(shè)巖石骨架礦物主要由砂和泥組成，并采用縱橫比來(lái)描述孔隙形狀，提出了一種估算泥質(zhì)砂巖縱、橫波速度的方法。
[0004]在實(shí)際應(yīng)用中，上述不同模型的適用性是不同的，需要發(fā)展有效的方法分析目標(biāo)巖石孔隙結(jié)構(gòu)特征并依此選用合適的模型。同時(shí)，這些理論模型所涉及的孔隙形狀以及百分比含量等輸入?yún)?shù)不易直接獲取，目前主要是通過(guò)人為假定，或者對(duì)于不同地區(qū)采用相同的參數(shù)(例如，Xu-white模型把砂巖相關(guān)的孔隙縱橫比設(shè)為0.1)，不可避免地會(huì)引入人為誤差和不確定性。因此，迫切地需要發(fā)展一種能夠全面、精細(xì)刻畫(huà)巖石孔隙結(jié)構(gòu)的數(shù)字表征方法。
[0005]而在目前的地震巖石物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)中，鮮見(jiàn)針對(duì)上述理論模型的孔隙結(jié)構(gòu)數(shù)字成像與表征方法。現(xiàn)有巖樣掃描實(shí)驗(yàn)與處理方法對(duì)巖石類型、組分和孔隙度等宏觀特征關(guān)注較多，缺少必要手段和科學(xué)合理的方法進(jìn)行孔隙級(jí)別上的定量描述，微觀尺度上的孔隙尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)和分布特征的數(shù)字化定量表征還有待進(jìn)一步加強(qiáng)。只有發(fā)展針對(duì)上述理論模型要求的孔隙結(jié)構(gòu)掃描成像和表征方法與裝置，才能與現(xiàn)有地震巖石物理理論模型緊密結(jié)合，以適應(yīng)復(fù)雜孔隙儲(chǔ)層的高精度、定量化勘探需求，這對(duì)于提高油氣儲(chǔ)層的地震定量化預(yù)測(cè)水平具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，彌補(bǔ)上述孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)中存在的不足，提供一種巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法及裝置，以對(duì)巖石孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行直觀、等效、數(shù)字化的表征。
[0007]—方面，為達(dá)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，所述方法包括:
[0008]米集巖石樣品并制備巖心；
[0009]對(duì)所述巖心進(jìn)行掃描及數(shù)字成像，并進(jìn)行圖像識(shí)別以提取巖心孔隙；
[0010]計(jì)算每個(gè)巖心孔隙的縱橫比；
[0011]設(shè)定針形孔隙縱橫比閾值，將計(jì)算的縱橫比小于所述閾值的孔隙分類為針形孔隙，將計(jì)算的縱橫比不小于所述閾值的孔隙分類為非針形孔隙；
[0012]分別計(jì)算針形孔隙和非針形孔隙各自的幾何特征參數(shù)；
[0013]將非針形孔隙的幾何特征參數(shù)與規(guī)則形狀的幾何特征參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，在保持兩者特征參數(shù)近似的條件下，將非針形孔隙簡(jiǎn)化成規(guī)則幾何形狀，針形孔隙則保持不變，從而形成等效孔隙分布圖。
[0014]另一方面，為達(dá)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征裝置，所述裝置包括:
[0015]采集設(shè)備，用于在野外露頭或油田鉆井現(xiàn)場(chǎng)獲取目標(biāo)區(qū)的巖石樣品；
[0016]加工設(shè)備，用于根據(jù)掃描設(shè)備的規(guī)格要求，將目標(biāo)區(qū)的巖石樣品加工成巖心；
[0017]掃描設(shè)備，用于對(duì)所述巖心進(jìn)行掃描及數(shù)字成像；
[0018]數(shù)據(jù)讀入設(shè)備，用于讀取掃描設(shè)備所形成的巖心數(shù)字圖像；
