多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 104076046 A (43)申请公布日 2014.10.01 CN 104076046 A (21)申请号 201310105117.1 (22)申请日 2013.03.28 G01N 23/00(2006.01) G06T 7/00(2006.01) (71)申请人 中国石油化工股份有限公司 地址 100728 北京市朝阳区朝阳门北大街 22 号 申请人 中国石油化工股份有限公司胜利油 田分公司地质科学研究院 中国石油大学 （华东） (72)发明人 王军 侯健 曲岩涛 宫法明 李奋 邱茂鑫 孟小海 张言辉 陈霆 杜庆军 刘丽 于波 李桂梅 周康 (74)专利代理。

2、机构 济南日新专利代理事务所 37224 代理人 崔晓艳 (54) 发明名称 多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量 表征方法 (57) 摘要 本发明提供一种多孔介质中剩余油微观分布 图像采集与定量表征方法， 该方法包括采集剩余 油分布图像 ； 将该剩余油分布图像进行预处理及 分割 ； 将该分割后的剩余油分布图像进行三维重 建 ； 统计剩余油信息 ； 以及计算剩余油特征参数。 该多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表 征方法实现了不同驱替时刻多孔介质中剩余油微 观分布图像的采集及定量表征， 在此基础上可对 岩心中剩余油的微观分布状态进行定量化描述， 为进一步提高采收率研究提供了有效的工具。 。

3、(51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 104076046 A CN 104076046 A 1/2 页 2 1. 多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其特征在于， 该方法包括 ： 步骤 1， 采集剩余油分布图像 ； 步骤 2， 将该剩余油分布图像进行预处理及分割 ； 步骤 3， 将该分割后的剩余油分布图像进行三维重建 ； 步骤 4， 统计剩余油信息 ； 以及 步骤 5， 计算剩余油特征参数。 2. 根据权利要求 1 所述的。

4、多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其特 征在于， 在步骤 1 中， 基于层析扫描技术获得不同驱替时刻多孔介质中剩余油微观分布的 层析扫描图像。 3. 根据权利要求 2 所述的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其特 征在于， 步骤 1 包括 ： （1） 将岩心模型抽真空饱和水并用模拟油驱替水， 至岩心处于束缚水状态时进行扫描 并记录出水量 ； （2） 以恒定的注入流速向饱和油的该岩心模型中注入模拟水， 分别在水驱至不同注入 倍数时刻对该岩心模型进行扫描并记录出油量 ； （3） 每个驱替时刻等间距地选取几个位置对岩心进行扫描 ； 以及 （4） 利用 X 射线探测器获。

5、取 X 射线衰减信号， 将该信号转换为图像信息， 对图像进行压 缩存储， 得到该剩余油微观分布的层析扫描图像。 4. 根据权利要求 2 所述的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其特 征在于， 在步骤 2 中， 截取该剩余油微观分布的层析扫描图像中间的矩形区域进行处理分 析， 对该截取图像进行亮度、 对比度调整及锐化处理， 使扫描图像更为清晰 ； 选定合适的阈 值， 利用指示克里金法对预处理后的该剩余油微观分布的层析扫描图像进行分割， 得到剩 余油在孔隙空间中的分布图像。 5. 根据权利要求 4 所述的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其特 征在于， 在步骤 3 。

6、中， 将二维的该分割后的剩余油在孔隙中的分布图像沿驱替方向叠加得 到储存剩余油信息的三维数据体， 在此基础上利用移动立方体算法实现孔隙结构和剩余油 的三维可视化。 6. 根据权利要求 1 所述的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其特 征在于， 在步骤 4 中， 根据三维空间内体素的相互连通关系将研究区域内所有的剩余油划 分为单块连通的剩余油并编号， 统计每个驱替时刻剩余油的块数、 单块剩余油的体积、 剩余 油的表面积及与岩石的接触面积信息。 7. 根据权利要求 6 所述的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其特 征在于， 在步骤 5 中， 计算剩余油平均体积、 剩。

7、余油体积大小频度分布、 剩余油接触面积比 和剩余油形状因子， 输出统计图表。 8. 根据权利要求 7 所述的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其特 征在于， 该剩余油平均体积为 权 利 要 求 书 CN 104076046 A 2 2/2 页 3 式中， 为剩余油体积， 单位为 m3； N 为研究区域内剩余油的块数 ； 下标 i 代表第 i 块剩 余油。 9. 根据权利要求 7 所述的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其特 征在于， 该剩余油接触面积为 式中， 为剩余油与岩石的接触面积， 单位为 m2； 为剩余油的表面积， 单位为 m2。 10. 根据权利要求 。

