岩心CT微观驱替实验的图像处理研究 - 张顺康

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????文章编号:

第26卷????第1期????大庆石油地质与开发??P??G??O??D??D??????2007年2月

1000-3754(2007)01-0010-03

岩心CT微观驱替实验的图像处理研究

张顺康,陈月明,侯??健,施晓乐

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2

(1??中国石油大学石油工程学院,山东东营??257061;2??胜利油田有限公司地质科学研究院,山东东营??257015)

摘要:

针对CT微观驱替图像的特点,考虑图像中像素的空间分布,提出利用指示克里金方法分割图

像。对不同驱替阶段的CT微观驱替图像进行分割,并和传统的简单阈值法的分割结果进行对比,在此基础上计算孔隙度等参数并结合室内实验结果进行了比较,验证了方法的有效性。结果表明,利用指示克里金方法分割CT微观驱替图像克服了传统分割方法的缺陷,因而能达到较好的分割效果。

关

键

词:

CT;微观驱替图像;指示克里金;剩余油;孔隙TE135??????文献标识码:A

中图分类号:

ImageprocessingforCTmicroscopiccorefloodingexperiments

ZHANGShun-kang,CHENYue-ming,HOUJian,ShiXiao-le

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(1??CollegeofPetroleumEngineering,ChinaUniversityofPetroleum,Dongying257061,China;

2??GeosciencesResearchInstituteofShengliOilFieldCompanyLimited,Dongying257015,China)

Abstract:Takingthespatialdistributionofimagepixelsintoaccoun,tthispaperpresentsanewmethodtoperformim-agesegmentationbyindicatorKrigingaccordingtothedistinguishingfeaturesofCTmicroscopicfloodingimage.CTima-gesatdifferentstagesofwater-floodingaresegmentedwiththemethod,andthentheresultsarecomparedwiththoseof

singlethresholdvaluemethod.Basedonsegmentation,parameters,suchasporosity,arecalculatedandcomparedwithlaboratoryexperiments,throughwhichtheimplementationofthemethodisverified.TheresultsindicatethatCTmicro-scopicfloodingimagescanbesegmentedfairlywellbyindicatorKriging,whichovercomesthedefeatoflackingconsider-ationofthespatialdistributionofpixelsbysinglethresholdvaluemethod

Keywords:CT;microscopicfloodingimage;indicatorKriging;residualoi;lpore????随着油田开发的不断精细化,CT扫描技术逐渐被用来研究储层岩石的微观孔隙结构、裂缝分布、驱替特征以及剩余油分布等等。在此过程中,对CT切片图像的分割处理起着非常关键的作用,它直接影响着CT图像中的孔隙、剩余油、水等的分布以及实验结果的定量化。传统的方法是手工设置单一阈值

[1]

及油水分布信息等等,通常对CT图像处理的基本步骤如下:

①对微观驱替实验进行X射线扫描,获取CT微观驱替图像;

②对CT微观驱替图像进行预处理;

③分析图像中的孔隙、油水分布等,进行图像分割,提取相关信息;

④计算孔隙度等相关参数。1??1??获取CT微观驱替图像及其预处理

CT微观驱替图像主要是通过CT设备对岩心模型进行扫描来获取的,由于设备等因素的影响,很多情况下获得的图像往往存在图像比较暗淡、对比度不够明显、图像画面模糊等多种缺陷,加上所获取图像是微观驱替图像,外界的干扰有可能会对图像分析带来比较大的误差,所以有必要对图像画面进行初步处

,

但这种方法往往不能达到理想的分割效果。笔者在前人研究的基础上,提出了一种新的阈值分割方法,并计算了有关参数。

1??基本原理

CT微观驱替实验就是利用CT技术,对岩石微观孔隙结构以及不同驱替阶段进行X射线扫描,从而得到岩石内部的孔隙以及油水分布的实验。借助于图像处理,可以从CT实验图像中提取需要的孔隙以

基金项目:国家自然科学基金资助项目(10302021)。收稿日期:2006-03-02

作者简介:张顺康(1979-),男,江苏江都人,博士研究生,从事油藏工程研究。

??2007年2月??????????????????张顺康等:岩心CT微观驱替实验的图像处理研究理同时不破坏图像所包含的信息以及特征。完成的图像预处理通常包括很多内容,比如亮度调整、对比度

[2-3]

调整、锐化、平滑等等。1??2??分割图像中的孔隙和剩余油

想要得到图像中目标对象的特征,首先要将这些目标对象检测出来,也就是将目标对象从背景图像中分割出来,这里所用到的就是图像分割技术。借助于图像分割技术可以分割出微观驱替图像中的剩余油和孔隙。图像分割当中最重要的环节就是如何选取阈值,如果阈值选择不合理,很容易将目标对象理解成为背景图像,或者将背景图像理解为目标对象。这样在后来对目标图像进行特征分析的时候,就不能有效地分析目标的特征。

并非所有黑白图像的对象和背景都有截然不同的灰度,因此阈值选取是否合适将会直接影响区域分割的质量。阈值取得太高时,将会把许多阈值点误当成背景图像。所以存在一个最佳阈值的问题,确定阈值的方法叫阈值选择。传统的确定阈值的方法是手工设置单一阈值,但是这种方法往往会带来很大的误差。而判别分析法和迭代阈值法由于没有考虑像素的空间分布也不能达到很好的分割效果,本文采用了考虑像素空间分布的指示克里金方法

[4]

??11??

如果固定公式(3)中的n和固定相对x0的x??,那么我们就可以确保????独立于x0,因此就可以立即求解公式(3)。这样如果像素x0位于??2中,分割时按照如下标准来划分该像素所属类型:x0??

