[发明专利]一种多尺度孔隙面孔率的定量统计方法

说明书

本发明公开了一种多尺度孔隙面孔率的定量统计方法，包括以下步骤，对采集的显微图像中每一个孔隙的面积进行测量与记录；将统计的孔隙面积分布范围划分为若干个区间；基于放大倍数与观察面积的关系，依次计算不同图像各孔隙面积分布区间内的孔隙数量平均值，并计算衡量孔隙数量平均值随显微图像数量增加而趋于稳定的非平衡函数；设定非平衡函数稳定值，根据真实孔隙数量绘制孔隙面积分布曲线；结合孔隙面积分布曲线和显微图像面积得到统计面孔率，本申请提出了一种不同放大倍数下孔隙面积分布曲线叠合的全孔隙面积表征方法，解决了现有技术中在显微镜的单一放大倍数下不能实现所有尺度的孔隙特征参数统计的问题，能获得较好的统计结果。

技术领域

本发明涉及材料科学、油气储层评价、岩土工程等领域，特别是一种多尺度孔隙面孔率的定量统计方法。

背景技术

孔隙结构特征一般是指孔隙和喉道大小、分布、配置和连通性等特征。岩石等天然多孔材料的孔径尺寸分布范围广(从几埃到数百微米)，且对流体分布形式、含量以及流动规律具有重要的影响，因此孔隙结构在天然材料孔隙性研究中受到广泛重视，如页岩气储层孔隙的分形维度特征等。目前，孔隙结构特征及其定量分析方法大致可以分为以下两类：

第一类，成像分析技术，是利用电磁学成像原理，采用光波、电子、中子等射线作为探测手段，分析孔隙特征的方法。成像分析技术包括光学显微镜、核磁共振技术、场发射扫描电镜、原子力显微镜、纳米/微米CT、透射电子显微镜、小角度/超小角度中子散射、小角度X射线、磁性荧光纳米材料成像等。常规的光学显微镜由于其分辨力有限(分辨力极限约为0.2μm)，对于微纳米孔隙发育的页岩适用性较低，因此各种页岩孔隙分析技术被提出。扫描电镜技术使得页岩微纳米孔隙观测成为可能，分辨力极限可以低至数个纳米。核磁共振、CT扫描、磁性纳米荧光成像等技术可以从宏观角度分析微纳米孔隙的结构特征，并在一定程度上对孔隙的连通性进行分析。小角度/超小角度中子散射、有机流体失踪可以对页岩孔隙的连通性进行分析。

第二类，流体注入技术，通过注入与样品不发生明显化学反应的流体，根据流体进入量及注入过程，依据不同的理论方法基于特定的假设模型，定量表征孔隙结构参数，包括平均孔径、孔容、比表面及孔径分布。流体注入技术包括饱和流体(盐水、酒精等)、气体膨胀法(氦气孔隙度法)、高压压汞法、气体吸附法(低温N2和CO2吸附)。压汞法是表征岩石孔喉的重要方法，其原理是利用凯尔文方程计算孔喉半径。由于页岩孔隙较小，因此注入压力比测量常规砂岩等要大很多，但过大的注入压力则可能破坏原始孔隙的形态，产生扩喉影响。饱和酒精或盐水法，是利用已知密度的流体(酒精或盐水)注入样品，测量饱和前后样品的重量差，即可得到样品的孔隙度。气体膨胀法，通常指氦气孔隙度法，被认为是测量有效孔隙度最准确的方法。因此，一般认为用其表征宏孔，而微孔和介孔则通过利用气体吸附法表征。气体吸附法主要指低压下的液氮吸附和二氧化碳吸附。低温液氮吸附被认为是较小孔隙(2nm-300nm)最好的表征方法，常应用于页岩等致密岩石；二氧化碳吸附则具有更小的表征范围。因此，研究者通常用二氧化碳吸附表征微孔，氮气吸附表征介孔。

本发明公开了一种多尺度孔隙面孔率的定量统计方法，包括以下步骤，采集显微图像样本，对显微图像中每一个孔隙的面积进行测量与记录；统计孔隙面积的分布范围，将孔隙面积分布范围划分为若干个区间；基于放大倍数与观察面积的关系，依次计算不同放大倍数下不同图像各孔隙面积分布区间内的孔隙数量平均值，并计算衡量孔隙数量平均值随显微图像数量增加而趋于稳定的非平衡函数；当非平衡函数小于某一个稳定值时，孔隙数量平均值代表该孔隙面积分布区间内孔隙数量的真实值，根据孔隙面积分布区间以及对应的孔隙数量绘制孔隙面积分布曲线；结合孔隙面积分布曲线和显微图像面积，即可得到统计面孔率。本申请提出了一种不同放大倍数下孔隙面积分布曲线叠合的全孔隙面积表征方法，解决了现有技术中在显微镜的单一放大倍数下不能实现所有尺度的孔隙特征参数统计的问题，该方法以全孔隙面积分布曲线作为参考值，实现了不同放大倍数下面孔率参数的叠合统计，只需要较少电镜照片的快速统计就可以实现多尺度微纳米孔隙的面孔率定量统计，且结果更加可靠。

发明内容