本發(fā)明屬于石油地質勘探技術領域；具體涉及到一種油氣儲層巖石的非均質性表征方法，特別是一種利用顯微紅外光譜成像技術來精確表征油氣儲層巖石非均質性的綜合分析技術方法。

背景技術：
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多場耦合作用在引起大尺度地層結構變化的同時，也在顯微尺度上使得油氣儲層巖石得以形成或變化，使其呈現(xiàn)出強烈的非均質性。研究油氣儲層巖石的非均質性，對油氣儲層綜合評價具有重要意義。二十世紀九十年代，前人根據(jù)統(tǒng)計學原理和隨機分布函數(shù)，隨機地生成巖石的不同組成成分，形成巖石二維截面或三維體，來研究巖石的非均質性。雖然此方法能夠在一定程度上表征巖石的非均質性，但和巖石真實情況相差較大。近年來，隨著數(shù)字圖像處理技術的發(fā)展，眾多學者開始利用數(shù)字圖像來表征巖石的非均質性。圖像由像素組成，其中每個像素都有一個唯一的數(shù)值來表示該像素的顏色，即每個像素只能代表一種顏色，也即每個像素處的物質或化學成分是單一均勻的。由于巖石中含有不同的礦物顆粒，這些礦物顆粒一般具有不同的顏色。因此，可以在數(shù)字圖像處理過程中，將具有相同像素值或像素值在某一范圍內的像素劃分為一類，來表示一種物質或化學成分，也可以用來表示材料內部的結構和缺陷。但是，基于數(shù)字圖像處理的巖石的非均質性表征方法，只是根據(jù)巖石介質在圖像中呈現(xiàn)出不同的顏色將巖石的組成成分分割開來，無法避免由于不同的組成成分表現(xiàn)為相同顏色引起誤差的弊端。

目前，顯微紅外光譜已成為應用最廣的光譜分析技術，被稱為分析的巨人。顯微紅外光譜具有分析速度快、效率高、成本低、無損分析等特點。首先，顯微紅外光譜成像的空間分辨率(單個像元尺寸)為25微米或50微米，這與油氣儲層巖石非均質的具體尺度特性是相匹配的，即可以認為每個像元處的物質或化學成分是單一均勻的。其次，光譜分析是根據(jù)不同物質具有不同的微觀特性，微觀特性又決定了該物質對紅外光的不同響應，具體表現(xiàn)為：不同物質具有相異的光譜圖像和特征吸收波長，顯微紅外光譜可以在微觀尺度上表征物質特征，對物質 進行精確地鑒定識別。綜上所述，雖然顯微紅外光譜成像的空間分辨率稍遜于可見光譜波段區(qū)，但在巖石的特征光譜分辨率和靈敏度上明顯優(yōu)于可見光譜。因此，基于顯微紅外光譜成像的巖石非均質性表征比基于數(shù)字圖像處理技術的巖石非均質性表征更精確，更有效，更具有使用價值。

本發(fā)明基于顯微紅外光譜成像技術，得到非均質巖石精確的物性特征，為研究油氣儲層巖石的非均質性、滲流特性、應力特性、破壞性質以及分析儲層裂縫形成規(guī)律等提供精確的依據(jù)。

技術實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明旨在利用顯微紅外光譜成像技術對油氣儲層巖石的非均質性進行精確表征，特別是從巖心顯微紅外光譜圖像中提取該巖石介質的種類和空間分布以及孔隙、裂縫的大小和分布等信息，為油氣儲層巖石的非均質性表征、巖石力學性能、微觀滲流特性等數(shù)值模擬建模提供更加精確、有效的信息。

