CN110126058A - 一种基于ct可视化和3d打印的岩样制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法,包括对岩石样品进行初始状态的CT扫描实验;对初始状态CT扫描得到的二维图像进行降噪、二值化和分割处理;对处理后的图像通过设定算法或软件建立岩石样品3D数模;将岩石样品孔裂隙作为实体结构,并利用分水岭算法将孔裂隙模型单独提取;对初始状态的孔裂隙模型进行平滑处理,并将3D数模输出格式设定为.stl;以及将输出为.stl格式的孔裂隙模型导入到3D打印机中,并选取与岩样性质相近的透明材料进行3D打印,以获得透明的3D数模。本发明的有益效果是,模拟式样制作效率高,模拟试样性质与岩石试样性质接近,且多个模拟试样一致性好。
Description
技术领域
本发明属于储层岩石孔裂隙模拟技术,具体是一种基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法。
背景技术
储层岩石孔裂隙三维可视化是研究储层岩石孔裂隙结构的一个重要方法。储层岩石的三维可视化是指借助高倍光学显微镜、扫描电镜或CT等高精度仪器获取岩石的二维图像,通过对二维图像的处理进行三维重建,从而实现可视化的目标。用以实现储层岩石三维可视化的实验方法主要有序列成像法、聚焦扫描法和CT扫描法。在岩样力学实验中需要根据岩石试样制作多个模拟试样,以通过多次实验收集实验数据,从而获得更加准确的实验结果。现有模拟试样的制作方法通常是通过石英砂和粘结剂进行粘结压实后获得,其中,试样内的裂缝通常采用云母替代。由于制作手段限制,所获得的试样性质不仅与岩石试样存在较大差异,而且多个试样的一致性也不理想。为此,需要对现有岩石试样的模拟试样制作方法进行改进,以获得一致性好,并与岩石试样性质接近的模拟试样。
发明内容
本发明的目的就是针对技术中岩石模拟试样制作效率低,试样性质一致性差和与原始岩石试样差异较大的不足,提供一种基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法。该方法在对岩石试样进行CT扫描后,再对图像进行处理后进行3D建模、裂缝模型单独提取和平滑处理后输入3D打印机,并选取接近岩石性质的材料通过3D打印获得模拟试样。其制作效率高,模拟试样性质与岩石试样性质接近,且多个模拟试样一致性好。
为实现前述目的,本发明采用如下技术方案。
一种基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法,包括以下步骤:
第一步,岩石样品扫描:对岩石样品进行初始状态的CT扫描实验;
第二步,扫描图像处理:对初始状态CT扫描得到的二维图像进行降噪、二值化和分割处理;
第三步,建立3D模型:对处理后的图像通过设定算法或软件建立岩石样品的3D数模;
第四步,裂隙处理:将岩石样品孔裂隙作为实体结构,并利用分水岭算法将孔裂隙模型单独提取;
第五步,平滑处理并打印3D模型:包括对初始状态的孔裂隙模型进行平滑处理,并将3D数模输出格式设定为.stl;以及将输出为.stl格式的孔裂隙模型导入到3D打印机中,并选取与岩样性质相近的透明材料进行3D打印,以获得透明的3D数模。
采用前述技术方案的本发明,通过CT扫描,再对图像进行处理降噪、二值化和分割等处理,之后,利用模型构建软件进行模拟模型构建,通过将岩石样品孔裂隙作为实体结构,并利用分水岭算法将孔裂隙模型单独提取,裂缝模型单独提取和平滑处理后输入3D打印机,并选取接近岩石性质的材料通过3D打印获得模拟试样的模型实物。其利用成熟的3D打印技术,可有效提高模型制作效率,且模拟试样性质与岩石试样性质接近,多个模拟试样一致性好。
