一种RES尺度页岩等效三维孔隙参数快速提取方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种页岩等效三维孔隙参数快速提取方法，包括如下步骤：获取页岩样品扫描电镜成像图像；选取分割阈值，将电镜图像划分为四个组分；对孔隙按照连通区域大小进行划分；对较大区域和较小区域提取的有机孔、无机孔进行拼合；根据图像识别结果进行参数提取；根据升维变换，将获取的二维平面参数转换为等效三维参数；获取RES尺度的样品面积大小。该方法处理速度更快、提取结果更准确、有效信息数据获取更多，有利于准确评估页岩的储层储气能力和输送能力，同时能够快速分辨出有机孔、无机孔，并提取出等效三维参数，此外，该方法操作简单、计算自动化完成、计算效率高、适用性较强，能够对各种页岩样品进行分析研究。

A fast extraction method of equivalent 3D pore parameters of shale in res scale

【技术实现步骤摘要】
一种RES尺度页岩等效三维孔隙参数快速提取方法
本专利技术实施例涉及石油天然气地质勘探
，具体涉及一种RES尺度页岩等效三维孔隙参数快速提取方法。
技术介绍
“页岩气革命”将页岩气大规模勘探开发推向热潮，页岩气作为一种清洁的非常规能源拥有巨大的储量。页岩孔隙结构特征的提取是进行储量精确评估、孔隙网络运移能力计算的基础，也是页岩气勘探开发研究的重点。页岩内成分含量复杂，孔隙结构发育，主要成分为有机质、无机质和黄铁矿。在有机质内发育有有机孔、有机裂缝；在无机质内发育有无机孔、无机裂缝。由于有机孔隙和无机孔隙对气体的吸附、流动的影响有着很大的差别，故通过一定的技术手段将其进行分别提取，是很重要的。获取多孔介质孔隙结构的方法主要有流体注入法和直接观察法。流体注入法是通过低温氮吸附、低温二氧化碳吸附、压汞等手段，依据Kelvin方程建立起来的孔隙结构表征方法，目前已经得到广泛应用，但无法对有机孔隙和无机孔隙进行区分，也无法对裂缝进行单独提取。直接观察法是基于以扫描电镜为代表的显微技术发展起来的观察方法，能够得到页岩断面的图像直观信息。基于合理的图像处理技术，能够有效将图像所蕴含的信息进行定量化提取。但是，现有的用于获取页岩多孔介质孔隙结构的方法存在以下缺陷：(1)现有的处理方法处理速度较慢、提取结果精准度较低、有效信息数据获取有限，不利于准确评估页岩的储层储气能力和输送能力；(2)现有的处理方法无法对页岩有机孔隙和无机孔隙进行区分，也无法对裂缝进行单独提取，不利于对页岩样品进行准确的分析研究；(3)现有的处理方法适用性较低，只能处理部分或成像较好的页岩样品，使得研究结果说服力不足。
技术实现思路
为此，本专利技术实施例提供一种RES尺度页岩等效三维孔隙参数快速提取方法，该方法处理速度更快、提取结果更准确、有效信息数据获取更多，有利于准确评估页岩的储层储气能力和输送能力，同时，通过对页岩扫描电镜图像进行孔隙结构参数提取，能够快速分辨出有机孔、无机孔，并提取出等效三维参数，有利于对页岩样品进行准确的分析研究，此外，该方法操作简单、计算自动化完成、计算效率极高、适用性较强，能够对各种页岩样品以及不同成像品质的样品进行分析研究，使得研究结果更具说服力，能有效解决现有技术中存在的问题。为了实现上述目的，本专利技术实施例提供如下技术方案：一种RES尺度页岩等效三维孔隙参数快速提取方法，包括如下步骤：S100、页岩样品处理后通过扫描电镜观察，获取样品电镜图像，并对所述样品电镜图像进行预处理；S200、选取分割阈值，将所述样品电镜图像划分为孔、有机质、无机质、黄铁矿四个组分并标记，依据黄铁矿的标记结果，并提取其重心位置及长宽比信息，辨别由于扫描电镜的边缘增强效应导致孔隙边缘灰度值异常增大现象，记为“白边”，消除所述的“白边”将所述样品电镜图像还原为真实成分的灰度值；；S300、选定连通区域的面积临界值，对孔隙按照连通区域大小进行划分，对小区域进行二次提取，快速筛选并进行标记，区分出小区域内的有机孔和无机孔，对大区域进行单孔邻域提取，统计单孔邻域内各组分有效含量，并由此区分大区域内的有机孔和无机孔；S400、对较大区域和较小区域提取的有机孔、无机孔进行图像拼合，得到总体有机孔、无机孔的提取结果，并用bwlabel方法分别进行标记，进一步提取其孔隙结构参数；S500、根据图像识别结果进行参数提取，分别统计得到孔径参数、孔隙率参数、各组分含量参数，计算孔频率分布情况；S600、根据升维变换，将获取的二维平面参数转换为等效三维参数；S700、进行RES判断，获取RES尺度的样品面积大小。