[发明专利]一种基于岩石微CT图像的孔隙迂曲度计算方法

说明书

本发明提供一种基于岩石微CT图像的孔隙迂曲度计算方法，首先开展岩样的微CT扫描测试，获取岩石微观孔隙结构图像，结合数字图像滤波及图像分割，获得包含岩石骨架及孔隙的二值化图像；开展基于微CT岩样的图像REV分析，获取不同岩样的REV尺寸；利用图像像素与计算网格间的一一对应关系，建立岩样REV的三维计算网格模型；基于岩石REV计算网格和随机游走理论，利用MATLAB工具箱开展孔隙扩散模拟，通过统计随机粒子群的均方位移与时间的导数可求得岩石孔隙相的有效扩散系数，进而计算得到岩石微CT图像中的孔隙三维迂曲度。

技术领域

本发明涉及渗流力学领域，具体而言，涉及一种基于岩石微CT图像的孔隙迂曲度计算方法。

背景技术

迂曲度是描述岩土体等多孔介质微观渗流通道特征的重要参数，其定义为渗流通道的实际长度与穿过渗流介质的视长度(宏观距离)的比值(如图2所示)，即渗流流体质点穿越介质单位距离时，质点在孔道中运动轨迹的真实长度，可用下式表示：

式中，L_t是流体穿过孔隙通道的距离，L₀是渗流介质的宏观距离。

多孔介质的声电特性与流体输运特性均与迂曲度密切相关。在准确预测岩土体等多孔介质的孔隙迂曲度的基础上，结合不同介质的物理特性拟合公式可实现多孔介质吸声系数、电导率、热导率和渗透率等参数的快速预测，从而建立起多孔介质微观渗流通道结构特征与宏观输运参数的联系。传统的岩石迂曲度计算方法主要结合二维岩石薄片图像或对岩石平均孔径测试的经验关系式来获取。尚未有结合岩石三维微CT图像获取岩石三维孔隙迂曲度的计算方法。针对这一不足，本发明公开了一种基于岩石微CT图像的孔隙迂曲度计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预测精度高、可用性强的岩石三维孔隙迂曲度计算方法。为实现上述目的，本发明主要包括以下步骤：

步骤S1：开展岩样的微CT扫描测试，获取岩石微观孔隙结构图像，结合数字图像滤波及图像分割，获得包含岩石骨架及孔隙的二值化图像。

步骤S2：开展基于微CT岩样的图像REV分析，以图像孔隙度及绝对渗透率作为参考依据，获取不同岩样的REV尺寸。

步骤S3：基于岩石REV图像，利用图像像素与计算网格间的一一对应关系，建立岩样REV的三维计算网格模型。

步骤S4：基于岩石REV计算网格，利用MATLAB工具箱基于随机游走理论开展孔隙扩散模拟。首先假设一定数量的假想粒子在岩石孔隙空间中随机游走，通过统计粒子群的均方位移与时间的导数可求得岩石孔隙相的有效扩散系数，即为：

式中，r²(t)为粒子群均方位移，t为时间，φ是介质相的体积分数，D_e是粒子在多孔介质中的有效扩散率。对于三维岩石孔隙，其在x，y，z三个方向上的均方位移为：

式中，n为随机粒子数，i表示第i个粒子。

步骤S5：开展岩石中介质有效扩散系数与材料本征扩散系数分析可知，

式中，τ为迂曲度，D是介质的本征扩散系数；。将D_e代入公式(4)即可获得岩石微CT图像中的孔隙三维迂曲度。

与传统技术相比，本发明的有益效果在于：提供了一种可行的、精度高、计算效率高的岩石孔隙三维迂曲度计算方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明方法的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请实施例作进一步说明。