数字岩心--孔隙结构三维模型重构技术
基于岩石铸体薄片图像的数字岩心三维重构
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数 字岩 心三 维重 构 旨在进 行岩 石 的孔 隙 网络建 模（ ｐ ｏ ｒ ｅ ｎ ｅ ｔ ｗ ｏ ｒ ｋ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｇ ，Ｐ Ｎ Ｍ） 。Ｐ Ｎ Ｍ 是 作 为 岩
空 间微 观 结 构 分 析 与 格 子 Ｂ ｏ ｌ ｔ ｚ ｍａ ｎ ｎ方 法 对 上 述 数 字 岩 心 的 结 构 特 征 和 渗 流 模 拟 性 质 进 行 评
石复杂孔隙空问结构的一种等价而被提 出的， 其准 确且详细的微观结构无法通过二维的岩石铸体薄片 图像进行估算 ， 其测定方式必须通过三维模型 。一 般情况 下 ， 传统 手 工 的建 模 方式 显得 繁琐 费时 ， 其 三 维模型的生产效率也非常低 ， 而岩石样本 中的孔隙 结构 分布 相 当复杂 ， 对 于 手工 方 法 建 模 来 说 工 艺 技 术难 度很 大 。在 上述 背 景 条 件 下 ， 进 行 高 效 数 字 岩 心 三维建 模 的 自动 化技 术 是 非 常 必 要 且 合适 的 ， 三 维模 型 的 自动化 建立 能够 帮 助工程 研究 人员 减 少设 计 周期 ， 降低设 计费用 ， 从 而 提 高 经 济 收益 。例 如， 三维重构的数字岩心使得油层物性实验周期相 对 于传 统 物性 实验 大 大 缩 短 ， 提 高 实 验 结 果 的 时效 性， 并 且不 会 因为 实 验方 法 因素 对 岩 心 样 本造 成破 坏， 可 以反 复进 行实 验 。 在数 字 岩 心三 维 重 构研 究 方 面 ， 中 国石 油 大学 的 姚军 、 赵秀才 、 陶 果 等 在 此 领 域 进 行 卓 有 成 效 的 研 究工 作 ， 其 依 据 岩 心 切 片 或 粒 度 组 成 曲 线 等 岩 心资料 ， 系统研 究 Ｃ Ｔ扫 描 法 、 模 拟 退 火 法 和 过 程 模 拟 法 建 立 数 字 岩 芯 的理 论 与方 法 ， 建 立 人 造 岩 心、 砂 岩 和碳 酸 岩 盐 等 岩 样 的数 字 岩 心 ， 采 用 孔 隙
低渗气藏微观孔隙结构三维重构研究
低渗气藏微观孔隙结构三维重构研究储层岩石微观孔隙结构异常复杂,岩石孔隙结构等价孔隙网络模型和微观尺度渗流研究是目前国际学术界研究的热点,具有十分重要的意义。
数字岩心和孔隙网络模型是开展微观渗流模拟研究的基础平台；本文针对低渗气藏开展了微观孔隙结构三维重构研究,采用微CT扫描法建立真实岩心的数字岩心,使用基于最大球算法的孔隙网络抽取方法建立与数字岩心等价的孔隙网络模型,借助孔隙级流动模拟理论和方法预测孔隙网络模型的孔隙度和渗透率。
通过上述研究,主要获得了以下认识：(1)微CT扫描法是构建数字岩心的一种非常有效的物理实验方法,具有精度高、不破坏原始岩样的优点,其建模质量的好坏主要取决于CT机的扫描精度(分辨率)(2)本文在二维中值滤波算法的基础上提出的三维中值滤波算法在图像滤波处理中可以很好地去除系统噪声,使得图像中孔隙和岩石骨架之间的过渡变得自然,灰度分布区间化更加明显,有利于划分孔隙和岩石骨架,同时可以剔除大部分的孤立孔隙和岩石骨架。
(3)基于立方体孔隙度的REV分析方法与自相关函数均可以度量数字岩心的表征体元尺寸；通过数字岩心尺寸与表征体元尺寸的对比,可以选取能够表征岩石孔隙结构和宏观特性的数字岩心,使得后续渗流模拟研究具有物理意义。
(4)基于最大球算法的孔隙网络抽取方法可以有效地将岩心孔隙空间划分为孔隙和喉道,建立与数字岩心等价的孔隙网络模型,保留了数字岩心孔隙空间拓扑结构及几何特征。
(5)使用真实岩心压汞实验数据确定岩心孔隙结构参数,与孔隙网络参数进行对比分析,并分别对实验孔隙结构参数和模型孔隙结构参数进行分形表征对比,可以很好地评价孔隙网络模型的准确性。
(6)以孔隙网络模型为基础开展微观流动模拟研究,预测孔隙网络模型的孔隙度和绝对渗透率,预测结果与数字岩心的分析结果及真实岩心的实验结果高度吻合,进一步验证了孔隙网络模型的准确性；同时利用孔隙网络模型预测油水(气水)两相水驱过程的相对渗透率,预测结果符合相渗曲线特征,说明预测结果的正确性,具有一定的参考价值。
石油勘探开发中的两种三维技术
勘探开发石油勘探孖轚中的三维声波测井仪器技术早期的声波测量方法相对简单， 只是将地震信号与岩层进行对照拟 合。
现在，声波测量能掲示许多储层 与井眼特性，可以用来推导原始和次 生孔隙度、渗透率、岩性、孔隙压 力、侵入、各向异性、矿物组份、流 体类型、应力大小和方向、裂缝及其 方位，以及套管-水泥胶结质量等。
