岩石颗粒分析方法、装置、设备及计算机可读存储设备与流程

本发明涉及石油勘测技术领域，特别是涉及一种岩石颗粒分析方法、装置、设备以及计算机可读存储设备。

背景技术：

碎屑岩的粒度分布及分选性是搬运能力的度量尺度，是判别沉积时的自然地理环境以及水动力条件的良好标志，而且碎屑岩的储油物性与其粒度密切相关。因此，粒度分析是碎屑岩研究的一个重要方面。

粒度分析方法的选择因碎屑颗粒的大小和岩石致密程度而异：砾石可以直接测量其线形值，也可以用量筒测量其体积；疏松的砂岩多采用筛析法；粉砂或粘土可用沉速法或激光颗粒分析法；固结紧密无法松懈的岩石可采用图像分析仪进行自动粒度分析。

直接测量法仅适用于尺寸较大的砾石。

筛析法是一项比较传统而又廉价的技术，可用于材料的分离和分级，主要用于几十微米以上的大颗粒测量。

沉降法是利用不同大小的颗粒在液体介质中沉降速度的差异来测量分体粒度分布的一种最经典的方法。可分为重力沉降(微米级)和离心沉降(纳米级)。该方法对于小粒子测试速度慢，重复性差，非球形粒子误差大。

激光粒度分析法是采用超声波分散，减小粉体的团聚作用，根据不同材料的光学特性，选用不同的光学模型，利用光透过法测定粉体粒度。主要用于分析铝粉、锌粉、合金粉等各种金属粉、重晶石、粘土、氧化锆等各种非金属粉以及水泥、陶瓷、化工材料等其它粉体。该方法主要应用于疏松的砂岩、粉砂岩或粘土。而在钻井过程中，所取样品大多数为固结紧密的岩石，即使岩屑成粉末状也是钻井工业机械破碎而形成的，不能作为准确判别沉积时期的地理环境及水动力条件。

图像法是在一定温度和压力下，注入岩石孔隙中的有色环氧树脂与固化剂发生化学固化反应，孔隙被坚硬的反应物填充，形成岩石铸体，将岩石铸体研磨薄片，在偏光显微镜下观察骨架、孔隙、喉道及其相互连通、配置空间结构等特征通过图像进行粒度分析。该方法是对样品进行平面分析，对于形状不规则的样品非球形颗粒，准确性差，且样品灌注固化的制备过程时间较长。

由此可见，目前常规的对各种岩石的颗粒进行分析的方法，都存在一定的局限性，且对于岩石中颗粒测量的准确性差，并不能很好的反应岩石的性质。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种岩石颗粒分析方法、装置、设备以及计算机可读存储设备，解决了岩石中颗粒测量的准确性差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种岩石颗粒分析方法，包括：

获得岩石样品的二维图像信息，其中，所述二维图像信息为对所述岩石样品各层不同深度分别进行激光共聚焦扫描获得的图像信息；

根据所述二维图像信息，获得所述岩石样品中的各个颗粒的形态信息；

根据各个所述颗粒的形态信息，获得各个所述颗粒的粒径；

根据各个所述颗粒的粒径，获得所述岩石样品中的各个所述颗粒在各个粒径区间的分布比例数据。

其中，所述根据所述二维图像信息，获得所述岩石样品中的各个颗粒的形态信息包括：

将所述岩石样品相邻各层对应的所述二维图像信息依次堆叠，创建所述岩石样品的三维立体图像；

根据所述三维立体图像，获得各个颗粒的所述形态信息。

其中，所述根据所述三维立体图像，获得各个颗粒的所述形态信息包括：

基于均值偏移的特征空间分析技术，在所述三维立体图像中每个所述颗粒位置形成各分割成一个独立的闭合区域，其中，每个所述闭合区域的大小形状与对应的所述颗粒的形状大小相适应；

对各个所述颗粒对应的所述闭合区域进行颗粒标记。

其中，所述在所述三维立体图像中每个所述颗粒处形成分割成一个独立的闭合区域包括：

在所述三维立体图像中完整的颗粒所在位置分割形成一个独立的所述闭合区域。

其中，所述根据所述三维立体图像，获得各个颗粒的所述形态信息包括：

在所述三维立体图像上选定可视区域；

调节所述可视区域内所述三维立体图像的放大倍数，获得所述可视区域内各个颗粒放大的图像，其中所述可视区域中被标记的颗粒数量不少于100个。

其中，所述调节所述可视区域内所述三维立体图像的放大倍数，获得所述可视区域内各个颗粒放大的图像包括：

当所述三维立体图像完全显示在所述可视区域内，且所述可视区域内被标记的所述颗粒的数量少于100个，则重新扫描所述岩石样品上多个区域，并采用三维拼接技将所述岩石样品的多个区域的三维立体图像在所述可视区域拼接显示，使得所述可视区域内被标记的颗粒的数量不少于100个。

