利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法，包括：1)利用CT扫描对岩心进行不同分辨率扫描，获取高低两种分辨率的三维数字岩心；2)基于三维数字岩心利用最大球算法提取岩心的三维孔隙空间网络，分别得到粗尺度和细尺度的孔隙网络模型；3)将利用最大球算法提取的粗尺度孔隙网络模型直接移植过来作为新模型中的粗尺度模型；结合细尺度网络的几何拓扑结构信息随机重建等效细尺度孔隙网络；4)通过孔隙网络跨尺度耦合实现粗尺度孔隙网络和等效细尺度孔隙网络的叠加。利用本发明专利技术构建的数字岩心更符合实际岩心的特征，实现了不同分辨率CT图像的融合构建多尺度三维数字岩心。

Method for constructing multi-scale three-dimensional digital core by using different resolution CT images

The invention discloses a method, using different resolution CT images to construct multi-scale 3D digital cores include: 1) of different resolution scanning on core by CT scanning, 3D digital cores obtained two kinds of high and low resolution; 2) 3D pore space network 3D digital core by using the maximum ball core extraction algorithm based on pore network model of coarse scale and fine scale were obtained; 3) will use the coarse scale pore network model to extract the maximal ball algorithm directly transplanted as the coarse scale model in the new model; combined with the fine scale network geometric topology information random reconstruction equivalent fine scale pore network; 4) through the pore network trans scale coupling to achieve coarse superposition scale pore network and equivalent pore network of fine scale. The digital core constructed by the invention accords with the characteristics of the actual core, realizes the fusion of CT images with different resolutions and constructs a three-dimensional digital core with multiple scales.

【技术实现步骤摘要】
利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法
本专利技术属于石油测井解释领域，涉及一种利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法。
技术介绍
测井目前面临着“三低两复杂”和“非常规”储层等地质问题的挑战，进一步加强对储层岩石物理性质的研究是提高测井解释符合率、准确评价油气产能的关键。储层岩石物理性质的深入研究可以基于以下两种手段：一是基于三维数字岩心的数值模拟方法，以数字岩心技术为基础，通过数值模拟获取储层不同尺度上的岩石物理特征参数，从而建立准确、有效的测井解释模型；二是物理模拟方法，研制新型的井下岩石物理测量装置，开展地层原始条件下的岩石物理定点、定向、定域测量，准确获取地层原始参数。由于井下岩石物理测量还处于探索阶段，因此目前最常用的方法还是通过数值模拟手段对储层岩石物理性质进行深入研究。X射线CT是一种无损三维成像方法，通过扫描实验获取岩心的三维灰度图像，灰度值反映了岩石不同组分对X射线吸收系数的差异，可区分岩石骨架和孔隙空间。再采用图像分割技术，将灰度图像转换为二值化图像，建立起三维数字岩心。