微观驱油动态彩色图象量化处理装置和处理方法 【技术领域】
本发明属于一种油田采油微观驱油动态彩色图象量化处理技术，具体地说涉及一种微观驱油动态彩色图象量化处理装置和处理方法。背景技术
应用微观网络模型进行室内驱油模拟实验技术在国内外已广泛应用，但以往对实验资料的获取和分析仅停留在用摄象和照相等手段上，只能作定性描述。如何提高实验资料的获取质量以及改进资料的分析处理方法是石油实验工作者多年来一直关心和积极开展的课题，图象分析技术是提高微观渗流实验资料分析精度的有效手段，通过这项技术，可以使实验资料的分析由定性描述到定量计算，使资料的处理发生质的变化。目前，国内还没有用于驱油实验动态图象分析的有效方法，部分单位从国外引进的仪器也只能对岩心铸体薄片等静态资料进行定量的处理。发明内容
为了利用计算机快速而准确地对微观驱油实验过程作定量处理，本发明提供了一种微观驱油动态彩色图象量化处理装置和用于该装置的处理方法。
为实现上述目的，本发明提供的微观驱油动态彩色图象量化处理装置包括：
驱替液体的微量驱替泵；
实验的地层微观仿真模型；
放大微观模型的显微镜；
摄取微观模型动态图象的彩色摄象头，可安装在显微镜上，其信号可输入录象机进行录象，也可输入计算机录取图象；
彩色解码器，将彩色复合视频信号分解为R、G、B三分量，以便于帧存板上的三路A/D变换器工作；
彩色图象帧存板，可直接插入计算机箱内的空槽中；
彩色监视器，可接受多种制式的视频输入，与帧存板连接；
计算机，以及
打印机。
本发明提供的用于上述处理装置的微观驱油动态彩色图象量化处理方法包括动态彩色图象处理程序和静态彩色图象处理程序二部分，分别叙述如下：
1、动态彩色图象处理程序
(1)动态图象录取，主要实现动态图象地连续录取，并记录摄象时有关参数，如模型号、实验次数、屏幕比例、驱动类型、注入速度、放大倍数等。在计算机上摄象时，一幅图象的录取时间为1/25秒，连续录取图象的时间间隔为1.5秒，录取图象时间间隔大于1.5秒时可手动录取，也可自动录取，自动录取的时间间隔可以任意设定。这些图象信号损失很小，分辨率高，是分析研究驱替特征和测量有关参数的基础。
(2)动态图象显示，主要实现已录取的动态图象在监视器上的重放和拼图功能，同时显示图象有关参数。这有助于选取需要处理的图象，测量所需的特征参数。
(3)动态图象维护，实现动态图象的插入和删除，以保证驱替过程特征变化图象的连续性。
(4)图象的压缩和转储，将整个模型的动态图象压缩到原来的1/10～1/20，以便存储到软盘上。
(5)孔隙参数分析，计算微观模型孔隙、喉道的特征参数，并保存分割后骨架模板图象GJ.JRP，供后面分析使用。
(6)采收率曲线分析，利用驱替过程中录取的动态图象测量驱替相和被驱替相的有关参数，计算不同驱动类型、不同注入倍下的采出程度，并绘制驱替倍数与采出程度关系曲线。
(7)水前缘线分析，从每幅动态图象中提取水前缘线并描绘和叠加多幅连续的水前缘图象，计算水在整个模型中各个方向的推进速度和水淹特征。
(8)宏观轨迹分析，显示目标在整个模型上的流动轨迹，绘制此目标在各个方向上的速度曲线。
(9)微观轨迹分析，选择适当的放大倍数，跟踪录取目标在孔隙内的动态图象，对每一幅图象中的目标特征进行测量，得到目标的变化特征和运动轨迹。
(10)标定放大倍数，测定在一定放大倍数下的标尺长度，将象素长度和面积转换为实际测量值。
2、静态彩色图象处理程序
该程序能够对孔隙喉道内充填彩色液体或固体的图象进行孔隙识别和喉道的自动寻找和提取，由操作人员确定所提取的喉道是否正确。在对孔隙、喉道识别判断后算出孔隙、喉道的参数及其分布，并输出相应图表。
本发明具有如下优点：
1、本技术动态彩色图象处理软件可有选择地摄取图象并将其存入到计算机的硬盘中，以便量化分析驱替规律时随时调用，实现了驱替过程全部图象的录取。
2、实现了R、G、B(红、绿、蓝)彩色空间与H、V、C(明度、色调、饱和度)彩色空间的相互转换，使彩色图象真正实现了真彩色处理，较黑白和伪彩色图象处理提高了测量精度。
3、可对图象中的目标，进行17个基本参数的测定。
4、实现了孔隙中微观目标的跟踪和测量。
5、对微观驱油实验过程中不同注入倍数下采出程度的精确定量是该领域中的重大突破。