其中，所述根据各个所述颗粒的形态信息，获得各个所述颗粒的粒径包括：

对各个所述颗粒对应的闭合区域进行测量，获得各个所述颗粒的体积；

基于，获得各个所述颗粒的粒径，其中为所述颗粒的体积，为所述颗粒的粒径。

本发明中还提供了一种岩石颗粒分析装置，包括：

图像获取模块，用于获得岩石样品的二维图像信息，其中，所述扫描信息为对所述岩石样品各层不同深度分别进行激光共聚焦扫描获得的图像信息；

图像分析模块，用于根据所述二维图像信息，获得所述岩石样品中的各个颗粒的形态信息；

数据获取模块，用于根据各个所述颗粒的形态信息，获得各个所述颗粒的粒径；

数据分析模块，用于根据各个所述颗粒的粒径，获得所述岩石样品中的颗粒在各个粒径区间的分布比例数据。

本发明中还提供了一种岩石颗粒分析设备，包括激光共聚焦扫描仪和处理器；

所述激光共聚焦扫描仪用于对岩石样品各层不同深度分别进行激光共聚焦扫描获得的二维图像信息；

所述处理器和所述激光共聚焦扫描仪相连接，用于根据所述二维图像信息，执行如上任一项所述的岩石颗粒分析方法的操作。

本发明中还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有岩石颗粒分析方法的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述岩石颗粒分析方法的步骤。

本发明所提供的岩石颗粒分析方法，通过激光共聚焦扫瞄技术，获得岩石样品各个不同深度层的二维图像信息，因为激光共聚焦扫瞄岩石样品的深度是可以控制的，因此能够准确全面获得岩石样品内部各个不同深度层的二维图像信息。基于该二维图像信息，即可获得岩石样品中颗粒详细准确的信息，并在此基础上获得更为准确的颗粒粒径信息，进而提高岩石样品中颗粒粒径的分布状态，从整体上反应岩石样品的储油特性，提高了对岩石样品分析特性的可靠性。本发明中所提供的岩石颗粒的分析方法，能够准确全面获得岩石中的颗粒信息，使得岩石颗粒的分析更为精确可靠。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的岩石颗粒分析方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的岩石颗粒分析装置的结构框图。

具体实施方式

碎屑岩中颗粒的大小、体积形状、整体分布状态等等在很大程度上反应了岩石形成时周围的环境因素、沉积速度等等信息，尤其是颗粒的粒径(颗粒直径)的大小更能够反应出颗粒成型时周围的环境以及水动力条件，是从整体上评价体现岩层储油状况的重要依据。

为此就需要对岩石中的颗粒进行充分的分析，但是由于颗粒粒度较小，分析困难，目前对岩石中的颗粒分析的方法各有侧重点，并且都存在一定的局限性，所勘测到的岩层中的颗粒直径往往准确度较低，并不能很好的体现岩层的特性。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。

