一种基于图像处理技术的压裂支撑剂圆度、球度检定方法与流程

本发明属于油气田压裂支撑剂检验
技术领域：
，具体涉及一种基于图像处理技术的压裂支撑剂圆度、球度检定方法。
背景技术：
：石油压裂支撑剂的作用是：在石油天然气深井开采时，高闭合压力低渗透性矿床经压裂处理后，使含油气岩层裂开，油气从裂缝形成的通道中汇集而出，此时需要流体注入岩石基层，以超过地层破裂强度的压力，使井筒周围岩层产生裂缝，形成一个具有高层流能力的通道，为保持压裂后形成的裂缝开启，油气产物能顺畅通过。支撑剂的性能在不同地层条件下对渗透率的影响较大。支撑剂的球度和圆度是支撑剂性能评价中的重要指标，是正确选择和使用支撑剂的基础之一。依据中华人民共和国石油天然气行业标准SY/T5108-2006《压裂支撑剂性能指标及测试推荐方法》中的规定，其测试方法是用支撑剂球度、圆度图版进行支撑剂球度和圆度的测试。具体的操作方法是：在被测试的支撑剂样品中任意取出20～30粒支撑剂，放在实体显微镜下观察，或拍下显微照片。根据图版人工确定每粒支撑剂颗粒的球度和圆度，最后再计算这批支撑剂样品颗粒的平均球度与平均圆度。目前，最先进的压裂支撑剂自动检定方法是中国石油天然气股份有限公司的裴润有等提出的一种压裂支撑剂圆度、球度测试方法，通过立体显微镜拍摄压力支撑剂的图像，并通过图像处理方法得出每粒支撑剂与标准模板20个颗粒的匹配度，匹配度最高的标准模板中的颗粒圆度、球度即为支撑剂颗粒的圆度、球度值。上述现有的方法主要存在以下两个缺点：(1)模板中只有20个颗粒图形，而实际的支撑剂颗粒形状数量远远超过20，如果匹配度最高的匹配度值本身很低的话，则以匹配度最高的模板颗粒圆度、球度作为支撑剂颗粒的圆度和球度值会存在较大误差；(2)模板20个颗粒的圆度、球度值都是有限的几个离散值，因此最终所有支撑剂颗粒的圆度、球度值都只能在这几个有限的离散值中取值，而对于特殊的图形，如标准圆形的圆度和球度值均为1，却不在这几个离散值中，因而只用这几个离散值表示支撑剂颗粒的圆度和球度值会有失偏颇。技术实现要素：本发明的目的是提供一种方法简单、执行效率快、精度高的支撑剂颗粒圆度、球度检定方法。为此，本发明所采用的技术方案是，一种基于图像处理技术的压裂支撑剂圆度、球度检定方法，包括如下步骤：A、人工随机选取20～30颗支撑剂颗粒放在显微镜下观察，并采集支撑剂颗粒的图像；B、对显微镜采集的支撑剂颗粒图像进行处理，获取每颗支撑剂颗粒的边缘曲线；C、根据获得的每颗支撑剂颗粒的边缘曲线计算该颗粒的球度；D、根据获得的每颗支撑剂颗粒的边缘曲线计算该颗粒的圆度；E、统计所有颗粒的球度、圆度值，存储检定结果，形成检定报告。进一步，所述步骤A，其包括：A1、人工随机选取20～30颗支撑剂颗粒放在显微镜下观察，保证颗粒之间相互独立，不粘连；A2、利用显微镜采集所有支撑剂颗粒的图像。进一步，所述步骤B，其包括：B1、采用大津阈值法对采集到的支撑剂颗粒图像进行二值化；B2、统计二值化后所有孔洞区域面积，剔除非支撑剂颗粒的孔洞区域，并填充支撑剂颗粒中的孔洞区域，保证支撑剂颗粒区域的完整性；B3、利用Canny算子对所有支撑剂颗粒对应的孔洞区域进行边缘检测，获取所有支撑剂颗粒的边缘曲线。进一步，所述步骤C，其包括：C1、利用步骤B所述方法对标准模板的20幅颗粒图像进行处理，获取20条边缘曲线；C2、对标准模板中的20个颗粒的边缘曲线进行处理，获取各自的最大内接圆半径ri和最小外接圆半径Ri(其中下标i为每个模板颗粒的序号)；C3、将标准模板中20个颗粒的边缘曲线对应的最大内接圆半径ri和最小外接圆半径Ri的比值Di＝ri/Ri以及每个颗粒对应的球度值Qi作为数据对，加上理想情况的2个数据对(标准圆形的Di＝1，Qi＝1；直线的Di＝0，Qi＝0)共得到22个{Di，Qi}数据对，利用曲线拟合方法得到符合递增规律且判定系数最高的球度Qi与Di之间的关系曲线方程：C4、对显微镜获取的支撑剂颗粒图像中的每颗支撑剂颗粒的边缘曲线进行处理，获取各颗粒的最大内接圆半径rj和最小外接圆半径Rj(其中下标j为支撑剂颗粒的序号)，计算得到Dj＝rj/Rj，利用C3中的关系曲线方程即可得到每颗支撑剂颗粒的球度Qj。