基于Micro-CT技術的儲層巖心多組織模型構(gòu)建方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及模型構(gòu)建技術，具體地說，設及一種基于儲層巖屯、真實結(jié)構(gòu)建立其Ξ 維實體模型的方法。
【背景技術】
[0002] 儲層巖石是一種天然非均質(zhì)材料，可看作是由具有復雜幾何形態(tài)的不同礦物顆 粒、云母及裂紋等組成的非均質(zhì)多組織復合材料。各組織的物理和力學性質(zhì)存在很大的差 異，各組織之間的相互作用直接影響了儲層巖石的宏觀力學特性和受力分布特征。普通巖 石物理試驗過程中，研究人員難W觀測研究巖石內(nèi)部裂縫擴展情況和確定各組織之間的受 力情況。而通過構(gòu)建儲層巖石多組織模型，有助于研究人員對巖石破壞機理、裂縫擴展情況 及巖石內(nèi)各組織之間的相互作用等有更深入的研究。
[0003] 目前，多組織建模技術在醫(yī)學方面的應用較為廣泛。國外從人體斷層圖像到多組 織人體模型技術的研究開展的較早，其中最具代表性的是SimBio和GEMSS項目。目前已實 現(xiàn)商業(yè)化的圖像重建軟件中，比較有代表性的有Amira和SimPleware等，兩者均可W實現(xiàn) 原始圖像預處理、面網(wǎng)格生成、體網(wǎng)格生成及材料屬性復制等功能。國內(nèi)對于多組織建模軟 件關鍵技術的研究仍處于起步階段。具有代表性的是清華大學的楊曉松提出的一種直接建 立四面體網(wǎng)格的方法，通過醫(yī)學圖像的體數(shù)據(jù)的分類，直接建立四面體網(wǎng)格，并且可W生成 具有自適應密度的多組織四面體模型。
[0004] 多組織巖屯、建模不同于醫(yī)學中的多組織，其表面結(jié)構(gòu)極其粗糖，表面細節(jié)多，組織 間的分界面復雜?，F(xiàn)有醫(yī)學方面的多組織建模方法針對人體器官，其組織表面較為平滑、 連續(xù)，不適用于儲層巖屯、，模型構(gòu)建效果較差，構(gòu)建出的多組織模型無法還原儲層巖屯、的 結(jié)構(gòu)。在石油地質(zhì)領域，Micro-CT技術主要用于巖屯、的快速無損檢測，包括巖屯、的密度、 孔隙度及飽和度變化等。目前也存在利用Micro-CT掃描圖像對巖屯、模型進行Ξ維重建， 并用于物理參數(shù)計算的研究，進行巖屯、結(jié)構(gòu)重建并進行數(shù)值分析的研究也已存在，但基于 Micro-CT圖像多組織巖屯、建模技術尚沒有相關應用。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術存在的上述缺陷和不足，提供了一種基于Micro-CT技術的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法，該方法構(gòu)建的多組織模型能夠很好的還 原儲層巖屯、組織的結(jié)構(gòu)，提高儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建結(jié)果的準確性。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明一實施例，提供了一種基于Micro-CT技術的儲層巖屯、多組織模型構(gòu) 建方法，含有W下步驟：
[0007](一）采用Micro-CT技術對儲層巖屯、進行掃描，獲得儲層巖屯、的斷面掃描圖像； [000引（二）采用中值濾波算法對圖像進行預處理，去除圖像所含噪聲；采用分水嶺算法 對濾波后的圖像進行圖像分割，并提取分割后圖像的Ξ維數(shù)據(jù)（X，y，Z，gray)，其中X、y為 像素在圖像中的坐標，Z為像素所在圖像的序列號，gray為像素的灰度圖像；
[0009] (Ξ)根據(jù)步驟（二）中獲得的圖像Ξ維數(shù)據(jù)，利用Marching化bes算法生成儲 層巖屯、的表面模型；
[0010] (四）利用約束Delaunay四面體剖分算法，W步驟（S)中重構(gòu)得到的儲層巖屯、 的表面模型為約束，生成儲層巖屯、的四面體模型；
[0011] (五）對四面體模型頂點屬性信息插值進行組織標記，找出與巖屯、的四面體模型 頂點屬性信息插值相對應的多組織體數(shù)據(jù)點，將組織標記信息復制插入至巖屯、的四面體模 型中；經(jīng)點對點的組織標記信息，得到一系列頂點帶有組織標記的四面體單元，根據(jù)頂點的 組織信息，對四面體單元進行組織標記；
[0012] (六）通過插值計算，將屬性不唯一的四面體單元進行分割，獲得屬性單一的四面 體單元，最終獲得組織屬性單一的多組織巖屯、四面體模型。
[0013] 在根據(jù)本發(fā)明實施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（二）中，采用分水 嶺算法分割圖像的步驟為：設A表示窗口，為A的平移，其原點為（X，y)，
[0014] (1)利用灰度腐蝕運算和灰度膨脹運算對濾波后的圖像進行圖像簡化，去掉圖像 的噪聲干擾，則圖像B的腐蝕算子εA度）為： 到
[0016]圖像B的膨脹算子δA度）為： 陽 017]
(2)
[0018] 式中，化，1)為轉(zhuǎn)化后的圖像B的平移坐標；
