一种结合中轴点和最大内切球的孔隙网络模型构建方法与流程

1.本公开属于数字岩心建模技术领域，具体地说是涉及一种结合中轴点和最大内切球的孔隙网络模型构建方法。


背景技术：

2.随着社会经济的迅速发展，人类对石油和天然气的需求量日渐增多，为了提高油气藏中石油和天然气的采收率，除了在宏观尺度进行理论研究和技术开发外，还需要进行微观尺度的研究，深入其主要存储空间—岩心孔隙空间内部，因此，研究一种可以体现数字岩心孔隙空间拓扑特征的，由球体和柱体简化孔隙和喉道的几何模型构建方法是非常必要的。
3.现有孔隙网络模型可分为规则拓扑孔隙网络模型和真实拓扑孔隙网络模型。
4.规则拓扑模型的特点是孔隙和喉道分布规则，具有结构简单、容易构建等优点，但同时该模型连通性较差、无法还原真实岩心结构。而真实拓扑孔隙网络模型是指基于真实岩心二维图像构建的孔隙网络模型。构建方法主要包括多向扫描法、voronoi多面体法、居中轴线法及最大球算法。
5.其中，多向扫描法通过对岩心孔隙空间进行各个方向切片、扫描来寻找孔隙和喉道，具有操作简单、计算结果较为准确的优点，但是该方法对孔隙的定义并不明确。
6.voronoi多面体法通过记录其顶点为孔隙，顶点间的连线为喉道，统计孔喉相关参数获得岩心孔隙网络模型。但是，此方法只能构建以成岩过程模拟方法建立的岩心模型，适用范围较小。
7.居中轴线法通过燃烧算法找到孔隙空间的居中轴线，并将其表示为喉道，居中轴线的交点表示为孔隙，从而近似得到等价拓扑结构的孔隙网络模型。此方法虽然可以较准确地保留整个岩心孔隙空间的基本拓扑结构特征和形态特征，但由于生成的居中轴线节点过多，使孔隙识别结果存在不确定性。
8.最大球算法通过寻找孔隙空间中的任意体素点的最大内切球，并用该局部最大内切球来表示孔隙，连接此局部最大内切球的所有最小球体表示喉道。此算法构建的孔隙网络模型可有效进行孔隙的准确识别，但其生成的喉道长度比实际喉道长度偏长，因此也具有一定的局限性。