8、7 所述的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 其 特征在于， 该剩余油形状因子为 式中， 为剩余油体积， 单位为 m3； 为剩余油的表面积， 单位为 m2。 权 利 要 求 书 CN 104076046 A 3 1/5 页 4 多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法 技术领域 0001 本发明涉及图像处理技术领域， 特别是涉及到一种多孔介质中剩余油微观分布图 像采集与定量表征方法。 背景技术 0002 由于孔隙结构、 岩石润湿性、 注入方式等条件的差异， 油田开发过程中有相当一部 分原油滞留在储集层孔隙中及颗粒表面而形成剩余油。 剩余油的微观分布状态的研究对与 进一步挖潜。

9、剩余油、 提高采收率具有重要意义。 0003 目前常用的多孔介质中剩余油微观分布规律的研究方法包括玻璃刻蚀模型 （GMM） 、 岩心微观模型 （SMM） 和核磁共振成像技术 （NMR） 等。 0004 玻璃刻蚀模型能够较为真实反映岩石的微观孔隙结构， 而且通过显微镜可以直接 对剩余油的微观分布状态进观察和描述， 但该模型的岩石表面性质和孔隙几何特征等同真 实岩心仍有较大差距 ； 岩心微观模型利用实际的岩心薄片制作诚微观可视化模型， 该模型 的成像清晰度较差 ； 以上两种方法都是基于二维微观模型对某一渗流截面的剩余油进行研 究， 不能反映剩余油在三维空间的真实分布状态。核磁共振成像作为一种成熟的。

10、无损检测 技术， 可以在三维空间上对油气储集层内的流体空间分布状况进行定量描述。其关键是对 观察到的图像进行采集， 并通过图像识别技术确定剩余油形态， 进行定量表征。 发明内容 0005 本发明的目的是提供一种基于层析扫描技术的多孔介质中剩余油微观分布图像 采集与定量表征方法， 用于认识剩余油在不同驱替时刻下的微观分布规律。 0006 本发明的目的可通过如下技术措施来实现 ： 多孔介质中剩余油微观分布图像采集 与定量表征方法， 该方法包括 ： 步骤 1， 采集剩余油分布图像 ； 步骤 2， 将该剩余油分布图像 进行预处理及分割 ； 步骤 3， 将该分割后的剩余油分布图像进行三维重建 ； 步骤 。

11、4， 统计剩余 油信息 ； 以及步骤 5， 计算剩余油特征参数。 0007 本发明的目的还可通过如下技术措施来实现 ： 0008 在步骤 1 中， 基于层析扫描技术获得不同驱替时刻多孔介质中剩余油分布图像。 0009 步骤 1 包括 ： 0010 （1） 将岩心模型抽真空饱和水并用模拟油驱替水， 至岩心处于束缚水状态时进行 扫描并记录出水量 ； 0011 （2） 以恒定的注入流速向饱和油的该岩心模型中注入模拟水， 分别在水驱至不同 注入倍数时刻对该岩心模型进行扫描并记录出油量 ； 0012 （3） 每个驱替时刻等间距地选取几个位置对岩心进行扫描 ； 以及 0013 （4） 利用 X 射线探测器。

12、获取 X 射线衰减信号， 将该信号转换为图像信息， 对图像进 行压缩存储， 得到该剩余油微观分布的层析扫描图像。 0014 在步骤 2 中， 截取该剩余油微观分布的层析扫描图像中间的矩形区域进行处理分 说 明 书 CN 104076046 A 4 2/5 页 5 析， 对该截取图像进行亮度、 对比度调整及锐化处理， 使扫描图像更为清晰 ； 选定合适的阈 值， 利用指示克里金法对预处理后的该剩余油微观分布的层析扫描图像进行分割， 得到剩 余油在孔隙空间中的分布图像。 0015 在步骤 3 中， 将二维的该分割后的剩余油在孔隙中的分布图像沿驱替方向叠加得 到储存剩余油信息的三维数据体， 在此基础上。

13、利用移动立方体算法实现孔隙结构和剩余油 的三维可视化。 0016 在步骤 4 中， 根据三维空间内体素的相互连通关系将研究区域内所有的剩余油划 分为单块连通的剩余油并编号， 统计每个驱替时刻剩余油的块数、 单块剩余油的体积、 剩余 油的表面积及与岩石的接触面积信息。 0017 在步骤 5 中， 计算剩余油平均体积、 剩余油大小频度分布、 剩余油接触面积比和剩 余油形状因子， 输出统计图表。 0018 该剩余油平均体积为 0019 0020 式中， V 为剩余油体积， m3； N 为研究区域内剩余油的块数 ； 下标 i 代表第 i 块剩 余油。 0021 该剩余油接触面积为 0022 0023 。