优选的,在第五步的3D模型打印过程中,选取至少两种岩样性质相近的透明材料进行3D打印,以获得多个透明的3D数模;并通过对岩石试样和多个岩样模型进行受力状态下的力学渗流物理实验和实时CT扫描,在建立3D数模的基础上进行渗流数值模拟;再进行对比分析已确定岩样性质最相近的透明材料;所述对比分析包括综合3D打印后样品力学渗流物理实验的结果和原样品力学渗流物理实验的结果,分析其差异,并反推确定与岩样性质最接近的透明材料。以确保获得性质更加接近原始岩石试样的模拟试样。
优选的,所述力学渗流物理实验和实时CT扫描包括,
第一小步,对不同应力条件下CT扫描得到的所有二维图像进行降噪、二值化、分割等处理;
第二小步,对处理后的图像通过设定算法或软件建立岩石样品的3D数模;
第三小步,将不同应力条件下岩石样品的孔裂隙定义为实体结构,利用分水岭算法等将孔裂隙模型单独提取;
第四小步,气体流动模拟包括:
Sa,对不同应力条件下的孔裂隙模型进行平滑处理;
Sb,将平滑后的孔裂隙模型输出按设定格式输出,并导入数值模拟软件;
Sc,按照模型的大小,对导入到数值模拟软件中的孔裂隙模型选取合适的尺寸,进行网格的划分;
Sd,在数值模拟软件中,设置符合实际的边界条件;
Se,根据储层气体的性质选取或添加恰当的模拟方程;
Sf,依据模拟方程进行不同应力条件下储层气体的流动模拟。
以获得不同应力条件下气体流动的模拟结果,为对比分析提供可靠依据,确保模拟试样与原始岩石试样的更加性质接近。
进一步优选的,在Sb步骤中,所述设定格式包括.stl和.ans格式中的一种;所述数值模拟软件包括Comsol Multiphysics和Ansys Fluent中的一种以充分利用现有技术手段进行模型构建。
进一步优选的,在Sd步骤中,所述边界条件包括入口压力、出口压力、弹性模量、孔隙率和动力粘度。以更加贴近岩石开采实际场景,确保模拟试样与原始岩石试样的更加性质接近。
本发明具有以下有益效果:制作效率高,模拟试样性质与岩石试样性质接近,且多个模拟试样一致性好。
附图说明
图1为本发明的流程框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明型作进一步的说明,实施例是示例性的,仅用于揭示和解释本发明型,以便充分理解本发明型,但并不因此将本发明型限制在所述的实施例范围之内。
参见图1,一种基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法,包括以下步骤:
第一步,岩石样品扫描:对岩石样品进行初始状态的CT扫描实验;
第二步,扫描图像处理:对初始状态CT扫描得到的二维图像进行降噪、二值化和分割处理;
第三步,建立3D模型:对处理后的图像通过设定算法或软件建立岩石样品的3D数模;
第四步,裂隙处理:将岩石样品孔裂隙作为实体结构,并利用分水岭算法将孔裂隙模型单独提取;
第五步,平滑处理并打印3D模型:包括对初始状态的孔裂隙模型进行平滑处理,并将3D数模输出格式设定为.stl;以及将输出为.stl格式的孔裂隙模型导入到3D打印机中,并选取与岩样性质相近的透明材料进行3D打印,以获得透明的3D数模。
其中,在第五步的3D模型打印过程中,选取至少两种岩样性质相近的透明材料进行3D打印,以获得多个透明的3D数模;并通过对岩石试样和多个岩样模型进行受力状态下的力学渗流物理实验和实时CT扫描,在建立3D数模的基础上进行渗流数值模拟;再进行对比分析已确定岩样性质最相近的透明材料;所述对比分析包括综合3D打印后样品力学渗流物理实验的结果和原样品力学渗流物理实验的结果,分析其差异,并反推确定与岩样性质最接近的透明材料。
所述力学渗流物理实验和实时CT扫描包括,
第一小步,对不同应力条件下CT扫描得到的所有二维图像进行降噪、二值化、分割等处理;
第二小步,对处理后的图像通过设定算法或软件建立岩石样品3D数模;
第三小步,将不同应力条件下岩石样品的孔裂隙定义为实体结构,利用分水岭算法等将孔裂隙模型单独提取;
第四小步,气体流动模拟包括:
