基于Micro-CT技术的储层岩心三维实体模型重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及储层岩心三维实体模型重构技术，具体地说，涉及一种基于储层岩心 真实结构建立其三维实体模型的方法。
【背景技术】
[0002] 目前，储层岩心的建模方法主要有两类：一类是基于物理实验方法，该方法采用X 射线CT扫描仪等精度高的断层扫描设备对储层岩心进行扫描，获取储层岩心不同截面的 二维图像，再采用合适的三维重建算法建立储层岩心的三维实体模型。一类是基于数值重 建方法，该方面利用少量二维图片，通过数学统计的方法得到储层岩心孔隙及实体的统息， 在此基础上再采用相关的数学方法得到储层岩心三维实体模型。
[0003] 19世纪70年代以后，伴随着计算机技术和图像分析技术的发展，储层岩心网络建 模方式越来越多，涌现了一大批有效的建模方式。1974年Joshi提出高斯场法以及在其基 础上进一步发展出来的Quilier改进算法和Ioannidis加入快速傅利叶变化法后形成的算 法。这些算法从最开始实现二维岩心的建立发展到实现了 Fontainebleau砂岩三维模型的 建立，并且使得岩心问题的求解速度有了很大提升。1997年Hazlett提出模拟退火法，采 用该算法的最大局限在于其时间开销。在同一年Bakke和Oren提出另一种建立岩心的新 思路-过程法，并应用此法重建了 Fontainebleau砂岩的数字模型。2003年Bakke和Oren 在有效结合随机法和过程法的基础上建立起Berea砂岩的孔隙空间数字模型。
[0004] 国外对数字岩心技术研究的研究起步较早，目前技术发展也较为成熟，已经 建立了三个专业的数字岩心物理实验室，主要有澳大利亚国立大学的Digital core Laboratory、斯坦福大学的 Ingrain Digit al Rock Physics Lab 以及挪威的 Numerical Rocks实验室。在国内，中国石油大学（华东）已经展开了岩心方面的研究。目前重构储层 岩心三维实体模型的方法通常基于随机模拟的统计方法，该方法所需的储层岩心相关拓扑 信息，例如孔隙和喉道大小分布等主要靠人为地给定，与实际储层岩心的真实结构差异较 大，且模型重构效率较低，不利于后续的数值模拟研究。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷和不足，提供了一种基于 Micro-CT技术的储层岩心三维实体模型重构方法，该方法重构的储层岩心三维实体模型准 确性好、效率高，能够为储层岩心的物理属性和渗流特性的研究提供有效的媒介。
[0006] 根据本发明一实施例，提供了一种基于Micro-CT技术的储层岩心三维实体模型 重构方法，含有以下步骤：
[0007] ( -）采用Micro-CT技术对储层岩心进行扫描，获得储层岩心的断面扫描图像；
[0008] (二）采用中值滤波算法对图像进行预处理，去除图像所含噪声；
[0009] (三）采用分水岭算法对滤波后的图像进行图像分割，并提取分割后图像的三维 数据（X，y, Z, gray)，其中x、y为像素在图像中的坐标，Z为像素所在图像的序列号，gray为 像素的灰度图像；
[0010](四）根据步骤（三）中获得的图像三维数据，利用Marching Cubes算法生成储 层岩心的三维表面模型；
[0011](五）利用约束Delaunay四面体剖分算法，以步骤（四）中重构得到的储层岩心 的三维表面模型为约束，生成储层岩心的三维实体模型。
[0012] 在根据本发明实施例的储层岩心三维实体模型重构方法中，步骤（三）中，采用分 水岭算法分割图像的步骤为：设A表示窗口，A xiyS A的平移，其原点为（X，y)，
[0013] (1)利用灰度腐蚀运算和灰度膨胀运算对滤波后的图像进行图像简化，去掉图像 的噪声干扰，则图像B的腐蚀算子ε A (B)为：
?