[0019]圖像處理設(shè)備，用于對(duì)巖心數(shù)字圖像進(jìn)行濾波、重構(gòu)、圖像分割和孔隙提?。?br> [0020]孔隙結(jié)構(gòu)表征設(shè)備，用于計(jì)算每個(gè)巖心孔隙的縱橫比；設(shè)定針形孔隙縱橫比閾值，將計(jì)算的縱橫比小于所述閾值的孔隙分類為針形孔隙，將計(jì)算的縱橫比不小于所述閾值的孔隙分類為非針形孔隙；分別計(jì)算針形孔隙和非針形孔隙各自的幾何特征參數(shù)；將非針形孔隙的幾何特征參數(shù)與規(guī)則形狀的幾何特征參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，并將非針形孔隙簡(jiǎn)化為規(guī)則幾何形狀，針形孔隙則保持不變，從而形成等效孔隙分布圖；
[0021]存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)巖石樣品孔隙結(jié)構(gòu)的表征結(jié)果數(shù)據(jù)。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例的上述技術(shù)方案的有益效果在于:
[0023]本發(fā)明針對(duì)目前地震巖石物理預(yù)測(cè)模型的需要，對(duì)巖石樣本的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描成像，并根據(jù)數(shù)字圖像進(jìn)行孔隙特征提取、分類、簡(jiǎn)化及統(tǒng)計(jì)分析，建立一種直觀、等效、數(shù)字化的巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法及裝置。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖做一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法的整體流程圖；
[0026]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的幾種典型規(guī)則形狀的兩種特征參數(shù)值示例圖；
[0027]圖3為本發(fā)明實(shí)施例的巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法的具體流程圖；
[0028]圖4為本發(fā)明實(shí)施例的巖心數(shù)字圖像孔隙分布圖；[0029]圖5為本發(fā)明實(shí)施例的巖心孔隙橢圓形等效分布圖；
[0030]圖6為本發(fā)明實(shí)施例的巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征裝置的功能框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032]本發(fā)明的目的在于，彌補(bǔ)上述孔隙結(jié)構(gòu)表征技術(shù)中存在的不足，針對(duì)目前地震巖石物理預(yù)測(cè)模型的需要，對(duì)巖石樣本的孔隙結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描成像，并根據(jù)數(shù)字圖像進(jìn)行孔隙特征提取、分類、簡(jiǎn)化及統(tǒng)計(jì)分析，建立一種直觀、等效、數(shù)字化的巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法及裝置。
[0033]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法的整體流程圖。如圖1所示，該方法包括如下步驟:
[0034]110、米集巖石樣品并制備巖心。
[0035]本步驟在目標(biāo)區(qū)采集具有典型代表性的巖石樣品，并根據(jù)設(shè)備的規(guī)格要求對(duì)巖樣進(jìn)行加工，得到巖心。
[0036]120、對(duì)所述巖心進(jìn)行掃描及數(shù)字成像，并進(jìn)行圖像識(shí)別以提取巖心孔隙。
[0037]本步驟采用高分辨率的掃描設(shè)備(如光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡、CT等)對(duì)上述制備的巖心進(jìn)行掃描，得到一系列原始二維圖像。對(duì)所有二維圖像進(jìn)行去噪處理，通過(guò)一定的重構(gòu)方法得到巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像。根據(jù)巖石不同成分所表現(xiàn)出來(lái)的圖像灰度值的不同，識(shí)別并提取巖心孔隙。
