三维数字岩芯模型的几何相似性判别及建模还原度评价

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利用CT扫描技术建立高分辨率数字岩芯模型,并对其电学、力学等物理特性开展数值化模拟分析工作,这一方法相较传统实验室测量,具有效率高、信息量完整、易分析存储等特点,近年来在岩石物理、油气资源评价以及石质路基分析等领域应用日益广泛。但三维数字岩芯建模过程中步骤复杂,涉及大量图像处理算法,这些算法会对岩芯模型的几何结构确立产生不同程度的影响,继而会使其物理特性分析产生较大偏差,导致实际生产和应用中的误判。为充分掌握数字岩芯三维建模过程中不同图像处理算法对模型几何结构与物理特性分析产生的影响,本文对三维数字岩芯建模过程中可能产生的各类影响因素进行分析,并提出一种可用于判别三维灰度模型和三维二值模型几何相似性的方法。基于此方法建立了一种数字岩芯建模还原度评价指标,可用于判别筛选出一种最接近原始岩芯样本几何结构的数字岩芯模型,以保证建模的准确性。这一成果可为工程应用提供参考依据,具有重要应用价值。本文具体开展工作如下:(1)通过CT扫描实验,采集多组岩石图像并建立数字岩芯灰度模型。通过多种图像处理方法建立大量二值模型,得到具有孔隙和岩石骨架两组分的数字岩芯二值模型用于岩芯特性分析。(2)分析建立数字岩芯二值模型过程中图像处理算法对岩芯几何及物理特性的影响。采用多种图像处理算法及参数指标来表征数字岩芯的几何特性,并利用有限元物理场分析法计算数字岩芯的电学特性。分析多种阈值分割算法和形态学算法对不同数字岩芯建模结果的影响。(3)提出一种基于几何特性的数字岩芯还原度评价方法,通过该方法量化建模过程产生的误差。利用该方法对数字岩芯灰度模型和二值模型分别做几何特征的提取,并计算模型间的相似性,最后利用该方法定量评价数字岩芯的建模效果。通过测量数据与仿真数据对比,结果表明,通过本文方法获取评价结果最佳的岩芯模型,其仿真结果与测量数据误差最小。这一评价方法能有效评价数字岩芯的建模的还原度,降低建模误差,为工业上的实际生产提供指导性的帮助。
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