地 层特性通常有很强的方位性，因此， 必须进行三维测量才能提供完整的描 述。
三维声波能提供轴向（沿井筒 方向）、周向（顺着井周）、径向 (垂直于井筒方向）三个方向上的 测井数据。
井眼周围和较远处的变两种三雄技术■王大锐确的地层方位信息；采用较大功率发 射换能器及灵敏度更高的信号处理 电路，使得径向探测深度得到显著提 高，从而能获得更丰富、更深入的原 状地层信息，如图1所示。
传统的单极子声波测井技术可以 用来评价均匀地层；正交偶极子声波 测井技术可以用来评价对称轴沿水平 方向的横向各向同性地层。
随着勘探 开发的不断深入，石油勘探、开采的测井数据；（2)提供探测深度更高 的径向地层信息，包括评价井旁有 无污染带，评价地层伤害的程度， 准确测量原状地层的声波时差，为 地层流体测试、压力测试等各种近 井壁地层测试技术和井壁取心提供 可靠参考依据，为防砂作业提供依 据；（3)提供井周不均匀地层的 方位评价信息，准确评价井周地层 的声学和力学的周向不均匀性，为 定向钻井提供依据，为定向射孔提供距离，判断井孔是否穿过界面；(4)提供套管井水泥胶结质量评价 和地层评价信息。
虽然国外的三维声波测井技术发 展较早，但真正投入生产应用时间还化取决于多钟因素，包括井眼相对 于沉积层的角度。
水平地层中直井 的轴向变化是最典型的，能够指示 岩性、流体含量、孔隙度和渗透率 的变化。
由于应力分布不均匀以及 钻井引起的近井力学和化学变化， 造成了径向流体和岩石特性的变 化。
周向变化能表明由于矿物颗粒 分层、裂缝排列和应力差引起的各 向异性。
数字岩心技术
岩心数字化成像技术
Carbonate with macropores
resolution: 0.34 mm
Carbonate with micropores
resolution: 0.068 mm
Sandstone with sheer bands
resolution 1.05mm
Sheer band
resolution 0.063mm
Siltstone with macropores
Siltstone with micropores
resolution: 1.0 mm
resolution: 0.14 mm
5
3-D 孔隙介质图像重构模型
利用最新技术, 将二维图像构成三维结构, 更加简捷, 快速, 经济
3D binary image
Realistic network
10
ห้องสมุดไป่ตู้
数字岩芯能解决什么问题： 工业界的应用
• 可以全面深入分析油藏岩石的内部结构，比如说孔隙的大小和连通。 • 可以迅速准确地计算出岩芯的渗透率以及多相流特性。把半年或一 年的工作缩短至几个小时。
• 还可以迅速准确地计算出岩芯的其它物理性质，例如，电阻率，导 磁性，核磁共振，声波以及地震波性等等。
reservoir scale simulation
12
11
mm to cm
微孔到油藏尺度
Accounting heterogeneity in lithology, wettability, rock structure across all the scales
数字岩心
Porosity
• Video_DryWetCarbonate
3D image registration of a dry and wet (waterflooded) reservoir carbonate sample. The darker regions in the wet image show where the residual non-wetting fluid lies. Using image registration, we are able to observe, and ultimately enumerate for, regions of remaining oil/gas saturation at the pore scale
• ① 样品易得，速度快，费用低； • ②定量研究储层微观参数对岩石宏观物理属性的
影响； • ③ 模拟常规实验难以测量的物理量，如三相相对
渗透率； • ④ 研究多种微观参数之间的关系； • ⑤ 对于裂缝性碳酸盐岩、页岩、油砂等取心困难
的岩石，可计算各种岩石物理属性。
4. 数字岩心模拟步骤(1):
准备样品（岩心，岩屑等）
Porosity
Different prosity types, from nanometer to plug scale, including identification of connected, producible, capillary bound, and total porosity.