进一步地，在步骤S100中，具体包括：S101、选取样品，进行样品切割、表面打磨和抛光处理，得到符合扫描电镜观测所需尺寸的样品薄片；S102、通过扫描电镜观察，获取页岩样品系列扫描电镜成像图像，并将图像裁剪成为规则小块，单个图像大小为1024pixel×1024pixel；S103、裁剪除去图像黑边(如果有)，经过均值滤波和中值滤波，除去椒盐噪声，并使图像趋于平滑，具体为：提取图像灰度值非0的长方形区域四顶角位置，将长方形内的区域保留，长方形外的区域裁除；对裁除后的图像进行滤波处理，先利用均值滤波消除形貌扫描的非光滑性，再用中值滤波消除图像颗粒噪声。进一步地，在步骤S200中，将电镜图像划分为四个区域的具体步骤为：S201、选取所裁切图像中的代表性图像，即含有较多孔、有机质、无机质和黄铁矿的图像；S202、利用二值化方法分别调节孔划分阈值、有机质与无机质分割阈值、无机质与黄铁矿分割阈值；S203、根据三个分割阈值，对样品扫描电镜图像进行阈值分割，将每一张图像的要素分为孔、有机质、无机质和黄铁矿四组分，将图像灰度值小于孔阈值的区域划分为孔区域；将图像灰度值大于黄铁矿阈值的区域划分为黄铁矿区域；将图像灰度值小于基本阈值但大于孔阈值的区域划分为有机质区域；将图像灰度值大于基本阈值但小于黄铁矿阈值的区域划分为无机质区域。进一步地，在步骤S200中，进行“白边”消除的具体步骤为：将样品图像中各个连通的黄铁矿区域进行次序标记，统计各块面积并提取各个黄铁矿区块的边界坐标、重心坐标、长轴长、短轴长、等效半径等；计算各个黄铁矿区块的长轴与短轴长之比，并统计重心点附近3×3像素矩阵区域大小内，总计9个像素点的平均灰度值；若黄铁矿区块的长轴和短轴之比大于10，或者重心附近9个像素点平均灰度值小于黄铁矿阈值，则该黄铁矿区块实质为孔缝周缘的“白边”干扰；依据边界坐标找出包含该区块的最小长方形，给出长方形四个顶点坐标；从提取得到的最小长方形往外扩展等效半径尺寸，得到新的长方形作为该孔的邻域；当某向外扩充的邻域边遇到超出整体图像的边界时，以整体图像边界为准，作为邻域的边界，各边判断过程相互独立建。这就得到了邻域四边形区域。对各个连通块的邻域进行统计，分别计算各邻域内有机质、无机质的含量，特别是与黄铁矿区相接触的区域的有机质、无机质含量；统计邻域内接触区有机组分和内部有机组分的含量，进行加权相加，作为有机组分的整体等效含量，其中接触区有机组分权值是内部区有机组分权值的5倍，对无机质含量的统计也遵循该加权方法处理。进一步根据邻域内有机质组分与无机质组分的相对含量判断该“白边”的真实组成，若有机质含量高，认为该“白边”是有机质，将“白边”区域填充为有机质的灰度值；若无机质含量高，则认为该“白边”的真实成分是无机质，将“白边”区域填充为无机质的灰度值。进一步地，在步骤S300中，对小区域进行两次提取的具体步骤为：对有机质区域进行尺寸提取，将连通块面积小于临界面积A(像素值)的区域抽提出来，对该较小域按照孔阈值进行二次阈值分割，分割后如仍存在孔域，则为为无机较小孔；S302、提取孔区域的进行尺寸提取，将连通面积小于临界面积A(像素值)本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种页岩等效三维孔隙参数快速提取方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS100、页岩样品处理后通过扫描电镜观察，获取样品电镜图像，并对所述样品电镜图像进行预处理；/nS200、选取分割阈值，将所述样品电镜图像划分为孔、有机质、无机质、黄铁矿四个组分并初步标记，依据黄铁矿的标记结果，并提取其重心位置及长宽比信息，辨别由于扫描电镜的边缘增强效应导致孔隙边缘灰度值异常增大现象，记为“白边”，消除所述的“白边”将所述样品电镜图像还原为真实成分的灰度值；/nS300、选定连通区域的面积临界值，对孔隙按照连通区域大小进行划分：对小区域进行二次提取，快速筛选并进行标记，区分出有机较小孔和无机较小孔；对大区域进行单孔邻域提取，统计邻域内各组分有效含量，并由此区分有机较大孔和无机较大孔；/nS400、对较大区域和较小区域提取的有机孔、无机孔进行图像拼合，得到总体有机孔、无机孔的提取结果，并用bwlabel方法分别进行标记，进一步提取其参数；/nS500、根据图像识别结果进行参数提取，分别统计得到孔径参数、孔隙率参数、各组分含量参数，计算孔频率分布情况；/nS600、根据升维变换，将获取的二维平面参数转换为等效三维参数；/nS700、进行RES判断，获取RES尺度的样品面积大小。/n...