本發(fā)明解決其技術問題采取的方案是：首先在顯微鏡下進行白光透射，獲取巖心光片的全色光黑白圖像，并參考該圖像選定測量區(qū)域；然后使用顯微紅外光譜成像分析系統(tǒng)對選定的測量區(qū)域進行測量，得到該區(qū)域的紅外光譜圖像及該巖心光片上裂縫的大小及分布，并對該區(qū)域進行光譜特征點分析，根據(jù)特征點紅外光譜曲線的峰值特征和不同巖石介質的特征波長來識別巖石介質的種類；同時也可根據(jù)巖心光片對紅外光的吸收程度，即吸光度A識別巖心光片中存在的孔隙和裂縫的相關信息以及不同巖石介質含量的信息等；最后將巖心光片對一個或多個特征波長紅外光的吸收程度(吸光度A值)的代數(shù)式作為特征量，通過設定其閾值，將不同巖石介質分割開來，實現(xiàn)對油氣儲層巖石非均質性的精確表征。

在本發(fā)明中，利用顯微紅外光譜成像分析系統(tǒng)在光譜和空間兩個方面對非均質儲層巖石樣品的非均質性進行分析和表征，特別是利用顯微紅外光譜技術，不僅可以通過巖石樣品對紅外光的響應特征來鑒別不同的巖石介質，還可以將不同介質對特征波長的吸收程度(吸光度A)作為分割閥值，將不同巖石介質分割開，獲取不同介質的空間分布等信息，從而更精確地表征油氣儲層巖石的非均質性。實驗證明，基于顯微紅外光譜成像技術的巖石非均質性表征方法比基于可見光譜區(qū)彩色數(shù)字圖像處理技術的巖石非均質性表征方法更具有使用價值。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明所提出的基于顯微紅外光譜成像技術的儲層巖石非均質性表征方法的實施流程框圖。

圖2為巖心光片全色光黑白照片及測量區(qū)域示意圖。

圖3為測量區(qū)域對波數(shù)范圍為4000cm^-1-1400cm^-1的紅外光的平均吸光度圖。

圖4為6個特征點的紅外光譜曲線圖。

圖5為測量區(qū)域對波數(shù)為2530cm^-1的紅外光的單波數(shù)吸光度圖。

圖6為測量區(qū)域內y＝-710直線上各個點的吸光度A值的變化曲線。

圖7為根據(jù)特征量A值劃分的4種不同介質區(qū)域示意圖。

圖8為4種不同介質區(qū)域示意圖的矢量表達圖，為數(shù)值模擬建模提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

具體實施方式：

下面結合實施例來詳細描述本發(fā)明。

1、巖心光片制備

將實驗用巖心樣品按國家石油天然氣行業(yè)標準SY/T5913-2004“巖石制片方法”制成光片(厚30微米)，粘在玻璃載物片上。

2、巖心光片全色光黑白圖像獲取

將已經制備好的巖心光片在熒光顯微鏡下進行白光透射并留存數(shù)字圖像記錄，獲取巖心光片的全色光黑白圖像，并參考該圖像選定測量區(qū)域，如圖2所示。從選定的區(qū)域可以看出，該區(qū)域有明顯的黑色區(qū)域和白色區(qū)域，說明該區(qū)域中黑色區(qū)域為主要吸光區(qū)域，白色區(qū)域由于白光透射率較大，可能為未填充裂縫、孔隙區(qū)域。

3、研究區(qū)域顯微紅外光譜測量

顯微紅外光譜實驗所用儀器為傅里葉變換紅外/近紅外成像系統(tǒng)，采用25μm分辨率，對已在可見光黑白圖像上選取的測量區(qū)域進行紅外光透射，得到具有不同吸光度的紅外光譜圖像，如圖3所示。圖3具有不同的吸光度(用不同的顏色表示，吸光度強度如圖3右邊彩色條所示)，根據(jù)吸光度的不同選取特征點1、2、3、4、5、6得到6個特征點的紅外光譜曲線，如圖4所示(該圖為透射率曲線圖，透射率T與吸光度A其大小相反)。