Capillary Pressure
Calibration and match of capillary pressure data to 3D Digitalcore analysis
基于三维数字岩心的油页岩裂解孔隙重构及表征研究
基于三维数字岩心的油页岩裂解孔隙重构及表征研究目录1. 内容概述 (3)1.1 研究背景 (3)1.2 研究意义 (4)1.3 文献综述 (5)1.4 研究内容与方法 (6)2. 三维数字岩心的构建与处理 (7)2.1 数字岩心的采集与数据获取 (8)2.2 数字岩心的预处理 (10)2.3 数字岩心的三维重建 (10)2.4 数字岩心的质量评估 (11)3. 油页岩裂解孔隙的识别与分类 (12)3.1 裂解特征的识别方法 (13)3.2 裂解孔隙的分类标准 (14)3.3 裂解孔隙的空间分布 (15)3.4 裂解孔隙的尺寸统计 (16)4. 裂解孔隙的数学模型构建 (17)4.1 裂解孔隙的几何模型 (19)4.2 裂解孔隙的物理模型 (20)4.3 裂解孔隙的数值模拟 (21)4.4 模型的验证与校准 (22)5. 裂解孔隙重构技术 (23)5.1 裂解孔隙的重构原则 (24)5.2 裂解孔隙的重构方法 (26)5.3 裂解孔隙的重构效果评价 (27)5.4 重构技术的改进与应用 (28)6. 油页岩裂解孔隙的表征 (29)6.1 孔隙度表征 (30)6.2 渗透率表征 (31)6.3 孔隙类型表征 (32)6.4 裂解孔隙的岩石物理性质表征 (33)7. 油页岩裂解孔隙的特征分析 (35)7.1 裂解孔隙的空间分布特征 (36)7.2 裂解孔隙的连通性分析 (37)7.3 裂解孔隙的时序变化分析 (38)7.4 裂解孔隙与岩性之间的关系 (39)8. 研究实例与应用 (40)8.1 研究实例介绍 (41)8.2 应用案例分析 (42)8.3 研究成果的应用前景 (43)9. 结论与展望 (45)9.1 研究结论 (46)9.2 研究局限性 (47)9.3 未来的研究方向 (48)1. 内容概述本研究旨在通过对三维数字岩心的油页岩裂解孔隙重构及表征研究，揭示油页岩的微观结构特征及其对油气储层开发的影响。
一种利用二维薄片图像的数字岩心三维结构重建方法[发明专利]
![一种利用二维薄片图像的数字岩心三维结构重建方法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/a654057432687e21af45b307e87101f69e31fb1e.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011423996.9(22)申请日 2020.12.08(71)申请人 西南石油大学地址 610500 四川省成都市新都区新都大道8号(72)发明人 陈雁 廖梦羽 向萱岭 王柯 代永芳 安玉钏 黄玉楠 易雨 苗波 李祉呈 常国彪 李平 钟学燕 钟原 郑津 方全堂 (74)专利代理机构 北京正华智诚专利代理事务所(普通合伙) 11870代理人 李林合(51)Int.Cl.G06T 15/00(2011.01)G06T 7/12(2017.01)G06T 3/40(2006.01)G06N 3/04(2006.01)(54)发明名称一种利用二维薄片图像的数字岩心三维结构重建方法(57)摘要本发明公开了一种利用二维薄片图像的数字岩心三维结构重建方法，本发明通过训练并行单一图像生成对抗网络模型，学习二维图像分布，结合马尔科夫链蒙特卡洛法，在三维空间重建岩心结构。
本方法可以体现岩石的各向异性，对于非均质性较强岩石，也能可靠有效的还原真实岩心结构，孔隙连通性好，计算速度更快，应用范围更宽。
权利要求书2页 说明书5页 附图1页CN 112381916 A 2021.02.19C N 112381916A1.一种利用二维薄片图像的数字岩心三维结构重建方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取并对水平方向岩心薄片图像和垂直方向岩心薄片图像打上标签，分别得到打上标签的水平方向岩心薄片图像和打上标签的垂直方向岩心薄片图像；标签包括孔隙和吼道；S2、将打上标签的水平方向岩心薄片图像和打上标签的垂直方向岩心薄片图像进行二值化，得到二值化后的水平方向图像和二值化后的垂直方向图像；S3、对二值化后的垂直方向图像进行遍历扫描，按从下往上的顺序获得其两点领域的条件概率；S4、将二值化后的水平方向图像输入并行单一图像生成对抗网络进行训练，得到训练后的网络；S5、向训练后的网络中输入一个设定大小的第一随机噪声向量，生成一张第一水平方向重建二值图像；S6、在当前水平方向重建二值图像的垂直方向上采用步骤S3得到的条件概率，按从下往上的顺序使用马尔科夫链蒙特卡洛法采样生成一张概率采样二值图像；S7、将概率采样二值图像加上第二随机噪声向量输入训练后的网络，生成一张第二水平方向重建二值图像；S8、重复步骤S6和步骤S7共P次，得到一张校正后的第二水平方向重建二值图像；S9、将二值化后的水平方向图像、第一水平方向重建二值图像和校正后的第二水平方向重建二值图像按生成顺序依次映射到三维空间中，得到数字岩心的三维模型，完成数字岩心三维结构重建。
岩石随机孔隙结构的三维重构模型与细观渗流分析