进一步，所述步骤D，其包括：D1、对显微镜获取的支撑剂颗粒图像中的每颗支撑剂颗粒的边缘曲线进行角点检测；D2、对于任意一个支撑剂颗粒的边缘曲线，如果角点检测的结果为角点个数N＝0，则判定该颗粒的圆度Yi＝0.9(下标i为支撑剂颗粒的序号)，否则进行D3；D3、将该支撑剂颗粒的边缘曲线分成4段，对每一段曲线中所有点的坐标(xk，yk)(下标k为坐标点的序号)用4次曲线拟合，得到4条曲线方程：yk＝axk4+bxk3+cxk2+dxk+e；(大量实验结果表明边缘曲线分成4段且曲线的阶数为4阶，拟合曲线的判定系数最高)D4、对于每一个角点，根据其所在的曲线段，利用对应的曲线方程求得该角点对应的曲率半径(其中下标m为角点的序号)；D5、利用(其中下标i为支撑剂颗粒的序号，ri为C3所求的该颗粒的最大内接圆半径，N为角点个数)求得该颗粒的圆度。进一步，所述步骤E，其包括：E1、统计显微镜获取的支撑剂颗粒图像中所有颗粒的球度Qi和圆度Yi，并求得各自的平均值和E2、根据和与0.8的关系，如果两个参数都大于0.8，则当前检测的支撑剂颗粒合格，否则判定不合格，同时将和以及判定结果写入到检定报告中形成检定报告。本发明的有益效果是：本发明采用了数字图象处理的方法对支撑剂颗粒图像进行处理，利用颗粒边缘曲线求得支撑剂颗粒的圆度和球度，与现有技术相比具有如下优点：(1)利用数字图象处理技术求支撑剂的圆度、球度效率高；(2)利用颗粒边缘曲线求支撑剂的圆度、球度，所得的圆度、球度值能够真实反映颗粒的性能，不局限于标准模板中的几个离散值；(3)出具检定报告能防止不合格的支撑剂颗粒进入油气田生产现场。下面将结合附图做进一步详细说明。附图说明下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：图1为本发明的工作流程图；图2是本发明中显微镜采集的四颗压力支撑剂图像；图3是本发明中四颗支撑剂图像二值化结果；图4是本发明中四颗支撑剂图像二值化后孔洞填充结果；图5是本发明中四颗支撑剂边缘曲线；图6是本发明中序号2的支撑剂边缘曲线对应的最大内接圆(蓝色)和最小外接圆(红色)；图7是本发明中序号2的支撑剂边缘曲线检测到角点(*号位置)后曲线分4段结果；图8为本发明中用到的标准模板。具体实施方式为了提高支撑剂颗粒圆度、球度检定效率，提升检定精度，解放劳动力，本实施例提供了一种如图1所示的基于图像处理技术的压裂支撑剂圆度、球度检定方法，包括如下步骤：A、人工随机选取20～30颗支撑剂颗粒放在显微镜下观察，并采集支撑剂颗粒的图像；B、对显微镜采集的支撑剂颗粒图像进行处理，获取每颗支撑剂颗粒的边缘曲线；C、根据获得的每颗支撑剂颗粒的边缘曲线计算该颗粒的球度；D、根据获得的每颗支撑剂颗粒的边缘曲线计算该颗粒的圆度；E、统计所有颗粒的球度、圆度值，存储检定结果，形成检定报告。进一步作为优选的实施方式，所述步骤A，其包括：A1、人工随机选取20～30颗支撑剂颗粒放在显微镜下观察，保证颗粒之间相互独立，不粘连；A2、利用显微镜采集所有支撑剂颗粒的图像。进一步作为优选的实施方式，所述步骤B，其包括：B1、采用大津阈值法对采集到的支撑剂颗粒图像进行二值化；B2、统计二值化后所有孔洞区域面积，剔除非支撑剂颗粒的孔洞区域，并填充支撑剂颗粒中的孔洞区域，保证支撑剂颗粒区域的完整性；B3、利用Canny算子对所有支撑剂颗粒对应的孔洞区域进行边缘检测，获取所有支撑剂颗粒的边缘曲线。