[0015] 图像B的膨胀算子δ A (B)为：
[0017] 式中，（k，1)为转化后的图像B的平移坐标；
[0018] (2)计算灰度图像的形态学梯度，形态梯度图像为膨胀变换减去腐蚀变换：
[0019] g(x,y) = εΑ(Β) (x,y)-5A(B) (x, y) (3)
[0020] (3)根据梯度进行图像分割：
[0021] fB(f) = g(x, y) Xg(x, y)/255. 0 (4)
[0022] fB(f)为分割后图像，f为灰度图像的形态学梯度。
[0023] 在根据本发明实施例的储层岩心三维实体模型重构方法中，步骤（四）中，利用 Marching Cubes算法生成储层岩心的三维表面模型的步骤为：
[0024] (1)读入步骤（三）中获得的图像三维数据，且每两张图像上下相对应的四个点构 成一个立方体体素；
[0025] (2)通过线性插值方法计算出体素棱边与等值面的交点，其中，等值面是空间中所 有具有某个相同值的点的集合，设C为三维重构过程中给定的阈值，P为等值点坐标， Pl、P2 为两个端点的坐标，I、V2为两个端点的灰度；则对于某棱边，若V# V2，那么等值面一定与 此棱边相交，且交点坐标为：P = Pf(C-V1) (P1-P2V(V1-V2);
[0026] (3)根据体素中顶点与等值面的位置绘制三角面片，生成三维表面模型；
[0027] 在根据本发明实施例的储层岩心三维实体模型重构方法中，步骤（五）中，利用约 束Delaunay四面体剖分算法生成储层岩心的三维实体模型的步骤为：
[0028] (1)设包含储层岩心三维表面模型全部顶点的四面体为T，储层岩心三维表面模 型的顶点数据集合为C ;
[0029] (2)依次取集合C中一点p作为插入点，假设该点位于四面体T的一个四面体单元 t内。依据Delaunay剖分的空球准则进行判断，判断与四面体单元t的共面的四个邻接四 面体的外接球是否包含插入点p，若包含p，将该邻接四面体加入到Delaunay空腔中，若不 包含P，则四面体单元t与该邻接四面单元的公共三角面构成Delaunay空腔的边界面；
[0030] (3)删除Delaunay空腔中的四面体，留下空腔边界面的四个邻接四面体，连接插 入点p与Delaunay空腔边界面的顶点，形成新的四面体单元，并存入以储层岩心表面模型 为约束的Delaunay四面体集合D中；
[0031] (4)重复进行步骤（2)、（3)，直到所有的集合C中的点均被插入到四面体网格中， 生成以储层岩心三维表面模型为约束的储层岩心三维实体模型。
[0032] 根据本发明实施例提出的基于Micro-CT技术的储层岩心三维实体模型重构方 法，利用Micro-CT技术对储层岩心进行扫描，获得储层岩心的断面扫描图像，从而获得真 实储层岩心的CT图像，并采用分水岭算法对CT图像进行图像分割，并获得图像三维数据； 然后利用Marching Cubes算法生成储层岩心的三维表面模型；最后基于储层岩心的三维 表面模型为约束，利用限定Delaunay四面体剖分算法生成储层岩心的三维实体模型，实现 了由图像信息向三维拓扑信息的转化，建立与真实储层岩心结构相吻合的三维实体模型， 可有效地用于真实储层岩心的结构及渗流特性的描述和数字化管理。通过根据本发明实 施例的基于Micro-CT技术的储层岩心三维实体模型重构方法生成的储层岩心三维实体模 型，由于该方法基于真实储层岩心的断层扫描图像进行三维实体模型的建立，可有效地获 得真实储层岩心的三维实体模型，更接近真实的储层岩心结构，准确性好、效率高，其良好 的几何拓扑结构有利于进一步分析储层岩心的内部结构特征及渗流特性，具有针对性及实 用性，克服了现有技术在重构储层岩心三维实体模型时存在的准确性差、效率低等不足，为 储层岩心模拟特性研究的可靠性提供了有效保证。
【附图说明】
[0033] 附图1为本发明实施例储层岩心Micro-CT断层扫描图像。
[0034] 附图2为本发明实施例图像中值滤波后的效果图。
[0035] 附图3为本发明实施例分水岭算法分割图像后的效果图。
[0036] 附图4为本发明实施例Marching Cubes算法生成的储层岩心三维表面模型。
[0037] 附图5为本发明实施例储层岩心三维表面模型的剖面图。
[0038] 附图6为本发明实施例利用Delaunay四面体剖分算法生成的储层岩心三维实体 模型。
[0039] 附图7为本发明实施例储层岩心三维实体模型的剖面图。
【具体实施方式】
[0040] 以下结合附图对本发明实施例作进一步说明。
[0041] 以对碳酸盐岩岩心构建三维实体模型为例。本发明实施例提供的一种基于 Micro-CT技术的储层岩心三维实体模型重构方法，具体含有以下步骤：
[0042] ( -）采用Micro-CT技术对储层岩心进行扫描，获得储层岩心的断面扫描图像，断 层扫描图像如图1所示。