【技术特征摘要】
1.一种页岩等效三维孔隙参数快速提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、页岩样品处理后通过扫描电镜观察，获取样品电镜图像，并对所述样品电镜图像进行预处理；
S200、选取分割阈值，将所述样品电镜图像划分为孔、有机质、无机质、黄铁矿四个组分并初步标记，依据黄铁矿的标记结果，并提取其重心位置及长宽比信息，辨别由于扫描电镜的边缘增强效应导致孔隙边缘灰度值异常增大现象，记为“白边”，消除所述的“白边”将所述样品电镜图像还原为真实成分的灰度值；
S300、选定连通区域的面积临界值，对孔隙按照连通区域大小进行划分：对小区域进行二次提取，快速筛选并进行标记，区分出有机较小孔和无机较小孔；对大区域进行单孔邻域提取，统计邻域内各组分有效含量，并由此区分有机较大孔和无机较大孔；
S400、对较大区域和较小区域提取的有机孔、无机孔进行图像拼合，得到总体有机孔、无机孔的提取结果，并用bwlabel方法分别进行标记，进一步提取其参数；
S500、根据图像识别结果进行参数提取，分别统计得到孔径参数、孔隙率参数、各组分含量参数，计算孔频率分布情况；
S600、根据升维变换，将获取的二维平面参数转换为等效三维参数；
S700、进行RES判断，获取RES尺度的样品面积大小。


