基于CT扫描的小壕1井三维岩心微观结构表征

基于 CT 扫描 的小壕 1 井 三维岩心微观结构表征

郭小璇、雷中英（通讯作者）

长江大学地球科学学院

摘要：基于多尺寸CT扫描技术，对扫描生成的70um和2um数字岩心进行处理，研究连续性深度不同岩性岩心的微观结构。以鄂尔多斯盆地伊陕斜坡上古生界石炭系上统太原组的岩心为例展开研究，通过去硬化和分水岭分割的预处理方法增加三维岩心处理时的准确度，通过图像二值化定量灰度值和孔隙提取尺寸准确计算孔隙度，对岩心样品的孔隙结构进行详细定量分析。

关键词：CT；数字岩心; AVIZO；孔隙结构

1 三维岩心CT扫描成像

本文样品取自于陕西省榆阳区小壕兔乡小壕1井，位于位于鄂尔多斯盆地伊陕斜坡东北部，该区带古构造为基底古隆起，现今构造为低凸。受基底古隆起控制，西南部断裂最发育，其次是西北，东部较少。根据地震预测，小壕1井位于断裂附近，有利于形成良好输导及储集条件。

表1 岩心样品基本信息

2.1岩心CT图像预处理

岩心扫描后，噪声等的干扰会使岩心出现灰度值不同的孤立像素点，因此在图像二值化之前，还需对岩心灰度图像进行恰当的预处理^[1-2]。

2.1.1锐化处理

对岩心图像进行Deblur锐化处理，主要作用为增强图像清晰效果，更易对岩心不同物质灰度的识别和提取。同时对图像进行降噪处理，减少模糊阴影。处理后，对CT图像的灰度值进行调节，通过定量岩心图像最大最小灰度值，增强岩心骨架和岩心孔隙的对比度。经过了预处理后的切片清晰度更高，灰度值调节后岩心孔隙和矿物的微观结构对比更突出。

2.1.2分水岭分割

岩心在进行CT扫描工作时，通常用木块和胶带缠绕固定，因此扫描出的三维岩心数据图会产生圆环状阴影。分水岭分割算法可以用于去除这种岩心CT图像扫描时产生岩心外围圆环状阴影。

2.2图像二值化处理

图像二值分割是指将灰度图像中的像素点的灰度值都转换成0和1，用来表示岩石骨架和孔隙^[3]。通过岩心物质在CT图像中显示不一样的灰度信息来定量提取孔隙和矿物的范围^[4]。灰度值是对孔隙和矿物提取上下限的定量，也对应确定的提取范围和孔隙、矿物的体积，是孔隙和矿物在提取过程中定量化的表现^[5]。

孔隙提取时，岩心CT图像上黑色的孔洞被识别到。岩心孔隙的最小灰度值增大，则孔隙识别范围减少，岩心孔隙最小灰度值减小，则孔隙识别范围增加。岩心最大灰度值可调节识别到的其他区域范围，比如岩心边缘由于岩心破碎被误识别为孔隙的区域，可以通过减小岩心最大灰度值减少误选的区域。

3三维岩心数据分析与建模

岩心样品XH-2、XH-3和XH-4的有效缝洞率主要分布区间为4.23-4.75%，总缝洞率主要分布区间为6.40-7.24%。相比这三块岩样，岩样XH-1有效缝洞率偏小，而被填充缝洞率偏大，分析认为该深度段粗砂岩岩心缝洞被填充是岩样XH-1孔隙度偏小的因素之一。

表6 岩样孔隙度

4 结论

基于CT扫描的三维岩心微观结构表征方法可作为辅助工具对常规岩心研究工作进行补充。预处理算法降低对孔隙和矿物提取的误差，使计算结果与岩样实测数据更加吻合。阈值分割的图像处理算法和最大球算法的数据分析算法，能够准确的计算岩心内部各项数据如孔隙度、孔隙数、孔喉长度、孔喉个数等，真实、直观的反映出了岩心内部孔隙结构特征和连通孔隙建模。体现三维岩心CT图像数字化、立体化、多维度的优势，丰富不同岩性的岩心在微观层面上对比研究的效果。

参考文献

1. 林承焰,王杨,杨山,等.基于CT的数字岩心三维建模[J].吉林大学学报:地球科学版,2018,48(01):307-317.

2. 刘发.基于数字岩心的致密砂岩应力敏感研究[D].中国石油大学(北京),2019.

3. 罗志鹏.阈值分割法在数字岩心中的应用研究[J].当代化工研究,2018(12):66-67.

4. 刘学锋,孙建孟,王海涛,等.顺序指示模拟重建三维数字岩心的准确性评价[J].石油学报,2009,30(3):391-395.

5. 张丽,孙建孟,孙志强,等.多点地质统计学在三维岩心孔隙分布建模中的应用[J].中国石油大学学报(自然科学版),2012,36(2):105-109.