概述 岩石是一种天然多孔介质，其结构中不仅包含岩石骨架，还有大量不规则的孔隙和孔隙流体。储层岩石的电学、力学和物理性质评价对于油气勘探具有重要意义。 基于 micro-CT 图像的数字岩心技术为岩石物理研究提供了新的途径，与传统实验相比也具有很多优势。利用三维数字岩心模型和多物理场模拟可以对岩石样品的有效物理性质进行数值评价。然而，在利用扫描图像进行数字岩心建模的过程中，存在各种影响岩石性质数值计算精度的因素，如形态学变换等。 应用于同一岩心样品的形态学变换策略会导致不同的孔隙率计算结果。研究表明，图像处理算法也会影响孔隙结构的重建，进而对样品的电学性质计算产生较大影响。本项目采用不同的形态学变换策略，对体素为 6003 的三维数字岩心模型进行研究。通过结合使用 Simpleware 和 COMSOL Multiphysics 软件，计算测量岩心模型的孔隙率和孔隙结构，模拟岩心模型的有效电学性质。 亮点 研究对象包含砂岩、页岩和碳酸盐岩在 Simpleware 中使用不同的形态变换方案为每个岩石生成多个微观结构在 COMSOL 中计算岩心模型的有效弹性模量和介电常数 数字岩心建模 获取图像数据 使用蔡司 Xradia 520CT 扫描设备对页岩、砂岩和碳酸盐岩样品进行扫描，它们的尺寸（8 mm）和孔隙度范围（4%-25%）均相同。页岩样品具有明显的层状结构，砂岩样品具有多种孔隙类型、孔径、形状和分布，而碳酸盐岩样品孔隙率小且孔隙结构简单。 图1：micro-CT 扫描样品的横截面：砂岩（左）、碳酸盐岩（中）和页岩（右） 图像处理和分割 扫描获得的灰度图像中存在着噪音，需要通过滤波器提高信噪比。将扫描图像导入 Simpleware 后，首先应用中值滤波器（Median filter）改善图像。为更好地区分孔隙和骨架，图像分割的阈值选择也非常重要。鉴于实测孔隙率已知，可以采用公式基于岩心孔隙率的最佳分割阈值进行分割。 基于图像的三维重建 理论上数字岩心尺寸越大，对岩石微观孔隙结构和宏观特征的表征就越准确。但这样对计算机资源和性能的要求很高。经多次测试发现，当数字岩心尺寸为600 × 600 ×6 00 体素时，物理性能（如孔隙率、弹性模量等）受到的影响最小。因此，本研究选择此尺寸作为代表单元的体积。 在 Simpleware ScanIP 中对图像进行重建、处理和分割后，应用不同的形态学变换策略：ED 腐蚀和膨胀，OC 打开和闭合，SC 平滑滤波器和孔洞填充，FI 填充间隙和孤岛移除。在 Simpleware FE 中对处理过的模型进行网格划分，生成高质量的网格模型并导入 COMSOL 中进行仿真。 图2：形态学变换的结果 图3：数字岩心网格模型：孔隙（左）、骨架（中）、孔隙和骨架（右） 形态学变换对岩石性质的影响 孔隙率 不同形态学变换对岩石孔隙结构的敏感度不同。ED 和 OC 对连续性孔隙的影响更大，而 […]