2.根据权利要求1所述的一种RES尺度页岩等效三维孔隙参数快速提取方法，其特征在于，在步骤S100中，具体包括：
S101、选取样品，进行样品切割、表面打磨和抛光处理，得到符合扫描电镜观测所需尺寸等要求的页岩样品薄片；
S102、通过扫描电镜观察，获取页岩样品系列扫描电镜成像图像，并将图像裁剪成为规则小块，单个图像大小为1024pixel×1024pixel；
S103、裁剪除去图像黑边，经过均值滤波和中值滤波，除去椒盐噪声，并使图像趋于平滑。


3.根据权利要求1所述的一种RES尺度页岩等效三维孔隙参数快速提取方法，其特征在于，在步骤S200中，将电镜图像划分为四个区域的具体步骤为：
S201、选取所裁切图像中的代表性图像，即含有较多孔、有机质、无机质和黄铁矿的图像；
S202、利用二值化方法分别调节孔划分阈值、有机质与无机质分割阈值、无机质与黄铁矿分割阈值；
S203、根据三个分割阈值，对样品扫描电镜图像进行阈值分割，将每一张图像的要素分为孔、有机质、无机质和黄铁矿四组分，将图像灰度值小于孔阈值的区域划分为孔区域；将图像灰度值大于黄铁矿阈值的区域划分为黄铁矿区域；将图像灰度值小于基本阈值但大于孔阈值的区域划分为有机质区域；将图像灰度值大于基本阈值但小于黄铁矿阈值的区域划分为无机质区域。


4.根据权利要求1所述的一种RES尺度页岩等效三维孔隙参数快速提取方法，其特征在于，在步骤S200中，进行“白边”消除的具体步骤为：
将样品图像中各个连通的黄铁矿区域进行次序标记，统计各块面积并提取各个黄铁矿区块的边界坐标、重心坐标、长轴长、短轴长、等效半径等；
计算各个黄铁矿区块的长轴与短轴长之比，并统计重心点及其附近3×3像素矩阵区域内，总计9个像素点的平均灰度值；
若黄铁矿区块的长轴和短轴之比大于10，或者重心附近9个像素点平均灰度值小于黄铁矿阈值，则判断该黄铁矿区块的实质为孔缝周缘的“白边”干扰，否则为真实黄铁矿；
依据该“黄铁矿区域”的边界坐标找出包含该区块的最小长方形，并给出长方形四个顶点坐标；
从提取得到的最小长方形四条边分别往外扩展“黄铁矿区域”的等效半径尺寸，得到新的长方形作为该孔的邻域；
当某向外扩充的邻域边遇到超出整体图像的边界时，以整体图像边界为准，作为邻域的边界，各孔邻域生成独立进行。这就得到了邻域四边形区域。
对各个连通“黄铁矿”块的邻域进行统计，分别计算各邻域内有机质、无机质的含量，特别是与黄铁矿区相接触的区域的有机质、无机质含量；
统计邻域内接触区有机组分和内部有机组分的含量，进行加权相加，作为有机组分的整体等效含量，其中接触区有机组分权值是内部区有机组分权值的5倍，对无机质含量的统计也遵循该加权方法处理。进一步根据邻域内有机质组分与无机质组分的相对含量判断该“白边”的真实组成，若有机质含量高，认为该“白边”是有机质，将“白边”区域填充为有机质的灰度值；若无机质含量高，则认为该“白边”的真实成分是无机质，将“白边”区域填充为无机质的灰度值。


5.根据权利要求1所述的一种RES尺度页岩等效三维孔隙参数快速提取方法，其特征在于，在步骤S300中，对小区域进行两次提取的具体步骤为：
S301、对有机质区域进行尺寸提取，将连通块面积小于面积临界值的区域抽提出来，对该较小域按照孔阈值进行二次阈值分割，分割后如仍存在孔域，则为为无机较小孔；
S302、提取孔区域的进行尺寸提取，将连通面积小于面积临界值的区域抽提出来，作为较小孔区域，对其扣除S301得到的无机较小孔区域，得到有机较小孔区域；
S303、对较小孔区域取孔域的补集...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，江文滨，姬莉莉，曹高辉，林缅，徐志鹏，周羁，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11