一種含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算方法技術

本發(fā)明專利技術屬于非常規(guī)油氣藏工程與巖土工程基礎物性測試領域，具體涉及一種含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算方法。首先，獲取含水合物沉積物X?CT灰度圖像，測量孔隙度。然后對灰度圖像重新著色，將土顆粒、水合物顆粒與氣體、水分成灰度值對比較明顯的兩組，然后設定閾值對X?CT彩色圖像進行二值化處理得到黑白圖像，獲取的黑白圖像的有效孔隙度與X?CT灰度圖像的有效孔隙度應當相同，白色和黑色分別代表骨架材料和孔隙流體。求解黑白圖像中黑色區(qū)域的分形維數(shù)，即為含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)。本發(fā)明專利技術解決了現(xiàn)有方法無法有效分割固體骨架空間和孔隙流體空間的問題，進而能夠精確測算含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)。

A fractal dimension calculation method for effective pore in hydrate bearing sediments

The invention belongs to the field of the unconventional oil and gas reservoir engineering and the basic physical property testing of the geotechnical engineering, and specifically relates to a method for calculating the fractal dimension of the effective pores of the hydrate deposits. First, get the X CT gray image of hydrate bearing sediments and measure porosity. Then the gray image is recoloured and the two groups of soil particles, hydrate particles and gas and water are compared. Then a threshold value is set for the two value processing of X CT color images to obtain black and white images. The effective porosity of the obtained black and white images should be the same as the effective porosity of the X CT gray image. White and black represent skeleton material and pore fluid respectively. The fractal dimension of black area in black and white image is the fractal dimension of effective pore in hydrate bearing sediments. The present invention solves the problem that the existing methods can not effectively segment the solid skeleton space and the pore fluid space, and then can accurately calculate the fractal dimension of the effective pore of the hydrate deposits.

