基于Micro-CT技術(shù)的儲層巖心多組織模型構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及模型構(gòu)建技術(shù)，具體地說，設(shè)及一種基于儲層巖屯、真實(shí)結(jié)構(gòu)建立其Ξ 維實(shí)體模型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 儲層巖石是一種天然非均質(zhì)材料，可看作是由具有復(fù)雜幾何形態(tài)的不同礦物顆 粒、云母及裂紋等組成的非均質(zhì)多組織復(fù)合材料。各組織的物理和力學(xué)性質(zhì)存在很大的差 異，各組織之間的相互作用直接影響了儲層巖石的宏觀力學(xué)特性和受力分布特征。普通巖 石物理試驗(yàn)過程中，研究人員難W觀測研究巖石內(nèi)部裂縫擴(kuò)展情況和確定各組織之間的受 力情況。而通過構(gòu)建儲層巖石多組織模型，有助于研究人員對巖石破壞機(jī)理、裂縫擴(kuò)展情況 及巖石內(nèi)各組織之間的相互作用等有更深入的研究。
[0003] 目前，多組織建模技術(shù)在醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用較為廣泛。國外從人體斷層圖像到多組 織人體模型技術(shù)的研究開展的較早，其中最具代表性的是SimBio和GEMSS項(xiàng)目。目前已實(shí) 現(xiàn)商業(yè)化的圖像重建軟件中，比較有代表性的有Amira和SimPleware等，兩者均可W實(shí)現(xiàn) 原始圖像預(yù)處理、面網(wǎng)格生成、體網(wǎng)格生成及材料屬性復(fù)制等功能。國內(nèi)對于多組織建模軟 件關(guān)鍵技術(shù)的研究仍處于起步階段。具有代表性的是清華大學(xué)的楊曉松提出的一種直接建 立四面體網(wǎng)格的方法，通過醫(yī)學(xué)圖像的體數(shù)據(jù)的分類，直接建立四面體網(wǎng)格，并且可W生成 具有自適應(yīng)密度的多組織四面體模型。
[0004] 多組織巖屯、建模不同于醫(yī)學(xué)中的多組織，其表面結(jié)構(gòu)極其粗糖，表面細(xì)節(jié)多，組織 間的分界面復(fù)雜?，F(xiàn)有醫(yī)學(xué)方面的多組織建模方法針對人體器官，其組織表面較為平滑、 連續(xù)，不適用于儲層巖屯、，模型構(gòu)建效果較差，構(gòu)建出的多組織模型無法還原儲層巖屯、的 結(jié)構(gòu)。在石油地質(zhì)領(lǐng)域，Micro-CT技術(shù)主要用于巖屯、的快速無損檢測，包括巖屯、的密度、 孔隙度及飽和度變化等。目前也存在利用Micro-CT掃描圖像對巖屯、模型進(jìn)行Ξ維重建， 并用于物理參數(shù)計(jì)算的研究，進(jìn)行巖屯、結(jié)構(gòu)重建并進(jìn)行數(shù)值分析的研究也已存在，但基于 Micro-CT圖像多組織巖屯、建模技術(shù)尚沒有相關(guān)應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷和不足，提供了一種基于Micro-CT技術(shù)的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法，該方法構(gòu)建的多組織模型能夠很好的還 原儲層巖屯、組織的結(jié)構(gòu)，提高儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，提供了一種基于Micro-CT技術(shù)的儲層巖屯、多組織模型構(gòu) 建方法，含有W下步驟：
[0007](一）采用Micro-CT技術(shù)對儲層巖屯、進(jìn)行掃描，獲得儲層巖屯、的斷面掃描圖像； [000引（二）采用中值濾波算法對圖像進(jìn)行預(yù)處理，去除圖像所含噪聲；采用分水嶺算法 對濾波后的圖像進(jìn)行圖像分割，并提取分割后圖像的Ξ維數(shù)據(jù)（X，y，Z，gray)，其中X、y為 像素在圖像中的坐標(biāo)，Z為像素所在圖像的序列號，gray為像素的灰度圖像；