??0如果P(T0,x0|n)>1-P(T1,x0|n)??0其他

(4)

实际上,指示克里金方法结合图像的空间协方差和指示克里金的方法来确定物体的边缘,使用克里金方法使得阈值分割成为局部的操作,它能保证阈值面的光滑。执行这种方法需要事先识别出一定比例的图像,对于本次研究中的CT切片的处理过程来说并不困难,在实际操作过程中很有可能识别出图像中相当部分的像素,并且保证识别的误差可以忽略。在图像分割的基础上,就可以确定图像中岩石、孔隙以及剩余油的分布信息,进而可以计算孔隙度等相关参数

[5]

。

2??CT微观驱替图像计算实例

利用美国BIR公司生产的ACTIS-225FFiCT/DR/RTR微焦点CT进行实验,该设备主要由四部分组成:X射线源系统、检测器系统(数据采集系统)、机械移动系统和图像重建系统。在CT扫描的基础上,按照上述流程以及原理,笔者对均质亲水砂岩岩心驱替实验得到同一区域内不同阶段(包括饱和水、饱和油、水驱2PV以及水驱至残余油4个阶段)的CT微观驱替图像进行处理,分割出了孔隙和剩余油,并在此基础上进一步计算渗流参数。2??1??CT微观驱替图像及其预处理

对亲水岩心饱和水、饱和油、水驱2PV以及水驱至残余油4个阶段分别进行X射线扫描,并进行重建得到CT微观驱替图像。其中,获取到的饱和水的CT图像如图1(a)所示,大小为331??331像素,图中白色部分表示岩石颗粒,黑色部分表示的是饱和了水的孔隙空间。可以看到,该图像画面存在对比不明显,模糊等缺陷。

进行分割。

对于CT微观驱替图像,给定两个阈值:T0和T1,任何像素TT1就设为1相(比如岩石颗粒)。这样图像中所有的像素被分为3类:??0(被识别为孔隙的像素),??1(被识别为岩石骨架的像素)和??2(有待于被识别为孔隙空间或者岩石骨架的像素)。设x0表示某像素的空间位置,z(x0)为表示根据空间位置x??(??=1,??,n)处的某度量z(x??)数值来估计x0处该度量数值的标志。给定阈值zc,定义指示变量:

i(zc,x??)=

1,如果z(x??)??zc0,其他

(1)

z(x0)不大于zc条件概率的线性估计:

P(zc,x0|n)=Prob{z(x0)??zc|n}

=

??=1

??

n

????(zc,x0)i(zc,x??)(2)

其中系数??x0)??0,如果进一步假设指示变??(zc,量数值在空间分布熵恒定且各向同性,那么根据如下系统来计算????(zc,x0)

????

n

n

??=1

????(zc,x0)??I(zc,x??-x??)+??L(zc,x0)=

(3)

??????,??,nI(zc,x??-x0),??=1

??=1

????(zc,x0)=1

这里??x??)的协方差函数。I是指示变量i(zc,

??12??大庆石油地质与开发??P??G??O??D??D??????????????????第26卷??第1期

经过亮度调整、对比度调整、锐化处理等预处理操作以后,得到的图像如图1(b)所示,可以看出,经过预处理,图像的画面质量得到提高。用同样的方法对其他阶段的CT图像分别进行预处理,从而为下一步准确分割图像打下基础。2??2??分割剩余油以及孔隙2??2??1??分割孔隙

根据指示克里金原理,选择T0=98,T1=115,对图1(b)中的图像进行分割,为了便于观察,分割效果如图2(a)所示,这里也给出了利用单一阈值法(阈值为100)分割出的效果,如图2(b),图中黑色部分表示岩石颗粒,白色部分表示饱和了水的孔隙空间。从图像可以看出,利用指示克里金方法具有比较好的分割效果,而利用简单阈值法分割出的图像中含有许多噪声,分割结果不好,误差较大。

孔隙、连通性较好的孔隙中的剩余油被驱替出来。到了残余油状态,剩余油主要分布在小孔道以及连通性不好的孔隙中。

3??结??论

(1)对于CT微观驱替图像,利用指示克里金方法能够实现很好的分割效果,这种方法充分考虑了图像像素在空间上分布的信息,因而比传统的简单阈值法更具有优势。

(2)在分割水驱微观驱替图像的基础上,借助图像处理能够实现CT微观驱替实验结果的定量表征,并和室内实验结果吻合较好。

(3)在图像处理的基础上,可以进一步研究孔喉结构特征并进行量化,从而为水驱后提高采收率研究提供理论依据。

在分割图像的基础上,可以进一步计算孔隙度,最终计算出图像的孔隙度为27??5%,而根据实验得出的岩心的平均孔隙度为27??6%。可以看出,分割出的CT微观驱替图像能比较真实地反映孔隙空间的分布。

2??2??2??分割剩余油

在分割孔隙的基础上,就可以得到岩石颗粒的分布,然后将饱和油、水驱2PV以及水驱至残余油阶段得到的CT图像中的岩石颗粒部分进行标记,同样利用指示克里金方法对图像中标记以外的部分进行分割。分割结果如图3所示,图中黑色部分表示岩石颗粒,白色部分表示饱和了水的孔隙空间,灰色部分表示剩余油。

从图像可以看出,在饱和水阶段,剩余油广泛分布,岩石颗粒表面广泛分布着一层水膜,这与岩石的亲水性是一致的。到了水驱2PV阶段,那些位于大

参考文献:

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编辑:徐衍彬