[发明专利]基于三维FIB-SEM图像的页岩孔隙定量表征方法

说明书

本发明涉及石油天然气地质勘探开发领域，具体为一种在页岩油气勘探中，采用FIB‑SEM识别页岩内部三维孔隙的类型和定量表征其结构信息。方法包括：利用FIB‑SEM对页岩中的无机质、有机质和孔隙进行微米和纳米级尺度的高精度的三维成像，得到三维FIB‑SEM图像；将三维FIB‑SEM图像的各二维图像进行对齐、对图像亮度不均匀性进行校正、滤波去除图像的噪声；将预处理后的图像进行分割，把图像划分孔隙区、有机质区、无机质区；对图像孔隙区中各孔隙进行标注，根据各孔隙周围有机、无机的分布情况将孔隙分为有机孔隙、无机孔隙、边界孔隙；通过数学方法分别对各孔隙进行分析，得到三维孔隙的表征参数。

技术领域

本发明涉及石油天然气地质勘探开发领域，特别涉及一种在页岩油气勘探中，采用FIB-SEM(聚焦离子束-扫描电镜)识别页岩内部三维孔隙的类型和定量表征其结构信息。

背景技术

页岩的储油和储气能力与页岩中的孔隙度和有效孔隙度等因素息息相关，而孔隙类型和大小的定量描述更是直接决定油和气在孔隙内的赋存状态、运移机理和能力。同时，页岩在沉积演化过程中，孔隙的演变始终是关注的焦点之一，是我们研究页岩油气沉积演化史的重点。因此对页岩储层的孔隙研究与刻画有意义重大。

页岩内的孔隙按形成的机理和位置，可以简单地分为有机孔隙和无机孔隙。有机孔隙是有机质成熟过程中在其内部形成的孔隙，分布在有机质周围和内部，而无机孔隙是由原始的孔隙演变而来或后期在无机矿物内部或矿物颗粒之间形成的，分布在无机矿物颗粒间或矿物内部。还有部分孔隙介于有机质和无机矿物颗粒之间。

目前对于页岩储层孔隙的分析已开展了大量研究，其中主要的测试技术手段有压汞法和气体吸附法，但这两种测试方法的结果展示的都是页岩整体的孔隙特征，不能将页岩中有机质孔隙和无机矿物孔隙进行区分。

而近几年普遍采用的三维扫描技术有：FIB-SEM技术、纳米CT技术。通过这些技术，可以清晰看到孔隙的三维空间分布。如果想要达到区分有机孔隙和无机孔隙并分别定量描述，往往是通过分割出孔隙后，人工根据经验区分有机孔隙和无机孔隙。这种方法操作简单，但是十分耗时，难以准确，推广困难。

另外，通过扫描电镜技术，也可以先获取真实页岩岩心在不同平面上的二维孔隙扫描图像，然后将图像分割转换得到页岩岩心二值图像；并利用模拟的方法构建有机孔隙数字岩心，并通过叠加，建立有机、无机孔隙的数字岩心。这种通过二维数据去模拟三维空间的方法，虽然使用的机时较少，但是不能真正地反应三维空间有机孔隙和无机孔隙的分布，从而对评价页岩储油储气能力、孔隙内的油和气的赋存状态、运移机理和能力带来局限性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种基于FIB-SEM图像的页岩有机孔隙和无机孔隙的识别和分析新方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于三维FIB-SEM图像的页岩孔隙定量表征方法，所述方法包括：

图像采集：利用FIB-SEM对页岩中的无机质、有机质和孔隙进行微米和纳米级尺度的高精度的三维成像，得到三维FIB-SEM图像；

图像预处理：将三维FIB-SEM图像的各二维图像进行对齐、对图像亮度不均匀性进行校正、滤波去除图像的噪声；

图像分割：将预处理后的图像进行分割，把图像划分孔隙区、有机质区、无机质区；

孔隙分析：对图像孔隙区中各孔隙进行标注，根据各孔隙周围有机质区、无机质区的分布情况将孔隙分为有机孔隙、无机孔隙、边界孔隙；

定量表征参数：分别对有机孔隙、无机孔隙、边界孔隙进行分析，得到三维孔隙的各种表征参数值。

进一步地，所述孔隙分析具体为，

对三维图像的各XY方向二维图像进行孔隙连通性分析、提取各孔隙边缘；