6、在图象处理过程中，采用全汉字操作，并可将得到的数据自动生成图表输出，也可存入数据库，便于二次开发编辑使用。
下面以实施例并结合附图对本发明作详细描述。附图说明
图1为本发明装置示意图；
图2为本发明动态彩色图象处理程序流程图；
图3为本发明静态彩色图象处理程序流程图；
图4为孔径分布直方图；
图5为孔径面积分布直方图；
图6为喉道分布直方图；
图7为水驱-三元复合驱采收率曲线；
图8为聚合物驱替水驱后残余油；
图9泡沫复合体系驱替盲端残余油；
图10为不同时刻水前缘线叠加图；
图11为水前缘线在不同时刻速度图；
图12为微观目标(油珠)运动轨迹图。具体实施方式
本实施例采用的装置分别为：
微量驱替泵1，ISCO-100DX型，流量范围为0.01μl/min～25ml/min，压力范围0～70Mpa，流量稳定，能满足各种模拟速度的要求。
微观仿真模型2，应用照相、制版等技术，将岩心铸体薄片上的孔隙结构经放大后刻蚀在平面玻璃板上，经粘接、烧结等方法制成平面玻璃模型，大小为4cm×4cm，其孔隙结构与储层岩石孔隙结构相似。
显微境3，物镜倍数1×、4×和10×，既能使整个模型为一幅图象，又可使一幅图象只包含几个孔隙，甚至仅为一个孔隙的局部，从而使微观和宏观目标都录取成图象并得到准确的测量。
摄象头4，松下WV-CP410/G型，摄象灵敏度为3LUX，水平象元素815点，分辨率为600行，可安装在显微境上，其信号可输入录象机进行录象，也可输入计算机录取图象。
彩色解码器5，VCB1型，将彩色复合视频信号分解为R、G、B三分量，以便于帧存板上的三路A/D变换器工作。
彩色图象帧存板6，MVC32P型，可直接插入计算机箱内的空槽中，四个512×512×8bit帧存体的真彩色图象采集卡，图象采集速度为每帧1/25秒，彩色图象信号可同时也可分时输入到RGB帧存体中。
彩色监视器7，索尼PVM-1440QM，可接受多种制式的视频输入。
计算机8，联想奔月1100型，128MB内存、12GB硬盘。
打印机9，EPSON Stylus Color彩色喷墨打印机。
以上装置的相互连接为公知的技术。
用于上述装置的程序包括动态彩色图象处理程序和静态彩色图象处理程序二部份，分别叙述如下：
动态彩色图象处理程序流程：
1)摄取图象，摄取所需要实验过程的全部图象，储存于硬盘中；
2)选择分析项目，选择分析目标参数；
A1采收率曲线分析，选择分析的项目是驱替实验过程中的采收率；
A2选取饱和油图象，选取未驱替前模型饱和油时的图象；
A3计算饱和右面积，计算最初模型中饱和油的面积(模型孔隙厚度相同，面积的量可以视为体积)；
A4选取驱油过程图象，选取驱替液已经进入模型孔隙后的一幅图象，(按时间的先后先后顺序)；
A5计算驱油过程中油的面积，计算所选取的图象中油的面积；
A6计算此过程采收率，将所选取的图象油的面积(体积)与饱和油的面积(体积)比较，计算被驱替出油的比率；
A7绘制采收率曲线，给出采收率报表，给出整个实验各个过程的采收率数据表，绘制整个驱油过程的采收率曲线；(图7、表4)
B1目标轨迹分析，分析宏观、微观目标在整个模型或模型的一部分孔隙中的运动轨迹和运动参数；
B2选取最初孔隙位置图象，选取目标运动过程中所在的模型孔隙的图象；
B3制作孔隙结构模板图象，将宏观或微观目标运动过程中所经过的孔隙进行处理，作出这些孔隙的底版，以作为目标运动过程中位置和运动方式的参照；
B4选取目标运动过程图象，选取目标运动过程中的一幅图象(按时间的先后先后顺序)；
B5进行目标位置及参数分析，计算目标在整个模型中或部分孔隙中的运动速度、形状和位置参数；
B6绘制目标运动轨迹给出目标的位置及运动参数，将B5所得到的结果绘制成图表(图10、图11、图12，表5、表6)；
1)结果保存打印输出，所得到的图表可存盘，也可打印输出。上述流程如图2所示。
静态彩色图象处理程序流程：
1)摄取图象或读取图象，摄取铸体薄片或模型孔隙图象，也可以读取已经保存的铸体薄片或模型孔隙图象；
2)定义分析窗口，选取所要分析部分的孔隙；
3)进行图象分割，根据孔隙和骨架颜色的差别，将孔隙分割出来；
4)喉道自动提取，由计算机根据孔隙和喉道宽度的大小将喉道识别出来；
