一种基于数字岩心技术研究岩石导热特性的新方法与流程

本发明涉及数字岩心的应用技术，即通过数字岩心技术和数值模拟方法研究岩石的导热特性，从而在微观尺度上分析多孔岩心的导热特征。

背景技术：

岩石的热物性在应用地球科学的许多领域都具有重要意义，其中导热性质在地热能开发及岩石热工程应用中有着重要的理论意义和应用价值。近年来，为了提高对油气的采收率以及地热能开发等岩石的热工程应用，对油气储层的研究由宏观逐渐转向微观尺度。储层介质的许多宏观性质均取决于它的微观结构和组成也就是岩石固体骨架及其孔隙空间中流体的各项物理性质，因此，从微观层面上开展研究，才能从根本上认识微观和宏观的联系，也只有在此基础上才能真正找到研究岩石热工程技术应用的正确方向和应该采取的技术手段，从而为现场生产提供有力的技术指导。

数字岩心技术可在微米尺度上对岩心骨架以及孔隙结构进行精确表征，近年来越来越多的被应用到岩心热物性的研究中。而如何将精确描述岩心内部结构的微ct图像转化为能够被目前通用的模拟计算软件识别的高精度体网格结构，并开展高精度岩石热物性计算研究则是目前数字岩心技术的热点和难点。

技术实现要素：

针对目前发展现状，本发明提出了一种先进的数字岩心技术并配合数值模拟方法对岩心导热特性进行研究的新方法，可以基于岩心的高精度微ct图像对岩石内部结构进行精确重构，进而利用通用的商业软件对岩石的微观导热特性开展高精度数值模拟研究。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于数字岩心技术的岩石导热特性研究的新方法，其综述：首先利用微ct(micro-ct)设备对真实岩心进行扫描获得ct图像；利用图像软件对图像进行降噪，阈值分割等图像处理操作，获得二值化图像；然后对二值化图像进行堆栈处理并对其内部骨架进行三维重构，将重构模型输出为通用的.stl文件；使用平台对模型进行优化处理、网格划分等计算前处理；最后利用软件对重构微观岩心的导热特性进行数值模拟。

通过高精度的micro-ct对岩心进行扫描，得到岩心垂直方向的一系列扫描2d图像。岩石中存在很多杂点以及ct扫描过程中的噪声干扰等其他不可逆因素要求我们必须对图像进行处理，利用去除杂点功能以及中值滤波器降噪来提高图像的清晰度和准确性。阈值分割的目的是将岩心中的孔隙和骨架分割开来，采用手动阈值分割的方法，以分割后图像孔隙度和实验测的孔隙度一致为标准来保证阈值分割的精确性，将灰度图像处理成二值化图像，其中灰度值0代表孔隙，灰度值255代表骨架。为了方便计算，选取尺度合适并且能代表岩样物理性质的区域作为表征体积(rev)，并将其输出保存。

将二值化图像进一步处理，利用图像处理软件中的闭合功能将像素值过小的孔洞填充，以及使用三轴连续性处理图像的联通性，这些操作既不会影响岩心的特征，又为之后的数值模拟打好了基础。最后将精细处理后的二值化图像重构成3d骨架模型，并输出为.stl格式文件。

数值模拟有三个基本步骤，前处理、模拟、后处理，前处理包括模型处理、网格划分等。将重构的骨架模型导入平台，利用软件对其进行简化优化处理以及指定边界，接着使用软件对其划分六面体核心网格并提高其质量，最后在软件中指定控制方程、边界条件、离散方法等，对岩心骨架进行导热数值模拟。模拟可以得到骨架内部微观尺度上温度的可视化分布，由此可以在微观尺度上研究热传导的特征和机理。同时，利用数值模拟的结果并结合傅里叶定律可以计算岩心骨架的等效导热系数。通过以上流程对重构的rev进行模拟计算得到的不同方向等效导热系数如下表所示：

表1不同方向等效导热系数

本发明的有益效果是：利用先进的数字岩心技术实现从ct扫描图像到导热特性模拟分析的一整套流程，可以准确表征岩心内部复杂、各向异性的三维结构，没有主观上的简化和均匀化，可以应用在地质地理、石油开采、地层储存等多孔介质相关领域，真正实现了微观尺度上岩心研究的精确化、数字化、可视化。此外，通过数值模拟手段可以在微观尺度上分析岩心特性和机理，得到宏观研究无法实现的微观尺度分析，也可以模拟岩心相关实验、计算一些物理参数、预测宏观特征和规律，能够较好的应用于地热能开发及岩石热工程应用。

附图说明

图1所示为ct扫描原始图像。

图2所示为经过降噪处理后的图像。

图3所示为阈值分割后的二值化图像。

图4所示为切割后的图像。

图5所示为重构的岩心骨架模型。

图6所示为热物性计算前处理后的展示。

图7所示为数值模拟后多个截面的温度分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明说明具体的实施方法：

图1为ct扫描的原始图像，经过去除杂点及降噪等图像处理操作得到图2；再通过阈值分割得到图3所示二值化图像；选择适当的区域作为rev即图4所示；通过商用图像软件进一步处理并重构出图5所示的骨架的三维模型；接着对重构模型进行热物性计算前处理，输出图6所示模型；利用软件对其进行导热数值模拟，得到图7所示温度分布；最后基于傅里叶定律计算得到表1所示的等效导热系数，实现了在微观尺度上分析岩心导热特性和机理。

以上实施方案仅用于说明而非限制本发明的技术方案。不脱离本发明精神的任何修改或局部替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。