基于Micro-CT技術(shù)的儲層巖心三維實(shí)體模型重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及儲層巖心三維實(shí)體模型重構(gòu)技術(shù)，具體地說，涉及一種基于儲層巖心 真實(shí)結(jié)構(gòu)建立其三維實(shí)體模型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，儲層巖心的建模方法主要有兩類：一類是基于物理實(shí)驗(yàn)方法，該方法采用X 射線CT掃描儀等精度高的斷層掃描設(shè)備對儲層巖心進(jìn)行掃描，獲取儲層巖心不同截面的 二維圖像，再采用合適的三維重建算法建立儲層巖心的三維實(shí)體模型。一類是基于數(shù)值重 建方法，該方面利用少量二維圖片，通過數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)的方法得到儲層巖心孔隙及實(shí)體的統(tǒng)息， 在此基礎(chǔ)上再采用相關(guān)的數(shù)學(xué)方法得到儲層巖心三維實(shí)體模型。
[0003] 19世紀(jì)70年代以后，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像分析技術(shù)的發(fā)展，儲層巖心網(wǎng)絡(luò)建 模方式越來越多，涌現(xiàn)了一大批有效的建模方式。1974年Joshi提出高斯場法以及在其基 礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展出來的Quilier改進(jìn)算法和Ioannidis加入快速傅利葉變化法后形成的算 法。這些算法從最開始實(shí)現(xiàn)二維巖心的建立發(fā)展到實(shí)現(xiàn)了 Fontainebleau砂巖三維模型的 建立，并且使得巖心問題的求解速度有了很大提升。1997年Hazlett提出模擬退火法，采 用該算法的最大局限在于其時(shí)間開銷。在同一年Bakke和Oren提出另一種建立巖心的新 思路-過程法，并應(yīng)用此法重建了 Fontainebleau砂巖的數(shù)字模型。2003年Bakke和Oren 在有效結(jié)合隨機(jī)法和過程法的基礎(chǔ)上建立起B(yǎng)erea砂巖的孔隙空間數(shù)字模型。
[0004] 國外對數(shù)字巖心技術(shù)研究的研究起步較早，目前技術(shù)發(fā)展也較為成熟，已經(jīng) 建立了三個(gè)專業(yè)的數(shù)字巖心物理實(shí)驗(yàn)室，主要有澳大利亞國立大學(xué)的Digital core Laboratory、斯坦福大學(xué)的 Ingrain Digit al Rock Physics Lab 以及挪威的 Numerical Rocks實(shí)驗(yàn)室。在國內(nèi)，中國石油大學(xué)（華東）已經(jīng)展開了巖心方面的研究。目前重構(gòu)儲層 巖心三維實(shí)體模型的方法通常基于隨機(jī)模擬的統(tǒng)計(jì)方法，該方法所需的儲層巖心相關(guān)拓?fù)?信息，例如孔隙和喉道大小分布等主要靠人為地給定，與實(shí)際儲層巖心的真實(shí)結(jié)構(gòu)差異較 大，且模型重構(gòu)效率較低，不利于后續(xù)的數(shù)值模擬研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷和不足，提供了一種基于 Micro-CT技術(shù)的儲層巖心三維實(shí)體模型重構(gòu)方法，該方法重構(gòu)的儲層巖心三維實(shí)體模型準(zhǔn) 確性好、效率高，能夠?yàn)閮訋r心的物理屬性和滲流特性的研究提供有效的媒介。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，提供了一種基于Micro-CT技術(shù)的儲層巖心三維實(shí)體模型 重構(gòu)方法，含有以下步驟：
[0007] ( -）采用Micro-CT技術(shù)對儲層巖心進(jìn)行掃描，獲得儲層巖心的斷面掃描圖像；
[0008] (二）采用中值濾波算法對圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除圖像所含噪聲；
[0009] (三）采用分水嶺算法對濾波后的圖像進(jìn)行圖像分割，并提取分割后圖像的三維 數(shù)據(jù)（X，y, Z, gray)，其中x、y為像素在圖像中的坐標(biāo)，Z為像素所在圖像的序列號，gray為 像素的灰度圖像；
[0010](四）根據(jù)步驟（三）中獲得的圖像三維數(shù)據(jù)，利用Marching Cubes算法生成儲 層巖心的三維表面模型；
[0011](五）利用約束Delaunay四面體剖分算法，以步驟（四）中重構(gòu)得到的儲層巖心 的三維表面模型為約束，生成儲層巖心的三維實(shí)體模型。
[0012] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲層巖心三維實(shí)體模型重構(gòu)方法中，步驟（三）中，采用分 水嶺算法分割圖像的步驟為：設(shè)A表示窗口，A xiyS A的平移，其原點(diǎn)為（X，y)，
[0013] (1)利用灰度腐蝕運(yùn)算和灰度膨脹運(yùn)算對濾波后的圖像進(jìn)行圖像簡化，去掉圖像 的噪聲干擾，則圖像B的腐蝕算子ε A (B)為：
?