对于碳酸盐储层非均质性强，孔隙类型多元化(孔、裂缝、洞等)，孔隙大小变化可达好几个数量级，不同尺度上的孔隙对储层的岩石物理特性均有影响，需开发多尺度融合算法解决CT扫描岩心尺寸与分辨率矛盾问题，拓展数字岩心技术在该领域中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法，该方法能够解决CT扫描岩心尺寸与分辨率矛盾问题，拓展数字岩心技术在非均质储层评价中的应用。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法，包括以下步骤：1)利用CT扫描对岩心进行不同分辨率扫描，获取高低两种分辨率的三维数字岩心；2)基于三维数字岩心利用最大球算法提取岩心的三维孔隙空间网络，分别得到粗尺度和细尺度的孔隙网络模型；3)将利用最大球算法提取的粗尺度孔隙网络模型直接移植过来作为新模型中的粗尺度模型；结合细尺度网络的几何拓扑结构信息随机重建等效细尺度孔隙网络；4)通过孔隙网络跨尺度耦合实现粗尺度孔隙网络和等效细尺度孔隙网络的叠加。本专利技术进一步的改进在于：所述步骤3)的具体方法为：3-1)首先利用低分辨率图像灰度与孔隙度概率的分布曲线确定微孔在粗尺度网络中的填充区域；通过下式(1)求出每个微孔灰度值为孔隙的概率Pφ：其中，T1为灰度值阈值下限，T2为灰度值阈值上限，n为微孔灰度值；假设多尺度孔隙网络的孔隙空间为Ω，粗尺度孔隙网络孔隙空间为Ω1，骨架的分布空间为Ω3，细尺度网络的填充空间域Ω2为：Ω2＝Ω-Ω1-Ω3(2)3-2)利用尺度变化因子和连通函数确定在粗尺度网络中需要生成的微孔隙数目和需要充填的喉道数目；根据配位数分布，按孔隙半径从大到小依次添加孔隙之间的连通喉道，并保证添加喉道的几何特征同原大孔隙网络一致，进而构建出同原始孔隙网络几何拓扑等效的随机孔隙网络模型。所述步骤3-2)中，微孔隙数目N'p由式(3)求得：N'p＝ξ3Np(3)其中，Np为原始细尺度网络中的孔隙数目，ξ为尺度变化因子。计算原细尺度孔隙网络中孔喉参数的相关性，两个随机变量S和T间的相关性用相关系数ρ(S,T)进行度量，对于S,T的序列{(s1,t1),...,(sn,tn)}，ρ定义为：其中，s、t分别表示两个随机变量，n表示序列里面变量个数；相关系数绝对值大表示相关性强；通过计算相关系数，确定各参数之间的从属关系。所述步骤3-2)中，根据原细尺度网络的连通函数计算需要充填的喉道数目：描述网络拓扑特征的连通性函数可通过简化的比欧拉示性数来描述孔隙的全局连通性由连通性函数来表示：式中，Np(r)为原始孔隙网络孔隙集合中半径大于r的孔隙的数目，Nt(r)为原始孔隙网络喉道集合中半径大于r的喉道数目，V为原始孔隙网络的体积；根据欧拉数定义得到需要填充的喉道数目Nt'(rk)表示为：Nt'(rk)＝N'p(rk)-χv(rk)V'(6)式中，N'p(rk)表示从新建孔隙集合p'中孔隙半径大于rk的孔隙数目，V'为新建网络的体积。利用微孔隙比例因子提高建模速度；引入微孔隙比例因子的概念，微孔隙比例因子是指在构建多尺度孔隙网络模型过程中实际填充的微孔隙数目N”pm占通过尺度变化因子计算所得微孔隙数目N'pm的比例，定义如下：α＝N”pm/N'pm×100％(7)结合微孔隙比例因子的定义，根据原始细尺度孔隙网络模型中孔隙的几何参数变量之间的概率分布函数和变量之间的相关性信息，能够在细尺度孔隙网络模型空间域中生成同原始细尺度孔隙网络几何拓扑结构信息等效的微孔隙，并根据统计分析随机产生各微孔隙单元半径、体积的形状因子，使各变量的概率分布与原始细尺度孔隙网络模型一样。所述步骤4)的具体方法为：4-1)确定跨尺度连接的最大孔隙间距：对于一个喉道连接的两个孔隙，半径为分别为r1,r2，定义孔隙间距di：di(N1,N2)＝d(N1,N2)-r1-r2(8)其中，N1、N2分别为任意两个孔隙的编号，d(N1,N2)为两个孔隙中心点的距离；遍历原始细尺度孔隙网络的孔隙间距，将max(di(N1,N2),i＝1,...,n)作为跨尺度连接的孔隙间距的最大值；4-2)确定跨尺度配位数：跨尺度配位数定义为一个粗尺度孔隙所能连接的细尺度孔隙的最大数目；对于原始细尺度孔隙网络，其一系列的孔隙{N1,N2,…,Nn}和喉道{B1,B2,…,Bm}，在区域的中心插入s个同心圆球，同时保证最大的球仍在孔隙网络内；计算数目NBj,j＝1,…,s，即穿透相应圆球的喉道数目；也即，如果d(p,N)为同心圆球p和孔隙N间的距离，Nk1和Nk2为喉道Bk连接的两孔隙，并且d(p,Nk1)＜d(p,Nk2)，则：NBj＝{Bk|d(p,Nk1)＜rj＜d(p,Nk2),k＝1,2…,m}；定义跨尺度系数γCSC其中，aj为第j个球的表面积，s为同心圆的数量，NBj为穿透相应圆球的喉道数目；跨尺度系数表示穿透单位孔隙面积的喉道数；为了确定交叉尺度配位数，考虑粗尺度孔隙网络中的一个孔隙，它的一部分表面积已被粗尺度的喉道占据；对于每一个粗尺度的孔隙Nc，对应半径为rc，粗尺度配位数zc，其交叉尺度配位数的计算公式为：其中，Ak为半径为rk的粗尺度喉道在球面上所占的面积：与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术解决了非均质性储层CT扫描岩心尺寸与分辨率矛盾问题。