一种岩石孔隙结构表征方法及装置制造方法

一种岩石孔隙结构表征方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种岩石孔隙结构表征方法及装置，所述方法包括：采集岩石样品并制备岩心；对所述岩心进行扫描及数字成像，并进行图像识别以提取岩心孔隙；计算每个岩心孔隙的纵横比；设定针形孔隙纵横比阈值，将计算的纵横比小于该阈值的孔隙分类为针形孔隙，将计算的纵横比不小于该阈值的孔隙分类为非针形孔隙；分别计算针形孔隙和非针形孔隙各自的几何特征参数；将非针形孔隙的几何特征参数与规则形状的几何特征参数进行比对和近似简化，形成等效孔隙分布图。该方法可建立一种简化、直观、数字化的等效岩石孔隙结构分布图。
【专利说明】一种岩石孔隙结构表征方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明属于油气地球物理勘探领域，具体涉及到一种岩石孔隙结构的数字化表征方法及装置。
【背景技术】
[0002]随着油气勘探开发的深入，碳酸盐岩、致密砂岩等复杂孔隙储层逐渐成为我国勘探生产的重点与难点。这类储层普遍具有非均质性强、岩石类型多样、孔隙尺寸变化大、孔隙形状多变等特点，常规的油气储层地球物理预测方法面临着前所未有的挑战。
[0003]为了处理这类复杂的多孔介质问题，国内外学者通常进行一定的假设和简化，发展了层状模型、球形孔隙模型、包含体模型和接触模型等一系列等效介质模型方程(马淑芳等，2010)，并依此进行地震参数预测。但每种模型的假设条件和对复杂孔隙介质的处理方法是不一样的。例如，球形孔隙模型假设岩石是由颗粒和球状孔隙组成的集合体，经典的Gassmann方程和Biot理论都属于这一类。包含体模型则假设岩石是由颗粒和球形或椭球形的包含体所组成的集合体，其中Wu包含体模型计算了含针状和圆盘状包含体的岩石等效弹性模量；K0rringa包含体模型则通过迭代方法和人为设定包含体纵横比进行等效；基于散射理论的Kuster-Toksoz模型则同时考虑了包含体弹性性质、体积百分比和形状的影响；Berrymann对此进行了推广，推导出含椭圆形包含体的岩石等效弹性模量，但是对于含针状、盘状和硬币状包含体的饱含流体岩石必须谨慎使用；Xu-White模型假设岩石骨架矿物主要由砂和泥组成，并采用纵横比来描述孔隙形状，提出了一种估算泥质砂岩纵、横波速度的方法。
[0004]在实际应用中，上述不同模型的适用性是不同的，需要发展有效的方法分析目标岩石孔隙结构特征并依此选用合适的模型。同时，这些理论模型所涉及的孔隙形状以及百分比含量等输入参数不易直接获取，目前主要是通过人为假定，或者对于不同地区采用相同的参数(例如，Xu-white模型把砂岩相关的孔隙纵横比设为0.1)，不可避免地会引入人为误差和不确定性。因此，迫切地需要发展一种能够全面、精细刻画岩石孔隙结构的数字表征方法。
[0005]而在目前的地震岩石物理实验技术中，鲜见针对上述理论模型的孔隙结构数字成像与表征方法。现有岩样扫描实验与处理方法对岩石类型、组分和孔隙度等宏观特征关注较多，缺少必要手段和科学合理的方法进行孔隙级别上的定量描述，微观尺度上的孔隙尺寸、形状、结构和分布特征的数字化定量表征还有待进一步加强。只有发展针对上述理论模型要求的孔隙结构扫描成像和表征方法与装置，才能与现有地震岩石物理理论模型紧密结合，以适应复杂孔隙储层的高精度、定量化勘探需求，这对于提高油气储层的地震定量化预测水平具有重要意义。

【发明内容】

[0006]本发明的目的在于，弥补上述孔隙结构表征技术中存在的不足，提供一种岩石孔隙结构表征方法及装置，以对岩石孔隙结构进行直观、等效、数字化的表征。
[0007]—方面，为达上述目的，本发明实施例提供了一种岩石孔隙结构表征方法，所述方法包括:
[0008]米集岩石样品并制备岩心；
[0009]对所述岩心进行扫描及数字成像，并进行图像识别以提取岩心孔隙；
[0010]计算每个岩心孔隙的纵横比；
[0011]设定针形孔隙纵横比阈值，将计算的纵横比小于所述阈值的孔隙分类为针形孔隙，将计算的纵横比不小于所述阈值的孔隙分类为非针形孔隙；
[0012]分别计算针形孔隙和非针形孔隙各自的几何特征参数；
[0013]将非针形孔隙的几何特征参数与规则形状的几何特征参数进行比对，在保持两者特征参数近似的条件下，将非针形孔隙简化成规则几何形状，针形孔隙则保持不变，从而形成等效孔隙分布图。