14、式中， Scor为剩余油与岩石的接触面积， m2； S 为剩余油的表面积， m2。 0024 该剩余油形状因子为 0025 0026 式中， V 为剩余油体积， m3； S 为剩余油的表面积， m2。 0027 本发明中的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法， 利用层析扫描 技术对油水驱替过程中的岩心模型进行扫描， 获得不同驱替时刻多孔介质中油水分布信息 的图像， 对图像进行亮度、 对比度调整及锐化处理后， 应用指示克里金法对图像进行分割得 到剩余油分布信息， 将二维的分割图像沿驱替方向叠加得到储存剩余油信息的三维数据 体， 根据连通关系识别剩余油个体， 计算剩余油分布形态的特征参数。

15、。 本发明实现了不同驱 替时刻多孔介质中剩余油微观分布图像的采集及定量表征， 在此基础上可对岩心中剩余油 的微观分布状态进行定量化描述， 为进一步提高采收率研究提供了有效的工具。 附图说明 0028 图 1 为本发明的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方法的一具体 实施例的流程图 ； 0029 图 2 为本发明的一具体实施例中剩余油微观分布层析扫描图像的示意图 ； 0030 图 3 为本发明的一具体实施例中选取的层析扫描图像研究区域的示意图 ； 0031 图 4 为本发明的一具体实施例中预处理后的层析扫描图像的示意图 ； 0032 图 5 为本发明的一具体实施例中图像分割后岩心模型孔隙。

16、结构的示意图 ； 说 明 书 CN 104076046 A 5 3/5 页 6 0033 图 6 为本发明的一具体实施例中图像分割后剩余油分布状况的示意图 ； 0034 图 7 为本发明的一具体实施例中岩心模型孔隙结构三维重建结果的示意图 ； 0035 图 8 为本发明的一具体实施例中剩余油微观分布三维重建结果的示意图 ； 0036 图 9 为本发明的一具体实施例中剩余油划分编号示意图 ； 0037 图 10 为本发明的一具体实施例中不同驱替时刻剩余油块数统计图 ； 0038 图 11 为本发明的一具体实施例中不同驱替时刻剩余油平均体积统计图 ； 0039 图 12 为本发明的一具体实施例中不。

17、同驱替时刻剩余油接触面积比统计图。 具体实施方式 0040 为使本发明的上述和其他目的、 特征和优点能更明显易懂， 下文特举出较佳实施 例， 并配合所附图式， 作详细说明如下。 0041 如图 1 所示， 图 1 为本发明的多孔介质中剩余油微观分布图像采集与定量表征方 法的一具体实施例的流程图。在步骤 101， 采集剩余油分布图像。在一实施例中， 基于层析 扫描技术获得不同驱替时刻多孔介质中油水分布信息图像， 该步骤具体包括 ： 0042 （1） 将岩心模型抽真空饱和水并用模拟油驱替水， 至岩心处于束缚水状态时进行 扫描并记录出水量 ； 0043 （2） 以恒定的注入流速向饱和油的岩心模型中注。

18、入模拟水， 分别在水驱至不同注 入倍数时刻对岩心模型进行扫描并记录出油量 ； 0044 （3） 每个驱替时刻等间距地选取几个位置对岩心进行扫描 ； 0045 （4） 利用 X 射线探测器获取 X 射线衰减信号， 将该信号转换为图像信息， 对图像进 行压缩存储， 得到该剩余油微观分布的层析扫描图像。 0046 流程进入到步骤 102。 0047 在步骤 102， 将剩余油分布图像进行预处理及分割。具体说来， 截取层析扫描图像 中间的矩形区域进行处理分析， 对图像进行亮度、 对比度调整及锐化处理， 使扫描图像更为 清晰 ； 选定合适的阈值， 利用指示克里金法对图像进行分割， 得到剩余油在孔隙空间中。

19、的分 布图像。流程进入到步骤 103。 0048 在步骤103， 将分割后的图像进行三维重建。 将二维的分割图像沿驱替方向叠加得 到储存剩余油信息的三维数据体， 在此基础上利用移动立方体算法实现孔隙结构和剩余油 的三维可视化。流程进入到步骤 104。 0049 在步骤104， 统计剩余油信息。 根据三维空间内体素的相互连通关系将研究区域内 所有的剩余油划分为单块连通的剩余油并编号， 统计每个驱替时刻剩余油的块数、 单块剩 余油的体积、 表面积及与岩石的接触面积信息。流程进入到步骤 105。 0050 在步骤105， 计算剩余油特征参数。 计算剩余油平均体积、 剩余油大小频度分布、 接 触面积比。