[0038]其中，巖心掃描、重建及孔隙圖像識(shí)別是現(xiàn)有技術(shù)，一些常規(guī)方法即可以實(shí)現(xiàn)?？蓞⒖肌瓣P(guān)振良，謝叢姣，董虎等.多孔介質(zhì)微觀孔隙結(jié)構(gòu)三維成像技術(shù).地質(zhì)科技情報(bào)，28
(2), 2009”。
[0039]130、計(jì)算每個(gè)巖心孔隙的縱橫比。
[0040]根據(jù)圖像識(shí)別的巖心孔隙，計(jì)算其短軸和長(zhǎng)軸長(zhǎng)度之比，即縱橫比。
[0041]140、設(shè)定針形孔隙縱橫比閾值，通常取0.02左右，將計(jì)算的縱橫比小于該閾值的孔隙分類為針形孔隙，將計(jì)算的縱橫比不小于該閾值的孔隙分類為非針形孔隙。
[0042]本步驟通過(guò)設(shè)定針形孔隙的縱橫比閾值，將孔隙初步分為針形孔隙和非針形孔隙兩類。
[0043]150、分別計(jì)算針形孔隙和非針形孔隙各自的幾何特征參數(shù)。
[0044]具體地，對(duì)于孔隙縱橫比小于預(yù)設(shè)的針形孔隙縱橫比閾值的孔隙，則認(rèn)為是針形孔隙。此類孔隙對(duì)地震巖石物理參數(shù)的影響較大，但其形態(tài)相對(duì)簡(jiǎn)單。另一方面，其長(zhǎng)軸、短軸長(zhǎng)度差別較大，即縱橫比較小，難以獲得較為準(zhǔn)確的復(fù)雜孔隙形態(tài)參數(shù)。因此，只采用縱橫比和長(zhǎng)軸長(zhǎng)度參數(shù)進(jìn)行表征，不再計(jì)算其他形狀特征參數(shù)。
[0045]對(duì)于縱橫比大于預(yù)設(shè)的針形孔隙縱橫比閾值的孔隙，則認(rèn)為其孔隙形態(tài)可能較為復(fù)雜，認(rèn)為是非針形孔隙。對(duì)于非針形孔隙，在縱橫比之外，利用幾何拓?fù)浞椒ㄓ?jì)算孔隙的等效圓半徑以反映孔隙的大小特征，計(jì)算孔隙的圓度以反映孔隙的形狀特征。其中，等效圓半徑是指與目標(biāo)孔隙具有相同面積的圓的半徑，圓度定義為:
[0046]
【權(quán)利要求】
1.一種巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征方法，其特征在于，所述方法包括: 米集巖石樣品并制備巖心； 對(duì)所述巖心進(jìn)行掃描及數(shù)字成像，并進(jìn)行圖像識(shí)別以提取巖心孔隙； 計(jì)算每個(gè)巖心孔隙的縱橫比； 設(shè)定針形孔隙縱橫比閾值，將計(jì)算的縱橫比小于所述閾值的孔隙分類為針形孔隙，將計(jì)算的縱橫比不小于所述閾值的孔隙分類為非針形孔隙； 分別計(jì)算針形孔隙和非針形孔隙各自的幾何特征參數(shù)； 將非針形孔隙的幾何特征參數(shù)與規(guī)則形狀的幾何特征參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，并將非針形孔隙簡(jiǎn)化為規(guī)則幾何形狀，針形孔隙則保持不變，從而形成等效孔隙分布圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述分別計(jì)算針形孔隙和非針形孔隙各自的幾何特征參數(shù)包括: 對(duì)于針形孔隙，只利用孔隙縱橫比和長(zhǎng)軸長(zhǎng)度進(jìn)行表征，不再計(jì)算其他形狀特征參數(shù)；或者， 對(duì)于非針形孔隙，在縱橫比之外，通過(guò)幾何拓?fù)浞椒ㄇ笕〉刃A半徑以反映孔隙的大小特征，計(jì)算孔隙的圓度以反映孔隙的形狀特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述將非針形孔隙的幾何特征參數(shù)與規(guī)則形狀的幾何特征參數(shù) 進(jìn)行比對(duì)，并將非針形孔隙簡(jiǎn)化為規(guī)則幾何形狀，針形孔隙則保持不變，從而形成等效孔隙分布圖包括: 將已經(jīng)計(jì)算出的包括孔隙縱橫比、圓度、長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、等效圓半徑在內(nèi)的幾何特征參數(shù)，與包括標(biāo)準(zhǔn)圓形、長(zhǎng)方形、三角形或者橢圓形在內(nèi)的規(guī)則形狀的對(duì)應(yīng)幾何特征參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，在保持兩者的特征參數(shù)近似的條件下，利用規(guī)則形狀近似不規(guī)則孔隙形態(tài)，形成等效孔隙分布圖。