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算方法
本專利技術屬于非常規(guī)油氣藏工程與巖土工程基礎物性測試領域，具體涉及一種含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算方法。
技術介紹
天然氣水合物是由天然氣和水在較低的溫度和較高的壓力條件下形成的一種籠型結(jié)晶化合物，因其蘊藏著豐富的天然氣而被譽為21世紀最為重要的潛在替代能源之一。2017年5月-7月，我國在南海神狐海域的首次成功試開采天然氣水合物。目前，世界上已進行的水合物試開采產(chǎn)氣效率遠不足以滿足商業(yè)化開采的需求，對水合物開采技術研究提出了更高的要求。含水合物沉積物滲透性是水合物開采產(chǎn)能預測、方案設計和環(huán)境安全等工作的基礎，深刻理解其在水合物開采過程中的多物理場演化規(guī)律具有重要的意義。含水合物沉積物通常由土顆粒、水合物顆粒、天然氣和水或冰組成，水合物顆粒填充于沉積物孔隙空間，縮小可供流體流動的有效孔隙空間，改變孔隙流體流動通道展布，導致含水合物沉積物滲透性在不同的水合物飽和度條件下差異十分明顯。由于含水合物沉積物結(jié)構(gòu)十分復雜，傳統(tǒng)的歐式幾何難以合理地描述含水合物沉積物有效孔隙的尺度特征，一定程度上限制了含水合物沉積物滲透性微觀機理的解釋工作。分形幾何學從多孔介質(zhì)本身結(jié)構(gòu)出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了自然界多孔介質(zhì)廣泛存在著統(tǒng)計意義上的冪律標度關系，能夠較好的表征多孔介質(zhì)孔隙尺度特征，近四十年來得到了長足的進步與發(fā)展。圖像二值化是多孔介質(zhì)孔隙分形維數(shù)求解的基礎，是通過合理設置灰度閾值將灰度多值圖像轉(zhuǎn)換為黑白二值圖像。含水合物沉積物四組分按照密度由大到小排列通常為土顆粒、水、水合物顆粒和天然氣，孔隙流體(水和天然氣)與骨架固體(土顆粒和水合物顆粒)密度交叉分布，且水合物顆粒與水的密度十分接近，單閾值二值化獲得的黑白圖像無法有效地分割孔隙流體與骨架固體，二值化圖像精細化反映含水合物沉積物有效孔隙的微觀結(jié)構(gòu)難以保證，據(jù)此測算的含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)存在較大誤差。
技術實現(xiàn)思路
針對現(xiàn)有的圖像處理方法得到二值化圖像難以精細反映水合物沉積物的效孔隙的微觀結(jié)構(gòu)，導致?lián)藴y算的含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)存在較大誤差的上述問題，本專利技術提供一種含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算方法，通過重新設定含水合物沉積物各組分的灰度值，精確區(qū)分隙流體與骨架固體，再通過設定二值化閾值，得到獲得能夠反映含水合物沉積物有效孔隙分布的黑白圖像，基于黑白圖像求解黑色區(qū)域計盒維數(shù)，即含水合物沉積物孔隙分形維數(shù)。本專利技術是通過以下技術方案實現(xiàn)的：一種含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算方法，包括以下步驟：(1)獲取含水合物沉積物X-CT灰度圖像，測量孔隙度；(2)對灰度圖像重新著色，將土顆粒、水合物顆粒與氣體、水分成灰度值對比明顯的兩組，獲得含水合物沉積物X-CT彩色圖像；(3)設定閾值對X-CT彩色圖像進行二值化處理得到黑白圖像，調(diào)整閾值使得獲取的黑白圖像的有效孔隙度與X-CT灰度圖像的有效孔隙度相同；(4)求解黑白圖像中黑色區(qū)域的分形維數(shù)，即為含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)。進一步地，該測算方法中X-CT掃描的對象是根據(jù)實際儲層情況人工合成的含水合物沉積物。進一步地，所述含水合物沉積物的制備方法為：向X-CT低溫高壓反應釜內(nèi)填充沉積物，沉積物的粒徑范圍根據(jù)實際勘探情況確定，注入水后，注入甲烷氣至釜內(nèi)壓力達到10-12MPa，制冷降溫至6-8℃合成甲烷水合物，待釜內(nèi)壓力穩(wěn)定后甲烷水合物合成結(jié)束。進一步地，步驟(2)土顆粒和水合物顆粒的灰度值為均為150-255，氣體和水的灰度值均為0-100。進一步地，步驟(2)土顆粒的灰度值大于水合物顆粒的灰度值，氣體的灰度值大于水的灰度值。進一步地，步驟(2)土顆粒的灰度值為200-255，水合物顆粒的灰度值為150-200，氣體的灰度值為50-100，水的灰度值為0-50，獲得含水合物沉積物X-CT彩色圖像進一步地，步驟(2)土顆粒的灰度值為255，水合物顆粒的灰度值為150.5，氣體的灰度值為28.1，水的灰度值為0。與現(xiàn)有技術相比，本專利技術的有益效果是：(1)把X-CT灰度圖像中的土顆粒、水合物顆粒、水和氣體重新著色，這樣固體骨架(土顆粒和水合物)顏色灰度值較大，而孔隙流體(氣體和水)顏色灰度值較小，解決了現(xiàn)有方法無法有效分割固體骨架空間和孔隙流體空間的問題。(2)控制黑白圖像有效孔隙度與灰度圖像有效孔隙度相符，保證了圖像二值化處理的可靠性，使黑白圖像能夠真實反映含水合物沉積物有效孔隙的分布，為含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算奠定基礎。(3)灰度圖像重新著色技術成熟，黑白圖像計盒維數(shù)計算方法可靠，為含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算提供了有力的技術支撐。(4)方法簡單，結(jié)果準確，能夠處理組分復雜的物質(zhì)，實用性強。附圖說明圖1是含水合物沉積物孔隙分形維數(shù)測算方法流程圖。圖2是含水合物沉積物X-CT灰度圖像。圖3是含水合物沉積物X-CT黑白圖像，白色代表固體骨架，黑色代表孔隙流體。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例及附圖對本專利技術做進一步詳細說明。一種含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算方法，首先，獲取含水合物沉積物X-CT灰度圖像，測量孔隙度。然后對灰度圖像重新著色，將土顆粒、水合物顆粒與氣體、水分成灰度值對比較明顯的兩組，然后設定閾值對X-CT彩色圖像進行二值化處理得到黑白圖像，獲取的黑白圖像的有效孔隙度與X-CT灰度圖像的有效孔隙度應當相同，白色和黑色分別代表骨架材料和孔隙流體。求解黑白圖像中黑色區(qū)域的分形維數(shù)，即為含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)。該測算方法中X-CT灰度圖像是采用X-CT掃描獲取的，掃描的對象可以是根據(jù)實際勘探情況人工合成的含水合物沉積物。含水合物沉積物按照密度由大到小排列通常為土顆粒、水、水合物顆粒和天然氣。水合物顆粒和水的密度十分接近，X-CT灰度圖像中無法有效地分割孔隙流體(氣體和水)與骨架固體(土顆粒和水合物)，對含水合物沉積物灰度圖像二值化造成了較大的困難。對X-CT灰度圖像的重新著色，目的是將土顆粒、水合物顆粒與氣體、水分成灰度值對比較明顯的兩組。土顆粒和水合物顆粒的灰度值可以相同，也可以不相同，同樣，氣體與水的灰度值可以相同，也可以不相同?？梢栽O置土顆粒和水合物顆粒的灰度值為均為150-255，氣體和水的灰度值均為0-100。為了更加符合習慣，可以設置土顆粒的灰度值大于水合物顆粒的灰度值，氣體的灰度值大于水的灰度值。還可以設置土顆粒的灰度值為200-255，水合物顆粒的灰度值為150-200，氣體的灰度值為50-100，水的灰度值為0-50。閾值的設置需要滿足獲取的黑白圖像的有效孔隙度與X-CT灰度圖像的有效孔隙度相同。因此，當獲取的黑白圖像的有效孔隙度與X-CT灰度圖像的有效孔隙度不相同時，應當調(diào)整閾值直至滿足上述要求。獲取的黑白圖像中土顆粒和水合物為固體骨架，氣體和水為孔隙流體。含水合物沉積物的制備方法為：向X-CT專用反應釜內(nèi)填充沉積物，注入水后，注入甲烷氣至釜內(nèi)壓力達到10-12MPa，制冷降溫至6-8℃合成甲烷水合物，待釜內(nèi)壓力穩(wěn)定后甲烷水合物合成結(jié)束。填充的沉積物的粒徑范圍根據(jù)實際勘探情況確定的，水、甲烷及反應壓力和溫度的控制根據(jù)所需的含水合物沉積物來確定。當然含水合物沉積物可以采用其他的方法來獲取，與實際勘探本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)獲取含水合物沉積物X?CT灰度圖像，測量孔隙度；(2)對灰度圖像重新著色，將土顆粒、水合物顆粒與氣體、水分成灰度值對比明顯的兩組，獲得含水合物沉積物X?CT彩色圖像；(3)設定閾值對X?CT彩色圖像進行二值化處理得到黑白圖像，調(diào)整閾值使得獲取的黑白圖像的有效孔隙度與X?CT灰度圖像的有效孔隙度相同；(4)求解黑白圖像中黑色區(qū)域的分形維數(shù)，即為含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)。