如图1所示，图1为本发明实施例提供的岩石颗粒分析方法的流程示意图，该方法可以包括：

步骤s1：预先通过激光共聚焦扫描岩石样品各层不同深度分别进行扫描获得的二维图像信息。

本实施例中采用激光共聚焦扫描设备对岩石样品各层都进行扫描获得岩石样品的二维图像信息。该激光共聚焦扫描设备最常见的是激光共聚焦显微镜。

例如，可采用激光共聚焦显微镜向岩石样品发射共轭激光，通过调节激光共聚焦显微镜的激光参数，逐渐加深激光扫描岩石样品的深度，从而获得岩石样品各层不同深度的图像。

例如，激光共聚焦显微镜扫描岩石样品发射波波长可以是488nm，接收波段刻蚀是483nm-700nm，激光强度75mj。

具体地，每次增加扫描岩石样品深度可以在10um左右。

步骤s2：获得岩石样品的二维图像信息。

通过激光共聚焦扫描的仪器获得岩石样品各层的二维图像信息后，再将该二维图像信息发送至处理器，有处理器对该二维图像信息进行分析。

步骤s3：根据二维图像信息，获得岩石样品中的各个颗粒的形态信息。

步骤s4：根据各个颗粒的形态信息，获得各个颗粒的粒径。

步骤s5：根据各个颗粒的粒径，获得岩石样品中的颗粒在各个粒径区间的分布比例数据。

需要说明的是，因为本实施例中采用激光共聚焦扫描技术对岩石样品的各层都进行了扫描，那么即可获得岩石样品内部的图像信息，结合岩石样品的各层二维图像信息，即可获得岩石样品中的颗粒的形态信息，该形态信息具体可以是颗粒的形状，整体的分布状态等等；例如颗粒的形状是趋向于圆形还是条形，颗粒在岩石样品中是密集还是稀疏等等。再通过该颗粒的形态信息即可确定各个颗粒的粒径，最终可获得各个粒径区间内颗粒数量的百分比。

具体地，如表1所示，表1为某一岩石样品中三维粒度分析数据。

表1岩石三维粒度分析数据表

有表1可知，该岩石样品中的粒级分布大部分集中在细砂级别。

本发明中采用激光共聚焦扫描技术获取岩石样品内部的颗粒图像信息，并以此图像信息为基础对颗粒进行分析。相对于目前的筛选法、沉积法等方式而言，本实施例中获得岩石样品的颗粒图像信息更易操作，且对颗粒的种类尺寸等均不存在特殊要求，并且由于可以获得岩石样品内部的二维图像信息，也就能够获得更为准确的颗粒的形态信息，进而使得岩石中颗粒分析的结果更为精准，提高了岩石样品中颗粒分析的可信度。

基于上述任意实施例，在本发明的另一具体实施例中，对于上书步骤s3具体可以包括：

将岩石样品相邻各层对应的二维图像信息依次堆叠，创建岩石样品的三维立体图像；

根据三维立体图像，获得各个颗粒的形态信息。

需要说明的是，本发明中的关键在于通过激光共聚焦扫描技术获得岩石内部的颗粒信息。而将岩石样品各层的二维图像信息经过图像处理形成三维立体图像，是未了将岩石内部的颗粒信息进行展现的一种展现形式，该三维立体图像可以直接通过显示设备显示出来，用户可以更直观的观察岩石中各个颗粒的大小、体积、形状以及整体分布等信息。

当然，本发明中也并不必然需要创建三维立体图像，还可以基于岩石样品各层的二维图像信息，基于图标或坐标等形式进行展示，对此本发明中并不作限定。

可选地，在建立三维立体图像后，上述步骤s4具体可以包括：

基于均值偏移的特征空间分析技术，在三维立体图像中每个颗粒位置形成各分割成一个独立的闭合区域，其中，每个闭合区域的大小形状与对应的颗粒的形状大小相适应；

对各个颗粒对应的闭合区域进行颗粒标记。

具体地，岩石样品的三维立体图像中，颗粒的识别及分割应用基于均值偏移的特征空间分析技术，采用五维向量(两个经过规范化的坐标向量，三个规范化的颜色分量)进行聚类，将图像分割成独立的闭合区域，每个区域尽可能与岩屑颗粒对应，实现自然颗粒边缘的自动圈定。

另外，在选定岩石样品时，一般需要选定直径大于3mm的样品，在扫描岩石样品时，如果岩石样品面积过大，往往只是在岩石样品上选定一定的区域进行扫描。具体地，应当选取岩石样品上具有代表性的区域，即岩石样品上颗粒的分布大致上比较均匀区域。那么，在对三维立体图像中边缘位置的颗粒，就可能不是一个完整的颗粒，对颗粒进行圈定时，也就形成不了闭合区域。因此，本实施例中还可以进一步地包括：

在三维立体图像中完整的颗粒所在位置分割形成一个独立的闭合区域。

因为只有完整的颗粒才能形成一个独立的闭合区域，那么也就只需要对完整的颗粒才进行标记和统计。

如前所述，由于岩石样品中的颗粒一般都非常细小，因此，通过激光共聚焦技术扫描创建的三维立体图像中，肉眼也并不一定可见，因此往往就需要通过显微镜将三维立体图像放大观察，而三维立体图像中的颗粒一经放大，用户也就能够直观的观测到颗粒的整体形状以及分布状态，为用户提供了更为直观清晰的颗粒特性的信息。

因为采用显微镜观测三维立体图像，而显微镜可以观测的图像的区域有限，可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：