对于国外算法，微孔隙在岩心整个空间中均匀分布(包含骨架)，这与微孔隙的真实分布状态相违背，针对这个问题，专利技术了微孔非均匀分布多尺度三维数字岩心构建方法。利用本专利技术构建的数字岩心更符合实际岩心的特征，实现了不同分辨率CT图像的融合构建多尺度三维数字岩心。【附图说明】图1是利用CT扫描构建的数字岩心(左低分辨率扫描，右高分辨率扫描)；图2是基于数字岩心提取的粗尺度孔隙网络模型；图3是基于数字岩心提取的细尺度孔隙网络模型；图4是微孔非均匀分布的等效细尺度孔隙网络模型；图5(a)是低分辨率扫描图像二维切片；图5(b)是图像灰度-孔隙度概率对应关系；图6(a)是没有连接之前大小孔隙相互独立，其中N1、N2、N3代表大尺寸孔隙；图6(本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用CT扫描对岩心进行不同分辨率扫描，获取高低两种分辨率的三维数字岩心；2)基于三维数字岩心利用最大球算法提取岩心的三维孔隙空间网络，分别得到粗尺度和细尺度的孔隙网络模型；3)将利用最大球算法提取的粗尺度孔隙网络模型直接移植过来作为新模型中的粗尺度模型；结合细尺度网络的几何拓扑结构信息随机重建等效细尺度孔隙网络；4)通过孔隙网络跨尺度耦合实现粗尺度孔隙网络和等效细尺度孔隙网络的叠加。

【技术特征摘要】
1.利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用CT扫描对岩心进行不同分辨率扫描，获取高低两种分辨率的三维数字岩心；2)基于三维数字岩心利用最大球算法提取岩心的三维孔隙空间网络，分别得到粗尺度和细尺度的孔隙网络模型；3)将利用最大球算法提取的粗尺度孔隙网络模型直接移植过来作为新模型中的粗尺度模型；结合细尺度网络的几何拓扑结构信息随机重建等效细尺度孔隙网络；4)通过孔隙网络跨尺度耦合实现粗尺度孔隙网络和等效细尺度孔隙网络的叠加。2.根据权利要求1所述的利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法，其特征在于，所述步骤3)的具体方法为：3-1)首先利用低分辨率图像灰度与孔隙度概率的分布曲线确定微孔在粗尺度网络中的填充区域；通过下式(1)求出每个微孔灰度值为孔隙的概率Pφ：其中，T1为灰度值阈值下限，T2为灰度值阈值上限，n为微孔灰度值；假设多尺度孔隙网络的孔隙空间为Ω，粗尺度孔隙网络孔隙空间为Ω1，骨架的分布空间为Ω3，细尺度网络的填充空间域Ω2为：Ω2＝Ω-Ω1-Ω3(2)3-2)利用尺度变化因子和连通函数确定在粗尺度网络中需要生成的微孔隙数目和需要充填的喉道数目；根据配位数分布，按孔隙半径从大到小依次添加孔隙之间的连通喉道，并保证添加喉道的几何特征同原大孔隙网络一致，进而构建出同原始孔隙网络几何拓扑等效的随机孔隙网络模型。3.根据权利要求2所述的利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法，其特征在于，所述步骤3-2)中，微孔隙数目N'p由式(3)求得：N'p＝ξ3Np(3)其中，Np为原始细尺度网络中的孔隙数目，ξ为尺度变化因子。4.根据权利要求2所述的利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法，其特征在于，计算原细尺度孔隙网络中孔喉参数的相关性，两个随机变量S和T间的相关性用相关系数ρ(S,T)进行度量，对于S,T的序列{(s1,t1),...,(sn,tn)}，ρ定义为：其中，s、t分别表示两个随机变量，n表示序列里面变量个数；相关系数绝对值大表示相关性强；通过计算相关系数，确定各参数之间的从属关系。5.根据权利要求4所述的利用不同分辨率CT图像构建多尺度三维数字岩心的方法，其特征在于，所述步骤3-2)中，根据原细尺度网络的连通函数计算需要充填的喉道数目：描述网络拓扑特征的连通性函数可通过简化的比欧拉示性数来描述孔隙的全局连通性由连通性函数来表示：式中，Np(r)为原始孔隙网络孔隙集合中半径大于r的孔隙的数目，...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜黎明，李兵，冀昆，方朝强，
申请(专利权)人：中国石油天然气集团公司，中国石油集团测井有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11