20、和形状因子有关特征参数， 输出统计图表 ： 0051 剩余油平均体积 0052 剩余油平均体积为 0053 说 明 书 CN 104076046 A 6 4/5 页 7 0054 式中， V 为剩余油体积， m3； N 为研究区域内剩余油的块数 ； 下标 i 代表第 i 块剩 余油。 0055 剩余油接触面积 0056 剩余油接触面积为某一块剩余油与岩石基质的接触面积占其表面积的比例， 该参 数反映了剩余油与孔隙表面的相对位置关系， 即 0057 0058 式中， Scor为剩余油与岩石的接触面积， m2； S 为剩余油的表面积， m2。 0059 剩余油形状因子 0060 剩余油形状因子反映。

21、了剩余油结构的复杂程度， 为剩余油体积与表面积 1.5 次方 的比值， 即 0061 0062 式中， V 为剩余油体积， m3； S 为剩余油的表面积， m2。流程结束。 0063 总之， 本发明基于层析扫描技术获得不同驱替时刻多孔介质中油水分布信息图 像， 对图像进行处理， 应用指示克里金法分割图像得到剩余油微观分布信息， 将二维分割图 像进行三维重建得到剩余油信息三维数据体， 根据连通关系将研究区域内的全部剩余油进 行划分为单块剩余油， 计算剩余油分布形态的特征参数。 0064 在应用本发明的一具体实施例中， 包括如下步骤 ： 0065 1 剩余油分布图像采集将岩心模型饱和油后对其进行扫。

22、描并记录出水量， 设定注 入流速为 0.01mL/min 对岩心模型进行驱替， 分别在注水 0.5PV（注入倍数） 时刻、 1.0PV 时 刻、 2.0PV 时刻、 5.0PV 时刻、 10.0PV 时刻及驱替至残余油时刻对岩心模型进行扫描并记录 出油量。其中， 每个驱替时刻在岩心模型上等间距地选取 400 个位置对岩心进行扫描， 扫描 间隔为 11m， 扫描长度为 4.4mm。将生成的扫描图像进行压缩存储， 如图 2 所示的剩余油 微观分布层析扫描图像的示意图。 0066 2图像预处理及分割 0067 选取层析扫描图像中间256256像素的矩形区域进行处理分析， 如图3所示的选 取的层析扫描。

23、图像研究区域的示意图。 对图像进行亮度、 对比度调整及锐化处理， 使扫描图 像更为清晰， 如图 4 所示预处理后的层析扫描图像的示意图。利用指示克里金法对图像进 行分割， 得到如图 5 所示的图像分割后岩心模型孔隙结构的示意图和图 6 所示的图像分割 后剩余油分布状况的示意图。 0068 3分割图像的三维重建 0069 沿驱替方向选取 256 张分割图像进行叠加得到储存岩心模型信息的三维数据体 （256256256 像素） ， 利用移动立方体算法实现图 7 所示的岩心模型孔隙结构三维重建 结果和图 8 所示的剩余油微观分布三维重建结果的三维可视化。 0070 4统计剩余油信息 0071 根据 。

24、26 邻域连通关系将研究区域内所有的剩余油划分为单块连通的剩余油并编 号， 如图 9 所示。统计不同驱替时刻剩余油的体积、 表面积及与岩石的接触面积信息。 0072 5计算剩余油特征参数 0073 计算不同驱替时刻剩余油块数 （图 10） 、 平均体积 （图 11） 和接触面积比 （图 12） 等 说 明 书 CN 104076046 A 7 5/5 页 8 参数， 图10所示为不同驱替时刻剩余油块数统计图 ； 图11所示为不同驱替时刻剩余油平均 体积统计图 ； 图 12 所示为不同驱替时刻剩余油接触面积比统计图。 0074 本发明实现了不同驱替时刻剩余油微观分布图像的采集， 利用图像处理技术。

25、， 将 剩余油从层析扫描图像中分割出来， 将二维分割图像进行三维重建得到剩余油信息三维数 据体， 根据连通关系识别剩余油个体， 定量计算剩余油分布形态的特征参数， 有助于认识不 同驱替时刻剩余油的微观分布特征。 说 明 书 CN 104076046 A 8 1/4 页 9 图 1 图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104076046 A 9 2/4 页 10 图 5 图 6 图 7 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 104076046 A 10 3/4 页 11 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 104076046 A 11 4/4 页 12 图 12 说 明 书 附 图 CN 104076046 A 12 。