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述對(duì)所述巖心進(jìn)行掃描及數(shù)字成像，并進(jìn)行圖像識(shí)別以提取巖心孔隙包括: 采用掃描設(shè)備對(duì)制備的巖心進(jìn)行掃描，得到原始二維圖像； 通過(guò)包括去噪和重構(gòu)在內(nèi)的圖像處理方法，對(duì)所述原始二維圖像進(jìn)行特征分割與提取，得到巖心微觀孔隙結(jié)構(gòu)的數(shù)字圖像，并進(jìn)行圖像識(shí)別以提取巖心孔隙。
5.一種巖石孔隙結(jié)構(gòu)表征裝置，其特征在于，所述裝置包括: 采集設(shè)備，用于在野外露頭或油田鉆井現(xiàn)場(chǎng)獲取目標(biāo)區(qū)的巖石樣品； 加工設(shè)備，用于根據(jù)掃描設(shè)備的規(guī)格要求，將目標(biāo)區(qū)的巖石樣品加工成巖心； 掃描設(shè)備，用于對(duì)所述巖心進(jìn)行掃描及數(shù)字成像； 數(shù)據(jù)讀入設(shè)備，用于讀取掃描設(shè)備所形成的巖心數(shù)字圖像； 圖像處理設(shè)備，用于對(duì)巖心數(shù)字圖像進(jìn)行濾波、重構(gòu)、圖像分割和孔隙提??； 孔隙結(jié)構(gòu)表征設(shè)備，用于計(jì)算每個(gè)巖心孔隙的縱橫比；設(shè)定針形孔隙縱橫比閾值，將計(jì)算的縱橫比小于所述閾值的孔隙分類為針形孔隙，將計(jì)算的縱橫比不小于所述閾值的孔隙分類為非針形孔隙；分別計(jì)算針形孔隙和非針形孔隙各自的幾何特征參數(shù)；將非針形孔隙的幾何特征參數(shù)與規(guī)則形狀的幾何特征參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，并將非針形孔隙簡(jiǎn)化為規(guī)則幾何形狀，針形孔隙則保持不變，從而形成等效孔隙分布圖； 存儲(chǔ)設(shè)備，用于存儲(chǔ)巖石樣品孔隙結(jié)構(gòu)的表征結(jié)果數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述孔隙結(jié)構(gòu)表征設(shè)備，具體用于對(duì)于針形孔隙，只利用孔隙縱橫比和長(zhǎng)軸長(zhǎng)度進(jìn)行表征，不再計(jì)算其他形狀特征參數(shù)；或者，對(duì)于非針形孔隙，在縱橫比之外，通過(guò)幾何拓?fù)浞椒ㄇ笕〉刃A半徑以反映孔隙的大小特征，計(jì)算孔隙的圓度以反映孔隙的形狀特征。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述孔隙結(jié)構(gòu)表征設(shè)備，具體用于根據(jù)已經(jīng)計(jì)算出的包括孔隙縱橫比、圓度、長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、等效圓半徑在內(nèi)的幾何特征參數(shù)，與包括標(biāo)準(zhǔn)圓形、長(zhǎng)方形、三角形或者橢圓形在內(nèi)的規(guī)則形狀的對(duì)應(yīng)幾何特征參數(shù)進(jìn)行比對(duì)，在保持兩者幾何特征參數(shù)近似的條件下，利用規(guī)則形狀近似不規(guī)則孔隙形態(tài)，形成等效孔隙分布圖。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置,其特征在于,所述掃描設(shè)備包括如光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡或者CT 。
【文檔編號(hào)】G01B11/02GK103698803SQ201210374674
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月27日
【發(fā)明者】唐剛, 楊志芳, 曹宏 申請(qǐng)人:中國(guó)石油天然氣股份有限公司