5)手工修改，针对计算机无法提取的喉道可进行人工点击鼠标来分割；
6)计算孔径参数，计算出孔隙直径大小、分布及统计参数(表1，图4)，孔隙面积大小及分布(表2，图5)和喉道大小及分布(表3，图6)；
7)累加下一幅，可以对多幅图象的计算结果进行累加；
8)结果保存打印输出，计算结果可存盘，也可输出。
上述流程如图3所示。
本实施例的结果如下：
1、孔、喉参数分析
对实验用地层仿真微观模型的孔喉参数进行统计分析，可得到：
孔隙参数及孔径分布—面孔率、最大配位数、最小配位数、平均配位数、平均孔隙直径、分选系数、偏度、尖度、变异系数、平均孔隙直径比、孔径分布(表1)及孔径分布直方图，见图4。表1 孔隙参数及孔径分布数据表面孔率(％) 最小配位数 最大配位数 平均配位数 平均孔隙直径(μm)40.35 1 10 3.719 1623.32分选系数 偏度 尖度 变异系数 平均孔喉直径比0.58 1.82 5.62 0.95 6.99类别 Φ孔径孔隙数目 频率 (％) 类 别 Φ 孔径(μ m)孔隙数目 频率 (％) 1 ＞3.32＜100.00 0 0.00 11-0.14 1100.00 3 5.26 2 2.32 200.00 0 0.00 12-0.26 1200.00 0 0.00 3 1.74 300.00 0 0.00 13-0.38 1300.00 2 3.51 4 1.32 400.00 1 1.75 14-0.49 1400.00 0 0.00 5 1.00 500.00 0 0.00 15-0.580 1500.00 3 5.26 6 0.74 600.00 2 3.51 16-0.68 1600.00 3 5.26 7 0.51 700.00 0 0.00 17-0.77 1700.00 3 5.26 8 0.32 800.00 4 7.02 18-0.85 1800.00 3 5.26 9 0.15 900.00 1 1.75 19-0.93 1900.00 0 0.00 10 0.00 1000.00 0 0.00 20＜-0.93 ＞1900.00 32 56.14
同时可给出不同孔隙面积所对应的孔隙数目(表2)及相应的直方图，见图5。表2 孔隙面积分布数据表 类 别 分类面积 (μm2) 孔面积 (μm2)孔隙数目 比例 (％) 类 别 分类面积 (μm2) 孔面积(μ m2)孔隙数目 比例 (％) 1 ＜7.85e+03 0.00e+00 0 0.00 11 1.58e+06 6.09e+06 4 5.14 2 1.65e+05 4.39e+05 3 0.37 12 1.74e+06 1.70e+06 1 1.43 3 3.22e+05 7.46e+05 3 0.63 13 1.89e+06 9.16+06 5 7.73 4 4.79e+05 1.27e+06 3 1.07 14 2.05e+06 0.00e+00 0 0.00 5 6.36e+05 4.90e+05 1 0.41 15 2.21e+06 6.34e+06 3 5.35 6 7.93e+05 4.21e+06 6 3.55 16 2.36e+06 2.25e+06 1 1.90
喉道参数及喉道分布—最大喉道直径、最小喉道直径、平均喉道直径、不同喉道尺寸对应的喉道数(表3)及直方图，见图6。表3 喉道分布数据表类别 喉道宽度 (μm)喉道数目频率(％)类别喉道宽度 (μm)喉道数目频率(％) 1＜25.00 0 0.00 11 275.00 1 0.96 2 50.00 0 0.00 12 300.00 6 5.77 3 75.00 1 0.96 13 325.00 1 0.96 4 100.00 14 13.46 14 350.00 5 4.81 5 125.00 9 8.65 15 375.00 1 0.96 6 150.00 16 15.38 16 400.00 3 2.88 7 175.00 7 6.73 17 425.00 1 0.96 8 200.00 12 11.54 18 450.00 1 0.96 9 225.00 0 0.00 19 475.00 2 1.92 10 250.00 17 16.35 20 ≥475.00 7 6.73最大值＝1137.68μm 最小值＝58.59μm 平均值＝232.19μm