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｒ ｏ ｃ ｋ ｍｅ ｄ ｉ ｕ ｍ ａ ｓ ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｍ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ， ｒ ｏ ｃ ｋ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ｗｉ ｔ ｈ ３ － ｄ ｉ ｍｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｍ ｐ ｏ ｒ ｅ ｓ ｗａ ｓ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｅ ｄ ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌ ｆ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｐ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｔ ｏ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｒ ｏ ｃ ｋ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｗａ ｓ ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｆ ｍｅ ｓ ｏ ｍｅ ｃ ｈ ｎｉ ａ ｃ ｓ ． Ｂ ｙ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｉ ｎ ｇ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｕｂ ｔ ｕ ｌ ｅ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ， ｓ ｔ ａ ｔ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｐ ｉ ｒ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ａ ｎ ｄ Ｆ ＬＡＣ ｓ ｏ ｔ ｆ ｗａ ｒ ｅ ｗｅ ｒ ｅ ｕｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｐ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｃ ｏ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｆ ｐ ｏ ｒ ｏ ｕ ｓ ｒ ｏ ｃ ｋ ｍｅ ｄ ｉ ｕ ｍ ｗｉ ｔ ｈ ｒ ａ ｎ ｄ ｏ ｍ ｐ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｎｄ ａ ｎ ｕ ｍｅ ｉ ｒ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｍｅ ｓ ｏ ｓ ｅ ｅ ｐ ａ ｇ ｅ ． Ｔｈ ｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｈａ ｔ ｔ ｔ ｈ ｅ ｔ ｉ ｍｅ ｆ ｒ ｏ ｍ ｕ ｎ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ｌｏ ｆ ｗ ｔ ｏ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｙ ｌ ｆ ｏ ｗ ｉ ｓ
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数字岩心--孔隙结构三维模型重构技术
概念：即制作立方体（3mm×3mm×3mm）岩样，对该岩样进行密集的CT切片，在每个CT切片上进行孔隙喉道图像识别，通过有序定位将密集的各个CT切片上的孔隙喉道构建岩样的孔隙网络三维数字系统，建立数字岩心孔隙结构三维模型。
利用数字岩心孔隙结构三维模型不但可以开展孔隙结构的多参数定量计算和任意切片、任意角度的三维彩色显示，还可进行微米级各种孔喉、厘米级岩心、米级网格的流体流动及渗流机理模拟，因此它是孔隙结构研究领域的重大进展。
优势：①快速准确②成本低③对样本质量要求低，反复使用④非常规油气藏⑤可以有效地解决非均质岩心整体评价⑥中国复杂地层结构，起步较晚，缩短国际差距，捷径，直接运用最高端技术，符合集团数字化智能化战略。
⑦世界应用趋势。
应用：①可以全面深入分析油藏岩石的内部结构，比如说孔隙的大小和连通。
②可以迅速准确地计算出岩芯的渗透率以及多相流特性。
把半年或一年的工作缩短至几个小时。
③还可以迅速准确地计算出岩芯的其它物理性质，例如，电阻率，导磁性，核磁共振，声波以及地震波性等等。
④提高采油率:通过全面深入地分析孔隙介质的流体性质计算和多相流模拟，取得最佳交替驱替方案，达到最高采收率目的。
⑤可以直接对非常规油气藏储油层的渗透率以及多相流特性进行准确地计算。
⑥运用多级孔隙结构系统跨尺度粗化整合新技术对非均质岩心整体作出有效的评价。