4、特征點光譜曲線分析

由圖4可知，6條光譜曲線的趨勢大體一致，在3200cm^-1-3650cm^-1波段內有明顯的吸收峰(該波段為羥基的特征吸收峰)，但是不同區(qū)域對該波段的紅外光吸收強度不同，說明該巖心光片中含有明顯的不均勻分布的羥基；Spectrum4和Spectrum5變化趨勢一樣，透射率T很大(吸光度A小)，只有一個較為明顯的羥基吸收波段3200cm^-1-3650cm^-1，說明特征點4和5所代表區(qū)域巖石介質極少，是該巖石光片上孔隙和裂縫所在區(qū)域(圖3中藍色、紫色、黑色區(qū)域)；Spectrum1、Spectrum2和Spectrum3變化趨勢一樣，只是透射率T大小不一，除了3200cm^-1-3650cm^-1這一較明顯的吸收波段，在2899cm^-1波數(shù)和2530cm^-1波數(shù)處有較強的吸收峰，其中2530cm^-1波數(shù)是石灰?guī)r的特征吸收峰，說明特征點1、2、3、6所代表的區(qū)域介質主要為白云巖，但在圖3中1、2、3、6特征點所代表區(qū)域的吸光度A大小不一，說明特征點1、2、3、6所代表的區(qū)域白云巖含量不同，因此，可以根據(jù)吸光度A的大小，將特征點1、2、3、6所代表的區(qū)域分為不同 的介質區(qū)域。

5、巖石介質提取

根據(jù)特征點光譜曲線分析結論，在“光譜立方體”中提取該巖心光片對2530cm^-1波數(shù)的吸光度圖像，如圖5所示。在圖5中，沿y＝-710畫一條橫線，以該直線上各個點的X坐標為橫坐標，以各個點對2530cm^-1波數(shù)的吸光度A為縱坐標，繪制出該直線上各物質吸光度A的變化曲線，如圖6所示。由圖6可知，吸光度A的變化和巖石介質的變化是一致的，沿著該線，不同白云巖含量區(qū)域A值是不同的。根據(jù)A值的不同，將該巖心光片分為4個區(qū)域：①孔隙、裂縫區(qū)域(A≤0.5800)、②孔隙與巖石介質過渡區(qū)域(0.5800＜A≤1.1547)、③白云巖介質區(qū)域(1.1547＜A≤1.9162)、④較完整白云巖介質區(qū)域(A＞1.9162)，用不同的顏色單獨表示出4種區(qū)域，如圖7所示。

6、圖像矢量化

圖7表示的4種區(qū)域是以位圖的形式存在的，這種形式不利于后續(xù)的數(shù)值模擬等工作建立精確有限元模型。故需要把位圖轉化為矢量圖，方便獲取建立有限元模型的數(shù)據(jù)。矢量圖是使用直線和曲線來描述圖形，這些圖形的元素是一些點、線、矩形、多邊形、圓和弧線等，它們是通過數(shù)學公式計算獲得的。矢量圖中的每個對象都是一個自成一體的實體，具有顏色、形狀、輪廓、大小和位置等屬性。利用軟件Matlab編制圖像矢量化程序，對圖7進行矢量化，結果如圖8所示。

圖8包含了組成巖石截面的每一塊區(qū)域的形狀、大小和位置信息數(shù)據(jù)，從圖8中可以提取任意一塊區(qū)域的數(shù)據(jù)，包括組成該區(qū)域的面的信息(面積大小、位置)、邊界線的信息(長度，位置)和邊界線上點的信息(位置)等。根據(jù)實際需求，提取相應的數(shù)據(jù)，就可以建立精確表征巖石非均質性的模型。例如，要研究非均質巖石的應力特性，在建立有限元模型時，就可以提取由圖8生成的每種區(qū)域的邊界數(shù)據(jù)(位置，長度)，根據(jù)邊界數(shù)據(jù)，在相應有限元軟件中生成每種區(qū)域，組成該巖石截面，然后劃分網格，施加荷載進行應力分析。