[0009] (Ξ)根據(jù)步驟（二）中獲得的圖像Ξ維數(shù)據(jù)，利用Marching化bes算法生成儲 層巖屯、的表面模型；
[0010] (四）利用約束Delaunay四面體剖分算法，W步驟（S)中重構(gòu)得到的儲層巖屯、 的表面模型為約束，生成儲層巖屯、的四面體模型；
[0011] (五）對四面體模型頂點(diǎn)屬性信息插值進(jìn)行組織標(biāo)記，找出與巖屯、的四面體模型 頂點(diǎn)屬性信息插值相對應(yīng)的多組織體數(shù)據(jù)點(diǎn)，將組織標(biāo)記信息復(fù)制插入至巖屯、的四面體模 型中；經(jīng)點(diǎn)對點(diǎn)的組織標(biāo)記信息，得到一系列頂點(diǎn)帶有組織標(biāo)記的四面體單元，根據(jù)頂點(diǎn)的 組織信息，對四面體單元進(jìn)行組織標(biāo)記；
[0012] (六）通過插值計(jì)算，將屬性不唯一的四面體單元進(jìn)行分割，獲得屬性單一的四面 體單元，最終獲得組織屬性單一的多組織巖屯、四面體模型。
[0013] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（二）中，采用分水 嶺算法分割圖像的步驟為：設(shè)A表示窗口，為A的平移，其原點(diǎn)為（X，y)，
[0014] (1)利用灰度腐蝕運(yùn)算和灰度膨脹運(yùn)算對濾波后的圖像進(jìn)行圖像簡化，去掉圖像 的噪聲干擾，則圖像B的腐蝕算子εA度）為： 到
[0016]圖像B的膨脹算子δA度）為： 陽 017]
(2)
[0018] 式中，化，1)為轉(zhuǎn)化后的圖像B的平移坐標(biāo)；
[0019] (2)計(jì)算灰度圖像的形態(tài)學(xué)梯度，形態(tài)梯度圖像為膨脹變換減去腐蝕變換：
[0020] g(x,y)=ε,(Β) (χ,γ)-δ,(Β) (χ,y) 做
[0021] (3)根據(jù)梯度進(jìn)行圖像分割：
[0022] Γβ(Γ) =g(x,y)Xg(x,y)/255. 0 (4)
[0023] 式中，fe(f)為分割后圖像，f為灰度圖像的形態(tài)學(xué)梯度。
[0024] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（Ξ)中，利用 Marching化bes算法生成儲層巖屯、的表面模型的步驟為：
[0025] (1)讀入步驟（二）中獲得的圖像Ξ維數(shù)據(jù)，且每兩張圖像上下相對應(yīng)的四個(gè)點(diǎn)構(gòu) 成一個(gè)立方體體素；
[00%] (2)通過線性插值方法計(jì)算出體素棱邊與等值面的交點(diǎn)，其中，等值面是空間中所 有具有某個(gè)相同值的點(diǎn)的集合，設(shè)C為Ξ維重構(gòu)過程中給定的闊值，P為等值點(diǎn)坐標(biāo)，Pi、P2 為兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)，Vi、V2為兩個(gè)端點(diǎn)的灰度；則對于某棱邊，若V盧V2,那么等值面一定與 此棱邊相交，且交點(diǎn)坐標(biāo)為：P=Pi+(C-Vi) (Pi-P2)/(Vi-V2);
[0027] (3)根據(jù)體素中頂點(diǎn)與等值面的位置繪制Ξ角面化生成表面模型。
[002引在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（四）中，利用約束Delaunay四面體剖分算法生成儲層巖屯、的四面體模型的步驟為：
[0029] (1)設(shè)包含儲層巖屯、表面模型全部頂點(diǎn)的四面體為T，儲層巖屯、表面模型的頂點(diǎn) 數(shù)據(jù)集合為C;