技术实现要素：

9.针对背景技术中存在的问题,为克服现有技术的不足,本发明公开一种结合中轴点与最大内切球的孔隙网络模型构建方法，有效反映了孔隙空间几何拓扑特性,渗流模拟效率更高,准确性更好。
10.结合中轴点和最大内切球的孔隙网络模型构建方法包括如下步骤：
11.步骤1.基于岩心ct扫描序列图像，首先经过图像处理得到二值化图像后形成数字岩心，然后采用mc算法构建孔隙空间表面模型。
12.步骤2.基于步骤1中所构建的孔隙空间表面模型，采用lkc算法提取孔隙空间中轴点。
13.步骤3.基于步骤1中所构建的孔隙空间表面模型，采用powercrust算法提取孔隙空间最大内切球。
14.步骤4.结合中轴点和最大内切球完成孔隙网络模型的构建。
15.进一步地，所述步骤1中采用mc算法构建孔隙空间表面模型过程为：首先，读入数字岩心所有的体数据放入集合p；其次，取集合p中相邻上下两层相近的8个点作为立方体的顶点，并将其灰度值依次与等值面阈值进行比较，如果某条边两个顶点的灰度值分别小于和大于给定阈值，则可确定等值点；然后，确定等值面与立方体的相交方式；最后，采用线性插值法计算等值面的位置坐标和法向量，并得到孔隙空间表面模型。
16.进一步地，所述步骤2中孔隙空间表面模型中轴点提取过程为：首先，用离散的体素点来表示岩心空间，具体包括孔隙空间体素点和固体基质体素点；其次，确定边界点。若体素点的6连通邻域至少有一个是固体基质体素点，则确定该体素点为边界点；然后，划分边界点种类。按照上、下、东、南、西、北6个方向，将边界点划分为u、b、e、s、w、n类；最后，按照u、b、e、s、w、n六个方向的顺序搜索每个方向上满足特定条件的边界点并删除，直到搜索不到满足该条件的边界点，说明中轴点已生成，否则，继续标记新的边界点。
17.进一步地，所述步骤3中提取孔隙空间最大内切球的方法为：首先基于步骤1构建的孔隙空间表面模型的三角网格顶点提取采样点集并进行delaunay三角剖分和构建voronoi图；然后，计算采样点集的极点并标记内极点和外极点；最后，基于内极点和其到对应采样点距离提取岩心空间最大内切球。
18.进一步地，所述步骤4中孔隙网络模型的构建方法如下：
19.(1)提取中轴内切球；
20.(2)识别主球、从球和公共从球；
21.(3)定义孔隙和喉道，并完成孔隙网络模型构建。
22.至此，即可得到基于结合中轴点与最大内切球构建的岩心孔隙网络模型。
23.本发明的有益效果是：
24.本发明结合了居中轴点和最大内切球法的优点，准确反映了孔隙空间的拓扑特征及几何特性，适用于复杂岩心的孔隙结构特征研究，并为下一步对其进行数值分析与渗流模拟奠定了基础。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实例或现有技术中的技术方案，下面将对实例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他附图。
26.图1为孔隙网络模型构建流程图；
27.图2为构建的孔隙空间表面模型；
28.图3白色部分为提取的表面模型中轴点；
29.图4为提取的孔隙空间最大内切球；
30.图5为提取的中轴内切球；
31.图6为中轴内切球相交的7种处理办法；
32.图7为结合中轴点和内切球构建的岩心孔隙网络模型。
具体实施方式
33.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
34.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和或它们的组合。
35.本发明提出一种结合中轴点与内切球的孔隙网络模型构建方法，图1为具体操作流程。
36.首先，基于数字岩心采用mc算法构建如图2所示的孔隙空间表面模型。
37.其次，基于孔隙空间表面模型采用lkc算法通过逐层删除岩心孔隙空间体素点中满足条件的边界点以提取岩心孔隙空间的中轴点，结果如图3所示；同时，以mc算法构建的岩心孔隙空间表面模型的三角网格顶点作为采样点集，采用powercrust算法提取岩心孔隙空间最大内切球，结果如图4所示。
38.然后，结合中轴点和最大内切球提取图5所示的中轴内切球，并通过识别主球、从球和公共从球有效划分孔隙吼道，最终完成孔隙网络模型的构建。
39.具体过程如下：
40.(1)提取中轴内切球
41.基于岩心孔隙空间表面模型采用lkc算法提取中轴点后，采用powercrust算法提取最大内切球，保留所有中轴点与内切球球心距离最小的内切球，即完成中轴内切球的提取。
42.(2)识别主球、从球和公共从球
43.step1：对所有中轴内切球按照半径从大到小的顺序排序。
44.step2：标记半径最大的中轴内切球为主球，标记所有与该球相交且小于该球半径的球为从球。
45.step3：标记除主球外剩余中轴内切球中最大半径的中轴内切球，并标记所有与该球相交且小于该球半径的中轴内切球。
46.在该过程中标记的最大半径的中轴内切球和与该球相交且小于该球半径的球都有从球、公共从球、未标记三种情况。因此，若两个中轴内切球相交，根据标记球的信息有如图6所示7种处理方法。
47.具体包括：
48.(a)如果中轴内切球i，j均未标记，则将半径最大的中轴内切球i标记为主球，j标记为从球，并将i的主球和从球序号记录到j中(i的半径大于j的半径)，如图6(a)所示；
49.(b)如果中轴内切球i未标记，j被标记，则将i标记为主球，j标记为公共从球，并将
i的主球和从球序号记录到j中(i的半径大于j的半径)，如图6(b)所示；
50.(c)如果中轴内切球i标记为从球，j未标记，则i的标记信息不变，j标记为从球，并将i的主球和从球序号记录到j中(i的半径大于j的半径)，如图6(c)所示；
51.(d)如果中轴内切球i标记为从球，j标记为从球，且i和j没有公共的主球，则i的标记信息不变，j标记为公共从球，并将i的主球和从球序号记录到j中(i的半径大于j的半径)，如图6(d)所示；
52.(e)如果中轴内切球i标记为从球，j标记为公共从球，且i和j没有公共的主球，则i和j的标记信息不变(i的半径大于j的半径)，如图6(e)所示；
53.(f)如果中轴内切球i标记为从球，j标记为公共从球，且i和j没有公共的主球，则i的标记信息不变，j标记为公共从球，并将i的主球和从球序号记录到j中(i的半径大于j的半径)，如图6(f)所示；
54.(g)g如果中轴内切球i标记为公共从球，j标记为从球且i与j没有公共的主球，则将i标记为公共从球，j的标记信息不变，并将j的主球和从球序号记录到球i中(i的半径大于j的半径)，如图6(g)所示.
55.step4：按照step2处理所有的中轴内切球，直至处理完最小半径的中轴内切球结束。
56.(3)定义孔隙和喉道
57.step1：如果公共从球同时属于三个或三个以上主球，则将该公共从球定义为孔隙。
58.step2：选取所有识别出的主球，按照半径从大到小的顺序排序。
59.step3：选取所有识别出的公共从球，按照半径从大到小的顺序排序，依次记录每个公共从球的主球序号，如果主球序号的重复值大于或等于3，则将该主球定义为孔隙。
60.step4：两孔隙之间定义为喉道，选取两孔隙间半径最小的从球，并将该从球半径定义为喉道半径。
61.通过上述过程即可得到图7所示结合中轴点和最大内切球构建岩心孔隙网络模型，其中球体为孔隙，柱体为喉道。
62.上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。