[0019] (2)計算灰度圖像的形態(tài)學梯度，形態(tài)梯度圖像為膨脹變換減去腐蝕變換：
[0020] g(x,y)=ε,(Β) (χ,γ)-δ,(Β) (χ,y) 做
[0021] (3)根據(jù)梯度進行圖像分割：
[0022] Γβ(Γ) =g(x,y)Xg(x,y)/255. 0 (4)
[0023] 式中，fe(f)為分割后圖像，f為灰度圖像的形態(tài)學梯度。
[0024] 在根據(jù)本發(fā)明實施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（Ξ)中，利用 Marching化bes算法生成儲層巖屯、的表面模型的步驟為：
[0025] (1)讀入步驟（二）中獲得的圖像Ξ維數(shù)據(jù)，且每兩張圖像上下相對應的四個點構(gòu) 成一個立方體體素；
[00%] (2)通過線性插值方法計算出體素棱邊與等值面的交點，其中，等值面是空間中所 有具有某個相同值的點的集合，設C為Ξ維重構(gòu)過程中給定的闊值，P為等值點坐標，Pi、P2 為兩個端點的坐標，Vi、V2為兩個端點的灰度；則對于某棱邊，若V盧V2,那么等值面一定與 此棱邊相交，且交點坐標為：P=Pi+(C-Vi) (Pi-P2)/(Vi-V2);
[0027] (3)根據(jù)體素中頂點與等值面的位置繪制Ξ角面化生成表面模型。
[002引在根據(jù)本發(fā)明實施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（四）中，利用約束Delaunay四面體剖分算法生成儲層巖屯、的四面體模型的步驟為：
[0029] (1)設包含儲層巖屯、表面模型全部頂點的四面體為T，儲層巖屯、表面模型的頂點 數(shù)據(jù)集合為C;
[0030](2)依次取集合C中一點P作為插入點，假設該點位于四面體T的一個四面體單元 t內(nèi)。依據(jù)Delaunay剖分的空球準則進行判斷，判斷與四面體單元t的共面的四個鄰接四 面體的外接球是否包含插入點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Ξ角面構(gòu)成Delaunay空腔的邊界面；
[00川 做刪除Delaunay空腔中的四面體，留下空腔邊界面的四個鄰接四面體，連接插 入點P與Delaunay空腔邊界面的頂點，形成新的四面體單元，并存入W儲層巖屯、表面模型 為約束的Delaunay四面體集合D中；
[0032] (4)重復進行步驟似、（3)，直到所有的集合C中的點均被插入到四面體網(wǎng)格中， 生成W儲層巖屯、表面模型為約束的儲層巖屯、四面體模型。
[0033] 在根據(jù)本發(fā)明實施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（五）中，根據(jù)四面 體單元的頂點組織標記信息，將得到的四面體單元分為四面體四個頂點均無屬性信息、四 面體單元中存在有屬性的頂點和無屬性的頂點、四面體單元的四個頂點均有屬性值Ξ類。
[0034] 在根據(jù)本發(fā)明實施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（六）中，對屬性不 唯一的四面體單元進行分割的步驟為： 陽0對 （1)棱邊插值：假設四面體TWidzdsdA)頂點di(Xi,yi,Zi)、d2(X2, 72,Z2)屬性不同， 根據(jù)兩點之間的灰度值通過公式（5)進行插值計算，得到組織分割點42〇^2,712,212)，公式 (5)的表達式如下：
[0036]
(5)
[0037] (2)面分割：根據(jù)邊分割點插入面分割點，對分割點進行連接；
[0038] (3)四面體切分：根據(jù)分割點插入及分割點、頂點的連接方式，對四面體進行切分 處理。
[0039] 在根據(jù)本發(fā)明實施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟似中，邊分割點 插入后，分割點連接時采用兩種連接方式，一種方式采用頂點編號最小的方法，在需要進行 連接的點中始終選擇頂點編號最小的點作為起點，連向?qū)叺牟逯迭c；另一種方式采用面 的插值點作為分割點，面的插值點為面的重屯、。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明實施例提出的基于Micro-CT技術的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法， W巖屯、的Micro-CT掃描圖像為基礎，通過圖像處理、表面模型構(gòu)建、四面體分割等方法，重 構(gòu)出巖屯、的四面體模型，然后建立多組織巖屯、的模型，構(gòu)建出的多組織模型能夠有效還原 儲層巖屯、的結(jié)構(gòu)。通過根據(jù)本發(fā)明實施例的基于Micro-CT技術的儲層巖屯、多組織模型構(gòu) 建方法構(gòu)建的多組織模型，能夠很好的還原儲層巖屯、各組織的結(jié)構(gòu)，并適用于結(jié)構(gòu)復雜、細 節(jié)較多的儲層巖屯、的多組織模型構(gòu)建；且在重構(gòu)得到的儲層巖屯、多組織模型的基礎上進行 儲層巖屯、力學性