[0015] 圖像B的膨脹算子δ A (B)為：
[0017] 式中，（k，1)為轉(zhuǎn)化后的圖像B的平移坐標(biāo)；
[0018] (2)計(jì)算灰度圖像的形態(tài)學(xué)梯度，形態(tài)梯度圖像為膨脹變換減去腐蝕變換：
[0019] g(x,y) = εΑ(Β) (x,y)-5A(B) (x, y) (3)
[0020] (3)根據(jù)梯度進(jìn)行圖像分割：
[0021] fB(f) = g(x, y) Xg(x, y)/255. 0 (4)
[0022] fB(f)為分割后圖像，f為灰度圖像的形態(tài)學(xué)梯度。
[0023] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲層巖心三維實(shí)體模型重構(gòu)方法中，步驟（四）中，利用 Marching Cubes算法生成儲層巖心的三維表面模型的步驟為：
[0024] (1)讀入步驟（三）中獲得的圖像三維數(shù)據(jù)，且每兩張圖像上下相對應(yīng)的四個(gè)點(diǎn)構(gòu) 成一個(gè)立方體體素；
[0025] (2)通過線性插值方法計(jì)算出體素棱邊與等值面的交點(diǎn)，其中，等值面是空間中所 有具有某個(gè)相同值的點(diǎn)的集合，設(shè)C為三維重構(gòu)過程中給定的閾值，P為等值點(diǎn)坐標(biāo)， Pl、P2 為兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)，I、V2為兩個(gè)端點(diǎn)的灰度；則對于某棱邊，若V# V2，那么等值面一定與 此棱邊相交，且交點(diǎn)坐標(biāo)為：P = Pf(C-V1) (P1-P2V(V1-V2);
[0026] (3)根據(jù)體素中頂點(diǎn)與等值面的位置繪制三角面片，生成三維表面模型；
[0027] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲層巖心三維實(shí)體模型重構(gòu)方法中，步驟（五）中，利用約 束Delaunay四面體剖分算法生成儲層巖心的三維實(shí)體模型的步驟為：
[0028] (1)設(shè)包含儲層巖心三維表面模型全部頂點(diǎn)的四面體為T，儲層巖心三維表面模 型的頂點(diǎn)數(shù)據(jù)集合為C ;
[0029] (2)依次取集合C中一點(diǎn)p作為插入點(diǎn)，假設(shè)該點(diǎn)位于四面體T的一個(gè)四面體單元 t內(nèi)。依據(jù)Delaunay剖分的空球準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，判斷與四面體單元t的共面的四個(gè)鄰接四 面體的外接球是否包含插入點(diǎn)p，若包含p，將該鄰接四面體加入到Delaunay空腔中，若不 包含P，則四面體單元t與該鄰接四面單元的公共三角面構(gòu)成Delaunay空腔的邊界面；
[0030] (3)刪除Delaunay空腔中的四面體，留下空腔邊界面的四個(gè)鄰接四面體，連接插 入點(diǎn)p與Delaunay空腔邊界面的頂點(diǎn)，形成新的四面體單元，并存入以儲層巖心表面模型 為約束的Delaunay四面體集合D中；
[0031] (4)重復(fù)進(jìn)行步驟（2)、（3)，直到所有的集合C中的點(diǎn)均被插入到四面體網(wǎng)格中， 生成以儲層巖心三維表面模型為約束的儲層巖心三維實(shí)體模型。
[0032] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于Micro-CT技術(shù)的儲層巖心三維實(shí)體模型重構(gòu)方 法，利用Micro-CT技術(shù)對儲層巖心進(jìn)行掃描，獲得儲層巖心的斷面掃描圖像，從而獲得真 實(shí)儲層巖心的CT圖像，并采用分水嶺算法對CT圖像進(jìn)行圖像分割，并獲得圖像三維數(shù)據(jù)； 然后利用Marching Cubes算法生成儲層巖心的三維表面模型；最后基于儲層巖心的三維 表面模型為約束，利用限定Delaunay四面體剖分算法生成儲層巖心的三維實(shí)體模型，實(shí)現(xiàn) 了由圖像信息向三維拓?fù)湫畔⒌霓D(zhuǎn)化，建立與真實(shí)儲層巖心結(jié)構(gòu)相吻合的三維實(shí)體模型， 可有效地用于真實(shí)儲層巖心的結(jié)構(gòu)及滲流特性的描述和數(shù)字化管理。通過根據(jù)本發(fā)明實(shí) 施例的基于Micro-CT技術(shù)的儲層巖心三維實(shí)體模型重構(gòu)方法生成的儲層巖心三維實(shí)體模 型，由于該方法基于真實(shí)儲層巖心的斷層掃描圖像進(jìn)行三維實(shí)體模型的建立，可有效地獲 得真實(shí)儲層巖心的三維實(shí)體模型，更接近真實(shí)的儲層巖心結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確性好、效率高，其良好 的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有利于進(jìn)一步分析儲層巖心的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特征及滲流特性，具有針對性及實(shí) 用性，克服了現(xiàn)有技術(shù)在重構(gòu)儲層巖心三維實(shí)體模型時(shí)存在的準(zhǔn)確性差、效率低等不足，為 儲層巖心模擬特性研究的可靠性提供了有效保證。
【附圖說明】
[0033] 附圖1為本發(fā)明實(shí)施例儲層巖心Micro-CT斷層掃描圖像。
[0034] 附圖2為本發(fā)明實(shí)施例圖像中值濾波后的效果圖。
[0035] 附圖3為本發(fā)明實(shí)施例分水嶺算法分割圖像后的效果圖。
[0036] 附圖4為本發(fā)明實(shí)施例Marching Cubes算法生成的儲層巖心三維表面模型。
[0037] 附圖5為本發(fā)明實(shí)施例儲層巖心三維表面模型的剖面圖。
[0038] 附圖6為本發(fā)明實(shí)施例利用Delaunay四面體剖分算法生成的儲層巖心三維實(shí)體 模型。
[0039] 附圖7為本發(fā)明實(shí)施例儲層巖心三維實(shí)體模型的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040] 以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步說明。
[0041] 以對碳酸鹽巖巖心構(gòu)建三維實(shí)體模型為例。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于 Micro-CT技術(shù)的儲層巖心三維實(shí)體模型重構(gòu)方法，具體含有以下步驟：
[0042] ( -）采用Micro-CT技術(shù)對儲層巖心進(jìn)行掃描，獲得儲層巖心的斷面掃描圖像，斷 層掃描圖像如圖1所示。