基于Micro-CT技术的储层岩心多组织模型构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及模型构建技术，具体地说，设及一种基于储层岩屯、真实结构建立其Ξ 维实体模型的方法。
【背景技术】
[0002] 储层岩石是一种天然非均质材料，可看作是由具有复杂几何形态的不同矿物颗 粒、云母及裂纹等组成的非均质多组织复合材料。各组织的物理和力学性质存在很大的差 异，各组织之间的相互作用直接影响了储层岩石的宏观力学特性和受力分布特征。普通岩 石物理试验过程中，研究人员难W观测研究岩石内部裂缝扩展情况和确定各组织之间的受 力情况。而通过构建储层岩石多组织模型，有助于研究人员对岩石破坏机理、裂缝扩展情况 及岩石内各组织之间的相互作用等有更深入的研究。
[0003] 目前，多组织建模技术在医学方面的应用较为广泛。国外从人体断层图像到多组 织人体模型技术的研究开展的较早，其中最具代表性的是SimBio和GEMSS项目。目前已实 现商业化的图像重建软件中，比较有代表性的有Amira和SimPleware等，两者均可W实现 原始图像预处理、面网格生成、体网格生成及材料属性复制等功能。国内对于多组织建模软 件关键技术的研究仍处于起步阶段。具有代表性的是清华大学的杨晓松提出的一种直接建 立四面体网格的方法，通过医学图像的体数据的分类，直接建立四面体网格，并且可W生成 具有自适应密度的多组织四面体模型。
[0004] 多组织岩屯、建模不同于医学中的多组织，其表面结构极其粗糖，表面细节多，组织 间的分界面复杂。现有医学方面的多组织建模方法针对人体器官，其组织表面较为平滑、 连续，不适用于储层岩屯、，模型构建效果较差，构建出的多组织模型无法还原储层岩屯、的 结构。在石油地质领域，Micro-CT技术主要用于岩屯、的快速无损检测，包括岩屯、的密度、 孔隙度及饱和度变化等。目前也存在利用Micro-CT扫描图像对岩屯、模型进行Ξ维重建， 并用于物理参数计算的研究，进行岩屯、结构重建并进行数值分析的研究也已存在，但基于 Micro-CT图像多组织岩屯、建模技术尚没有相关应用。
【发明内容】
阳0化]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技术的储层岩屯、多组织模型构建方法，该方法构建的多组织模型能够很好的还 原储层岩屯、组织的结构，提高储层岩屯、多组织模型构建结果的准确性。
[0006] 根据本发明一实施例，提供了一种基于Micro-CT技术的储层岩屯、多组织模型构 建方法，含有W下步骤：
[0007](一）采用Micro-CT技术对储层岩屯、进行扫描，获得储层岩屯、的断面扫描图像； [000引（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；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Ξ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；
[0009] (Ξ)根据步骤（二）中获得的图像Ξ维数据，利用Marching化bes算法生成储 层岩屯、的表面模型；
[0010] (四）利用约束Delaunay四面体剖分算法，W步骤（S)中重构得到的储层岩屯、 的表面模型为约束，生成储层岩屯、的四面体模型；
[0011] (五）对四面体模型顶点属性信息插值进行组织标记，找出与岩屯、的四面体模型 顶点属性信息插值相对应的多组织体数据点，将组织标记信息复制插入至岩屯、的四面体模 型中；经点对点的组织标记信息，得到一系列顶点带有组织标记的四面体单元，根据顶点的 组织信息，对四面体单元进行组织标记；
[0012] (六）通过插值计算，将属性不唯一的四面体单元进行分割，获得属性单一的四面 体单元，最终获得组织属性单一的多组织岩屯、四面体模型。
[0013] 在根据本发明实施例的储层岩屯、多组织模型构建方法中，步骤（二）中，采用分水 岭算法分割图像的步骤为：设A表示窗口，为A的平移，其原点为（X，y)，
[0014] (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εA度）为： 到
[0016]图像B的膨胀算子δA度）为： 阳 017]