进一步作为优选的实施方式，所述步骤C，其包括：C1、利用步骤B所述方法对标准模板的20幅颗粒图像进行处理，获取20条边缘曲线；C2、对标准模板中的20个颗粒的边缘曲线进行处理，获取各自的最大内接圆半径ri和最小外接圆半径Ri(其中下标i为每个模板颗粒的序号)；C3、将标准模板中20个颗粒的边缘曲线对应的最大内接圆半径ri和最小外接圆半径Ri的比值Di＝ri/Ri以及每个颗粒对应的球度值Qi作为数据对，加上理想情况的2个数据对(标准圆形的Di＝1，Qi＝1；直线的Di＝0，Qi＝0)共得到22个{Di，Qi}数据对，利用曲线拟合方法得到符合递增规律且判定系数最高的球度Qi与Di之间的关系曲线方程：C4、对显微镜获取的支撑剂颗粒图像中的每颗支撑剂颗粒的边缘曲线进行处理，获取各颗粒的最大内接圆半径rj和最小外接圆半径Rj(其中下标j为支撑剂颗粒的序号)，计算得到Dj＝rj/Rj，利用C3中的关系曲线方程即可得到每颗支撑剂颗粒的球度Qj。进一步作为优选的实施方式，所述步骤D，其包括：D1、对显微镜获取的支撑剂颗粒图像中的每颗支撑剂颗粒的边缘曲线进行角点检测；D2、对于任意一个支撑剂颗粒的边缘曲线，如果角点检测的结果为角点个数N＝0，则判定该颗粒的圆度Yi＝0.9(下标i为支撑剂颗粒的序号)，否则进行D3；D3、将该支撑剂颗粒的边缘曲线分成4段，对每一段曲线中所有点的坐标(xk，yk)(下标k为坐标点的序号)用4次曲线拟合，得到4条曲线方程：yk＝axk4+bxk3+cxk2+dxk+e；(大量实验结果表明边缘曲线分成4段且曲线的阶数为4阶，拟合曲线的判定系数最高)D4、对于每一个角点，根据其所在的曲线段，利用对应的曲线方程求得该角点对应的曲率半径(其中下标m为角点的序号)；D5、利用(其中下标i为支撑剂颗粒的序号，ri为C3所求的该颗粒的最大内接圆半径，N为角点个数)求得该颗粒的圆度。进一步作为优选的实施方式，所述步骤E，其包括：E1、统计显微镜获取的支撑剂颗粒图像中所有颗粒的球度Qi和圆度Yi，并求得各自的平均值和E2、根据和与0.8的关系，如果两个参数都大于0.8，则当前检测的支撑剂颗粒合格，否则判定不合格，同时将和以及判定结果写入到检定报告中形成检定报告。实施例一下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。如图2所示为本发明中所用到的四颗支撑剂图像，首先利用大津阈值法对图像进行二值化，结果如图3所示；针对图3中存在一些孔洞，会影响支撑剂圆度和球度的检定，因此对二值化后图像进行孔洞填充，如图4所示；然后利用Canny算子检测四颗支撑剂颗粒的边缘曲线，如图5所示；接着针对每个支撑剂颗粒边缘求其最大内接圆和最小外接圆的半径之比，最大内接圆和最小外接圆示例如图6所示；针对检测到角点的支撑剂，将边缘曲线分成4段，并用4阶曲线方程进行拟合，拟合结果以其中一段为例，y＝5.5171×10-9×x4-3.7817×10-4×x3+0.5549×x2-274.1013×x+4.5647×104，其曲线拟合判定系数为0.9908，再根据角点位置求角点所对应的曲率半径；最后根据步骤C中的球度方程和步骤D中的圆度求解方法即可求得所有四颗支撑剂颗粒的圆度和球度值，如表1所示。表1图2中所示4个支撑剂颗粒的圆度和球度值序号1234平均值球度0.90160.90210.80870.92190.8836圆度0.90.8160.80580.90.8555根据检定结果可以判定该四个支撑剂颗粒均满足工程需要。本发明没有详细叙述的测试方法为本领域内常用的测试方法或现有方法，在此不一一叙述。以上是对本发明的实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3