2.注入倍数与采出程度关系曲线
由于微观模型的孔隙体积只有几十微升，对采出液的计量相当困难。多年来，渗流实验工作者只能采用微观照相和摄像等手段对实验过程作定性描述，无法使实验结果量化，不能满足实验(特别是三次采油微观驱油实验)研究的需要阻碍了研究水平的提高。本套处理系统可对实验动态图象快速地进行定量分析，确定注入量与原油采出程度的对应关系，特别是可有效地对三次采油不同润湿性条件下，各种驱替体系、不同驱替程序驱油结果进行了比较(表4)，进而可由采出曲线对驱油效果做出分析评价，见7。表4 三次采油微观驱油实验结果驱动类型无水采收率(％)水驱采收率(％)化学驱采收率(％)水湿 油湿水湿油湿 水湿 油湿直接聚合物驱56.3 10.0 56.5 48.1水驱-聚合物驱30.5 11.0 31.4 37 51.0 48.7直接三元复合驱77.0 63.0 81.9 76.3水驱-三元驱25.2 10.8 29.4 38.5 97.3 75.4水驱-聚合物驱-三元驱30.5 11.0 31.4 37.0 97.5 72.0直接泡沫复合驱68.1 34.7 98.3 81.0水驱-泡沫复合驱28.7 21.4 30.5 36.2 99.4 72.3水驱-聚合物驱-三元驱-泡沫驱 11 37.0 76.4
3.微观驱油机理图象
三次采油不同化学剂驱油时，本量化系统可随时对所观察到的视域录取图象，能清晰地分辨油、水、化学剂，并快速地输出，如图8、图9所示。
4.驱替相前缘线分析
利用计算机丰富的彩色显示，可给出驱替相不同时刻前缘线叠加图，见图10，并得到驱替相前缘目标在不同时刻X、Y方向的渗流速度值(表5)及平均渗流速度值及相应的分布图，见图11。表5 水前缘在不同时刻的速度数据表 序 号 时间 (时:分:秒) 坐标位置 速度 (μm/s) X方向速度 (μm/s) Y方向速度 (μm/s) 1 0:6:13 363，384 20.77 14.68 14.68 2 0:6:18 266，276 2409.38 1609.96 1792.53 3 0:6:20 223，237 2408.78 1784.23 1618.26 4 0:6:22 158，146 4640.26 2697.10 3775.93 5 0:6:27 82，63 1867.87 1261.41 1377.59 6 0:6:31 59，23 957.28 477.18 829.88 7 0:6:32 10，9 4229.11 4066.39 1161.83平均速度：130.84μm/s
5.残余油目标分析
驱替过程中，可对残余油目标形态进行定量分析，即在不同时刻残余油珠的面积、周长、最大直径、最小直径、等效圆半径、曲率半径等(表6)并可得到参与目标的运动轨迹，如图12所示。
表6 微观动态目标特征测量数据表序号时间(分秒) 面 积 (μ m2)周长(μm)Feret最大直径(μm)Feret最小直径(μm)等效圆半径(μm)比表面(μm-1) 形状 因子重心坐标(X，Y) 前端曲 率半 径(μ m)孔隙到油珠宽度(μm)由珠宽度(μm)由珠到孔隙宽度(μm) 100:0051514838 266 242 128 0.021 0.92478，368 110 59 257 312 200:0257417869 281 260 135 0.019 0.96402，324 120 120 260 160 300:0861367900 289 266 140 0.019 0.95347，241 120 314 272 203 400:0955998873 273 260 134 0.020 0.92332，179 123 306 263 360 500:1058429880 281 263 136 0.019 0.95300，132 120 199 273 460 600:1155126869 273 255 132 0.020 0.92268，116 133 166 278 454
运行结果表明，本发明硬件功能完备，软件运行良好，各项参数达到实验精度的要求，能够满足微观驱油实验的需要。