(2)
[0018] 式中，化，1)为转化后的图像B的平移坐标；
[0019] (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：
[0020] g(x,y)=ε,(Β) (χ,γ)-δ,(Β) (χ,y) 做
[0021] (3)根据梯度进行图像分割：
[0022] Γβ(Γ) =g(x,y)Xg(x,y)/255. 0 (4)
[0023] 式中，fe(f)为分割后图像，f为灰度图像的形态学梯度。
[0024] 在根据本发明实施例的储层岩屯、多组织模型构建方法中，步骤（Ξ)中，利用 Marching化bes算法生成储层岩屯、的表面模型的步骤为：
[0025] (1)读入步骤（二）中获得的图像Ξ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；
[00%] (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Ξ维重构过程中给定的阔值，P为等值点坐标，Pi、P2 为两个端点的坐标，Vi、V2为两个端点的灰度；则对于某棱边，若V卢V2,那么等值面一定与 此棱边相交，且交点坐标为：P=Pi+(C-Vi) (Pi-P2)/(Vi-V2);
[0027] (3)根据体素中顶点与等值面的位置绘制Ξ角面化生成表面模型。
[002引在根据本发明实施例的储层岩屯、多组织模型构建方法中，步骤（四）中，利用约束Delaunay四面体剖分算法生成储层岩屯、的四面体模型的步骤为：
[0029] (1)设包含储层岩屯、表面模型全部顶点的四面体为T，储层岩屯、表面模型的顶点 数据集合为C;
[0030](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Ξ角面构成Delaunay空腔的边界面；
[00川 做删除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W储层岩屯、表面模型 为约束的Delaunay四面体集合D中；
[0032] (4)重复进行步骤似、（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W储层岩屯、表面模型为约束的储层岩屯、四面体模型。
[0033] 在根据本发明实施例的储层岩屯、多组织模型构建方法中，步骤（五）中，根据四面 体单元的顶点组织标记信息，将得到的四面体单元分为四面体四个顶点均无属性信息、四 面体单元中存在有属性的顶点和无属性的顶点、四面体单元的四个顶点均有属性值Ξ类。
[0034] 在根据本发明实施例的储层岩屯、多组织模型构建方法中，步骤（六）中，对属性不 唯一的四面体单元进行分割的步骤为： 阳0对 （1)棱边插值：假设四面体TWidzdsdA)顶点di(Xi,yi,Zi)、d2(X2, 72,Z2)属性不同， 根据两点之间的灰度值通过公式（5)进行插值计算，得到组织分割点42〇^2,712,212)，公式 (5)的表达式如下：
[0036]
(5)
[0037] (2)面分割：根据边分割点插入面分割点，对分割点进行连接；
[0038] (3)四面体切分：根据分割点插入及分割点、顶点的连接方式，对四面体进行切分 处理。
[0039] 在根据本发明实施例的储层岩屯、多组织模型构建方法中，步骤似中，边分割点 插入后，分割点连接时采用两种连接方式，一种方式采用顶点编号最小的方法，在需要进行 连接的点中始终选择顶点编号最小的点作为起点，连向对边的插值点；另一种方式采用面 的插值点作为分割点，面的插值点为面的重屯、。
[0040] 根据本发明实施例提出的基于Micro-CT技术的储层岩屯、多组织模型构建方法， W岩屯、的Micro-CT扫描图像为基础，通过图像处理、表面模型构建、四面体分割等方法，重 构出岩屯、的四面体模型，然后建立多组织岩屯、的模型，构建出的多组织模型能够有效还原 储层岩屯、的结构。通过根据本发明实施例的基于Micro-CT技术的储层岩屯、多组织模型构 建方法构建的多组织模型，能够很好的还原储层岩屯、各组织的结构，并适用于结构复杂、细 节较多的储层岩屯、的多组织模型构建；且在重构得到的储层岩屯、多组织模型的基础上进行 储层岩屯、力学性