[0014]另一方面，为达上述目的，本发明实施例提供了一种岩石孔隙结构表征装置，所述装置包括:
[0015]采集设备，用于在野外露头或油田钻井现场获取目标区的岩石样品；
[0016]加工设备，用于根据扫描设备的规格要求，将目标区的岩石样品加工成岩心；
[0017]扫描设备，用于对所述岩心进行扫描及数字成像；
[0018]数据读入设备，用于读取扫描设备所形成的岩心数字图像；
[0019]图像处理设备，用于对岩心数字图像进行滤波、重构、图像分割和孔隙提取；
[0020]孔隙结构表征设备，用于计算每个岩心孔隙的纵横比；设定针形孔隙纵横比阈值，将计算的纵横比小于所述阈值的孔隙分类为针形孔隙，将计算的纵横比不小于所述阈值的孔隙分类为非针形孔隙；分别计算针形孔隙和非针形孔隙各自的几何特征参数；将非针形孔隙的几何特征参数与规则形状的几何特征参数进行比对，并将非针形孔隙简化为规则几何形状，针形孔隙则保持不变，从而形成等效孔隙分布图；
[0021]存储设备，用于存储岩石样品孔隙结构的表征结果数据。
[0022]本发明实施例的上述技术方案的有益效果在于:
[0023]本发明针对目前地震岩石物理预测模型的需要，对岩石样本的孔隙结构进行扫描成像，并根据数字图像进行孔隙特征提取、分类、简化及统计分析，建立一种直观、等效、数字化的岩石孔隙结构表征方法及装置。
【专利附图】

【附图说明】
[0024]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本发明实施例的岩石孔隙结构表征方法的整体流程图；
[0026]图2为本发明实施例的几种典型规则形状的两种特征参数值示例图；
[0027]图3为本发明实施例的岩石孔隙结构表征方法的具体流程图；
[0028]图4为本发明实施例的岩心数字图像孔隙分布图；[0029]图5为本发明实施例的岩心孔隙椭圆形等效分布图；
[0030]图6为本发明实施例的岩石孔隙结构表征装置的功能框图。
【具体实施方式】
[0031]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032]本发明的目的在于，弥补上述孔隙结构表征技术中存在的不足，针对目前地震岩石物理预测模型的需要，对岩石样本的孔隙结构进行扫描成像，并根据数字图像进行孔隙特征提取、分类、简化及统计分析，建立一种直观、等效、数字化的岩石孔隙结构表征方法及装置。
[0033]图1为本发明实施例的岩石孔隙结构表征方法的整体流程图。如图1所示，该方法包括如下步骤:
[0034]110、米集岩石样品并制备岩心。
[0035]本步骤在目标区采集具有典型代表性的岩石样品，并根据设备的规格要求对岩样进行加工，得到岩心。
[0036]120、对所述岩心进行扫描及数字成像，并进行图像识别以提取岩心孔隙。
[0037]本步骤采用高分辨率的扫描设备(如光学显微镜、扫描电镜、CT等)对上述制备的岩心进行扫描，得到一系列原始二维图像。对所有二维图像进行去噪处理，通过一定的重构方法得到岩心微观孔隙结构的数字图像。根据岩石不同成分所表现出来的图像灰度值的不同，识别并提取岩心孔隙。
[0038]其中，岩心扫描、重建及孔隙图像识别是现有技术，一些常规方法即可以实现。可参考“关振良，谢丛姣，董虎等.多孔介质微观孔隙结构三维成像技术.地质科技情报，28
(2), 2009”。
[0039]130、计算每个岩心孔隙的纵横比。
[0040]根据图像识别的岩心孔隙，计算其短轴和长轴长度之比，即纵横比。
[0041]140、设定针形孔隙纵横比阈值，通常取0.02左右，将计算的纵横比小于该阈值的孔隙分类为针形孔隙，将计算的纵横比不小于该阈值的孔隙分类为非针形孔隙。
[0042]本步骤通过设定针形孔隙的纵横比阈值，将孔隙初步分为针形孔隙和非针形孔隙两类。
[0043]150、分别计算针形孔隙和非针形孔隙各自的几何特征参数。
[0044]具体地，对于孔隙纵横比小于预设的针形孔隙纵横比阈值的孔隙，则认为是针形孔隙。此类孔隙对地震岩石物理参数的影响较大，但其形态相对简单。另一方面，其长轴、短轴长度差别较大，即纵横比较小，难以获得较为准确的复杂孔隙形态参数。因此，只采用纵横比和长轴长度参数进行表征，不再计算其他形状特征参数。