[0030](2)依次取集合C中一點(diǎn)P作為插入點(diǎn)，假設(shè)該點(diǎn)位于四面體T的一個(gè)四面體單元 t內(nèi)。依據(jù)Delaunay剖分的空球準(zhǔn)則進(jìn)行判斷，判斷與四面體單元t的共面的四個(gè)鄰接四 面體的外接球是否包含插入點(diǎn)P，若包含P，將該鄰接四面體加入到Delaunay空腔中，若不 包含P，則四面體單元t與該鄰接四面單元的公共Ξ角面構(gòu)成Delaunay空腔的邊界面；
[00川 做刪除Delaunay空腔中的四面體，留下空腔邊界面的四個(gè)鄰接四面體，連接插 入點(diǎn)P與Delaunay空腔邊界面的頂點(diǎn)，形成新的四面體單元，并存入W儲層巖屯、表面模型 為約束的Delaunay四面體集合D中；
[0032] (4)重復(fù)進(jìn)行步驟似、（3)，直到所有的集合C中的點(diǎn)均被插入到四面體網(wǎng)格中， 生成W儲層巖屯、表面模型為約束的儲層巖屯、四面體模型。
[0033] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（五）中，根據(jù)四面 體單元的頂點(diǎn)組織標(biāo)記信息，將得到的四面體單元分為四面體四個(gè)頂點(diǎn)均無屬性信息、四 面體單元中存在有屬性的頂點(diǎn)和無屬性的頂點(diǎn)、四面體單元的四個(gè)頂點(diǎn)均有屬性值Ξ類。
[0034] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟（六）中，對屬性不 唯一的四面體單元進(jìn)行分割的步驟為： 陽0對 （1)棱邊插值：假設(shè)四面體TWidzdsdA)頂點(diǎn)di(Xi,yi,Zi)、d2(X2, 72,Z2)屬性不同， 根據(jù)兩點(diǎn)之間的灰度值通過公式（5)進(jìn)行插值計(jì)算，得到組織分割點(diǎn)42〇^2,712,212)，公式 (5)的表達(dá)式如下：
[0036]
(5)
[0037] (2)面分割：根據(jù)邊分割點(diǎn)插入面分割點(diǎn)，對分割點(diǎn)進(jìn)行連接；
[0038] (3)四面體切分：根據(jù)分割點(diǎn)插入及分割點(diǎn)、頂點(diǎn)的連接方式，對四面體進(jìn)行切分 處理。
[0039] 在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法中，步驟似中，邊分割點(diǎn) 插入后，分割點(diǎn)連接時(shí)采用兩種連接方式，一種方式采用頂點(diǎn)編號最小的方法，在需要進(jìn)行 連接的點(diǎn)中始終選擇頂點(diǎn)編號最小的點(diǎn)作為起點(diǎn)，連向?qū)叺牟逯迭c(diǎn)；另一種方式采用面 的插值點(diǎn)作為分割點(diǎn)，面的插值點(diǎn)為面的重屯、。
[0040] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例提出的基于Micro-CT技術(shù)的儲層巖屯、多組織模型構(gòu)建方法， W巖屯、的Micro-CT掃描圖像為基礎(chǔ)，通過圖像處理、表面模型構(gòu)建、四面體分割等方法，重 構(gòu)出巖屯、的四面體模型，然后建立多組織巖屯、的模型，構(gòu)建出的多組織模型能夠有效還原 儲層巖屯、的結(jié)構(gòu)。通過根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于Micro-CT技術(shù)的儲層巖屯、多組織模型構(gòu) 建方法構(gòu)建的多組織模型，能夠很好的還原儲層巖屯、各組織的結(jié)構(gòu)，并適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、細(xì) 節(jié)較多的儲層巖屯、的多組織模型構(gòu)建；且在重構(gòu)得到的儲層巖屯、多組織模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行 儲層巖屯、力學(xué)性