Sa,对不同应力条件下的孔裂隙模型进行平滑处理;
Sb,将平滑后的孔裂隙模型输出按包括.stl和.ans格式中任一种的设定格式输出,并导入数值模拟软件;
Sc,按照模型的大小,对导入到数值模拟软件中的孔裂隙模型选取合适的尺寸,进行网格的划分;
Sd,在包括Comsol Multiphysics和Ansys Fluent中任一种的数值模拟软件中,设置符合实际的包括入口压力、出口压力、弹性模量、孔隙率和动力粘度等边界条件;
Se,根据储层气体的性质选取或添加恰当的模拟方程;
Sf,依据模拟方程进行不同应力条件下储层气体的流动模拟。
以上详细描述了本发明型的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明型的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步,岩石样品扫描:对岩石样品进行初始状态的CT扫描实验;
第二步,扫描图像处理:对初始状态CT扫描得到的二维图像进行降噪、二值化和分割处理;
第三步,建立3D模型:对处理后的图像通过设定算法或软件建立岩石样品的3D数模;
第四步,裂隙处理:将岩石样品孔裂隙作为实体结构,并利用分水岭算法将孔裂隙模型单独提取;
第五步,平滑处理并打印3D模型:包括对初始状态的孔裂隙模型进行平滑处理,并将3D数模输出格式设定为.st1;以及将输出为.stl格式的孔裂隙模型导入到3D打印机中,并选取与岩样性质相近的透明材料进行3D打印,以获得透明的3D数模。
2.根据权利要求1所述的基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法,其特征在于,在第五步的3D模型打印过程中,选取至少两种岩样性质相近的透明材料进行3D打印,以获得多个透明的3D数模;并通过对岩石试样和多个岩样模型进行受力状态下的力学渗流物理实验和实时CT扫描,在建立3D数模的基础上进行渗流数值模拟;再进行对比分析已确定岩样性质最相近的透明材料;所述对比分析包括综合3D打印后样品力学渗流物理实验的结果和原样品力学渗流物理实验的结果,分析其差异,并反推确定与岩样性质最接近的透明材料。
3.根据权利要求2所述的基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法,其特征在于,所述力学渗流物理实验和实时CT扫描包括,
第一小步,对不同应力条件下CT扫描得到的所有二维图像进行降噪、二值化、分割等处理;
第二小步,对处理后的图像通过设定算法或软件建立岩石样品的3D数模;
第三小步,将不同应力条件下岩石样品的孔裂隙定义为实体结构,利用分水岭算法等将孔裂隙模型单独提取;
第四小步,气体流动模拟包括:
Sa,对不同应力条件下的孔裂隙模型进行平滑处理;
Sb,将平滑后的孔裂隙模型输出按设定格式输出,并导入数值模拟软件;
Sc,按照模型的大小,对导入到数值模拟软件中的孔裂隙模型选取合适的尺寸,进行网格的划分;
Sd,在数值模拟软件中,设置符合实际的边界条件;
Se,根据储层气体的性质选取或添加恰当的模拟方程;
Sf,依据模拟方程进行不同应力条件下储层气体的流动模拟。
4.根据权利要求3所述的基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法,其特征在于,在Sb步骤中,所述设定格式包括.st1和.ans格式中的一种;所述数值模拟软件包括ComsolMultiphysics和Ansys Fluent中的一种。
5.根据权利要求3所述的基于CT可视化和3D打印的岩样制备方法,其特征在于,在Sd步骤中,所述边界条件包括入口压力、出口压力、弹性模量、孔隙率和动力粘度。
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