【技術特征摘要】
1.一種含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)測算方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)獲取含水合物沉積物X-CT灰度圖像，測量孔隙度；(2)對灰度圖像重新著色，將土顆粒、水合物顆粒與氣體、水分成灰度值對比明顯的兩組，獲得含水合物沉積物X-CT彩色圖像；(3)設定閾值對X-CT彩色圖像進行二值化處理得到黑白圖像，調(diào)整閾值使得獲取的黑白圖像的有效孔隙度與X-CT灰度圖像的有效孔隙度相同；(4)求解黑白圖像中黑色區(qū)域的分形維數(shù)，即為含水合物沉積物有效孔隙的分形維數(shù)。2.根據(jù)權利要求1所述的測算方法，其特征在于，該測算方法中X-CT掃描的對象是根據(jù)實際儲層情況人工合成的含水合物沉積物。3.根據(jù)權利要求2所述的測算方法，其特征在于，所述含水合物沉積物的制備方法為：向X-CT低溫高壓反應釜內(nèi)填充沉積物，沉積物的粒徑范圍根據(jù)實際勘探情況確定，注入水后，注入甲烷氣至釜...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：劉樂樂，劉昌嶺，張準，李承峰，蔡建超，
申請(專利權)人：青島海洋地質(zhì)研究所，中國地質(zhì)大學武漢，
類型：發(fā)明
國別省市：山東,37