[0045]对于纵横比大于预设的针形孔隙纵横比阈值的孔隙，则认为其孔隙形态可能较为复杂，认为是非针形孔隙。对于非针形孔隙，在纵横比之外，利用几何拓扑方法计算孔隙的等效圆半径以反映孔隙的大小特征，计算孔隙的圆度以反映孔隙的形状特征。其中，等效圆半径是指与目标孔隙具有相同面积的圆的半径，圆度定义为:
[0046]
【权利要求】
1.一种岩石孔隙结构表征方法，其特征在于，所述方法包括:米集岩石样品并制备岩心；对所述岩心进行扫描及数字成像，并进行图像识别以提取岩心孔隙；计算每个岩心孔隙的纵横比；设定针形孔隙纵横比阈值，将计算的纵横比小于所述阈值的孔隙分类为针形孔隙，将计算的纵横比不小于所述阈值的孔隙分类为非针形孔隙；分别计算针形孔隙和非针形孔隙各自的几何特征参数；将非针形孔隙的几何特征参数与规则形状的几何特征参数进行比对，并将非针形孔隙简化为规则几何形状，针形孔隙则保持不变，从而形成等效孔隙分布图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别计算针形孔隙和非针形孔隙各自的几何特征参数包括:对于针形孔隙，只利用孔隙纵横比和长轴长度进行表征，不再计算其他形状特征参数；或者，对于非针形孔隙，在纵横比之外，通过几何拓扑方法求取等效圆半径以反映孔隙的大小特征，计算孔隙的圆度以反映孔隙的形状特征。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将非针形孔隙的几何特征参数与规则形状的几何特征参数 进行比对，并将非针形孔隙简化为规则几何形状，针形孔隙则保持不变，从而形成等效孔隙分布图包括:将已经计算出的包括孔隙纵横比、圆度、长轴长度、等效圆半径在内的几何特征参数，与包括标准圆形、长方形、三角形或者椭圆形在内的规则形状的对应几何特征参数进行比对，在保持两者的特征参数近似的条件下，利用规则形状近似不规则孔隙形态，形成等效孔隙分布图。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述岩心进行扫描及数字成像，并进行图像识别以提取岩心孔隙包括:采用扫描设备对制备的岩心进行扫描，得到原始二维图像；通过包括去噪和重构在内的图像处理方法，对所述原始二维图像进行特征分割与提取，得到岩心微观孔隙结构的数字图像，并进行图像识别以提取岩心孔隙。
5.一种岩石孔隙结构表征装置，其特征在于，所述装置包括:采集设备，用于在野外露头或油田钻井现场获取目标区的岩石样品；加工设备，用于根据扫描设备的规格要求，将目标区的岩石样品加工成岩心；扫描设备，用于对所述岩心进行扫描及数字成像；数据读入设备，用于读取扫描设备所形成的岩心数字图像；图像处理设备，用于对岩心数字图像进行滤波、重构、图像分割和孔隙提取；孔隙结构表征设备，用于计算每个岩心孔隙的纵横比；设定针形孔隙纵横比阈值，将计算的纵横比小于所述阈值的孔隙分类为针形孔隙，将计算的纵横比不小于所述阈值的孔隙分类为非针形孔隙；分别计算针形孔隙和非针形孔隙各自的几何特征参数；将非针形孔隙的几何特征参数与规则形状的几何特征参数进行比对，并将非针形孔隙简化为规则几何形状，针形孔隙则保持不变，从而形成等效孔隙分布图；存储设备，用于存储岩石样品孔隙结构的表征结果数据。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述孔隙结构表征设备，具体用于对于针形孔隙，只利用孔隙纵横比和长轴长度进行表征，不再计算其他形状特征参数；或者，对于非针形孔隙，在纵横比之外，通过几何拓扑方法求取等效圆半径以反映孔隙的大小特征，计算孔隙的圆度以反映孔隙的形状特征。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述孔隙结构表征设备，具体用于根据已经计算出的包括孔隙纵横比、圆度、长轴长度、等效圆半径在内的几何特征参数，与包括标准圆形、长方形、三角形或者椭圆形在内的规则形状的对应几何特征参数进行比对，在保持两者几何特征参数近似的条件下，利用规则形状近似不规则孔隙形态，形成等效孔隙分布图。
8.根据权利要求5所述的装置,其特征在于,所述扫描设备包括如光学显微镜、扫描电镜或者CT 。
【文档编号】G01B11/02GK103698803SQ201210374674
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年9月27日 优先权日:2012年9月27日
【发明者】唐刚, 杨志芳, 曹宏 申请人:中国石油天然气股份有限公司