在三维立体图像上选定可视区域，获得可视区域内各个颗粒的形态信息，其中，可视区域被标记的颗粒数量不少于100个。

需要说明的是，该可视区域是由显微镜目镜的大小确定的，因此，在对岩石样品中颗粒进行观察时，可视区域的大小是确定的，但是要观察到更多数量的颗粒，就需要缩小对三维立体图像的放大倍数。

又因为对颗粒的粒径分布情况的统计是基于统计学原理，如果颗粒数量过少，也就不能够真实的反应出颗粒的分布状态的信息，因此，在对岩石样品中颗粒信息进行统计时，就要求该统计数量不少于100个。

可选地，在本发明的另一具体实施例中，还可以进一步地包括：

当所述三维立体图像完全显示在所述可视区域内，且所述可视区域内被标记的所述颗粒的数量少于100个，则重新扫描岩石样品上多个区域，并采用三维拼接技将岩石样品的多个区域的三维立体图像在可视区域拼接显示，使得可视区域内被标记的颗粒的数量不少于100个。

需要说明的时，当显微镜对三维立体图像放大的倍数调节到最小，使得整个三维立体图像均在可视区域内可见，但是三维立体图像中的颗粒数量依然不足，则说明对岩石样品扫描获得图像的区域过小，因此可以再在岩石样品上已经扫描创建了三维立体图像相邻位置处扫描图像，并创建新的三维立体图像，再基于三维拼接技术将已有的三维立体图像和新创建的三维立体图像进行拼接并通过显微镜显示，以增加通过显示镜显示观察到的可视区域内被标记的颗粒的数量。

基于上述任意实施例，在本发明的另一具体实施例中，上述步骤s4中根据所述三维立体图像，获得各个颗粒的所述形态信息包括：

对各个颗粒对应的闭合区域进行测量，获得各个颗粒的体积；

基于获得各个颗粒的粒径，其中v为颗粒的体积，d为颗粒的粒径。

具体地，获得岩石样品的三维立体图像，也就相当于获得岩石样品中颗粒的三维立体图像，以此三维立体图像为基准，即可测量各个颗粒的体积。

再将各个颗粒近似的视为球形，即可获得各个颗粒的粒径。

下面对本发明实施例提供的岩石颗粒分析装置进行介绍，下文描述的岩石颗粒分析装置与上文描述的岩石颗粒分析方法可相互对应参照。

图2为本发明实施例提供的岩石颗粒分析装置的结构框图，参照图2岩石颗粒分析装置可以包括：

图像获取模块100，用于获得岩石样品的二维图像信息，其中，所述扫描信息为对所述岩石样品各层不同深度分别进行激光共聚焦扫描获得的图像信息；

图像分析模块200，用于根据所述二维图像信息，获得所述岩石样品中的各个颗粒的形态信息；

数据获取模块300，用于根据各个所述颗粒的形态信息，获得各个所述颗粒的粒径；

数据分析模块400，用于根据各个所述颗粒的粒径，获得所述岩石样品中的颗粒在各个粒径区间的分布比例数据。

本实施例的岩石颗粒分析装置用于实现前述的岩石颗粒分析方法，因此岩石颗粒分析装置中的具体实施方式可见前文中的岩石颗粒分析方法的实施例部分，例如，图像获取模块100用于实现上述岩石颗粒分析方法中步骤s1和s2，图像分析模块200用于实现上述方法中步骤s3，数据获取模块300用于实现上述方法中步骤s4，数据分析模块400用于实现上述方法中步骤s5，所以，其具体实施方式可以参照相应的各个部分实施例的描述，在此不再赘述。

本发明发明中还提供了一种岩石颗粒分析设备，包括激光共聚焦扫描仪和处理器；

所述激光共聚焦扫描仪用于对岩石样品各层不同深度分别进行激光共聚焦扫描获得的二维图像信息；

所述处理器和所述激光共聚焦扫描仪相连接，用于根据所述二维图像信息，执行如上任意实施例所述的岩石颗粒分析方法的操作。

具体地，该激光共聚焦扫描仪可以是激光共聚焦显微镜，而该处理器可以是激光共聚焦显微镜内置的处理器芯片。但是本发明中也并不排除其他的激光共聚焦扫描仪，该处理器为和激光共聚焦扫描仪相连接的主机，总之，只要能够实现上述岩石颗粒分析方法即可。

本发明中还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有岩石颗粒分析方法的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意实施例所述岩石颗粒分析方法的步骤。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置、设备以及计算机可读存储介质而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。