一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于油氣田壓裂支撐劑檢驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓裂支撐劑圓度、球 度測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 壓裂支撐劑的作用在于充填壓裂產(chǎn)生的人工裂縫，在地層形成高導(dǎo)流能力的油氣 滲流通道，支撐劑的性能和在不同地層條件對支撐劑裂縫的滲透率的影響差異較大。
[0003] 支撐劑的球度和圓度對支撐劑的性能評價有很重要的影響，是正確選擇和使用支 撐劑的基礎(chǔ)之一。依據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SY/T5108-1997《壓裂支撐劑 性能測試推薦方法》定義：支撐劑的球度是指支撐劑顆粒接近球星的程度；支撐劑的圓度是 指其棱角的相對銳角和曲率的量度。在實際的壓裂支撐劑圓球度測試過程中，主要使用本 標(biāo)準(zhǔn)推薦的APIRP56和APIRP60中Krumbein與Slossl963年發(fā)表的球度、圓度圖版。具 體的操作方法是：在被測試的支撐劑樣品中任意取出20~30粒支撐劑，放在實體顯微鏡下 觀察，或拍下顯微照片。根據(jù)圖版人工確定每粒支撐劑顆粒的球度和圓度，最后再計算這批 支撐劑樣品顆粒的平均球度與平均圓度。
[0004] 目前，健雄職業(yè)技術(shù)學(xué)院的張學(xué)軍為了科學(xué)準(zhǔn)確評價支撐劑的性能，采用理 論分析和實驗的方法，通過顆粒投影數(shù)學(xué)圖像的面積和周長的求解，推導(dǎo)了壓裂支撐 劑球度和圓度的算法，揭示了它們的特征規(guī)律，突破了用傳統(tǒng)手工和顯微鏡方法的測 量方法，見文獻(xiàn)"張學(xué)軍.壓裂支撐劑球度與圓度測量分析.遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué) 報，2006, 25(6) : 827-829. "。
[0005] 目前，上述現(xiàn)有的方法主要存在以下三個缺點：
[0006] (1)二維實體顯微鏡只能觀察到支撐劑的一個面，無法準(zhǔn)確判斷出圓度與球度 值；
[0007] (2)人為因素影響較大，存在較大判定誤差；
[0008] (3)人工觀測、計算20~30粒支撐劑圓球度平均值，效率低；
[0009] (4)利用顆粒投影數(shù)字圖像的面積和周長計算顆粒球度和圓度的方法，直接計算 模版中20個顆粒的圓度和球度值，所得數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值相差較大，該方法只能揭示圓度和球 度值的變化趨勢，無法直接應(yīng)用到實踐中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)支撐劑顆粒圓度、球度測試效率低、準(zhǔn)確度低誤差 大的問題。
[0011] 為此，本發(fā)明提供了一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，包括如下步驟：
[0012] 步驟1)，人工隨機選取20~30粒支撐劑顆粒放在立體顯微鏡下觀察，并拍攝圖 片；
[0013] 步驟2)，根據(jù)立體顯微鏡所顯示的每粒支撐劑顆粒的長度、寬度和面積，求出每粒 支撐劑顆粒的圓度和球度值；
[0014]步驟3)，對于立體顯微鏡所拍攝的每粒支撐劑顆粒，利用圖像匹配方法與標(biāo)準(zhǔn)模 版中的20個支撐劑顆粒圖像進(jìn)行匹配，計算每個支撐劑顆粒相對于標(biāo)準(zhǔn)模版中的每個顆 粒圖像的匹配度；
[0015] 所述匹配度的計算按如下步驟進(jìn)行：
[0016] (1)對標(biāo)準(zhǔn)模版中的20個支撐劑顆粒圖像進(jìn)行處理；
[0017] (2)采用每一粒支撐劑顆粒圖像中顆粒邊緣和標(biāo)準(zhǔn)模版中20個支撐劑顆粒圖像 邊緣的相似性作為兩幅圖像中顆粒邊緣的相似性判定度量；
[0018] 相似性公式為：S= |pj-PiI
[0019] 其中，Pi為標(biāo)準(zhǔn)模板中任意一個模板圖像顆粒邊緣的特征向量，P j表示待檢測的 支撐劑顆粒圖像中顆粒邊緣的特征向量，S為相似度；
[0020] 步驟4)，以步驟2)計算所得的支撐劑的圓度和球度值為參考，根據(jù)步驟3)求得的 每粒支撐劑顆粒與標(biāo)準(zhǔn)模版中20個支撐劑顆粒的匹配度，取標(biāo)準(zhǔn)模版中匹配度最高的支 撐劑顆粒圖像的圓度和球度值作為該粒支撐劑顆粒的圓度和球度值。
[0021] 所述步驟（1)中對標(biāo)準(zhǔn)模版中的20個支撐劑顆粒的圖像處理過程按如下步驟進(jìn) 行：
[0022] ①二值化每一幅模板圖像，并檢測每一幅圖像中支撐劑顆粒的邊緣；
[0023] ②計算顆粒邊緣的最大內(nèi)接圓和最小外接圓的直徑之比；
[0024] ③對檢測到的邊緣進(jìn)行角點檢測；
[0025] ④計算每個角點所處位置相鄰兩邊的夾角；
[0026] ⑤計算相鄰兩個角點的直線距離和實際距離之比；
[0027] ⑥生成每一個模板顆粒的特征向量并保存。
[0028] 所述步驟⑤具體如下：
[0029] 分別計算相鄰兩個角點（Xi，yi)和（xi+1，yi+1)的直線距離DiSl和實際距離Dis2，并 計算兩者之間的比值R=DisVDisg
[0030]
【主權(quán)項】
1. 一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1)，人工隨機選取20~30粒支撐劑顆粒放在立體顯微鏡下觀察，并拍攝圖片； 步驟2)，根據(jù)立體顯微鏡所顯示的每粒支撐劑顆粒的長度、寬度和面積，求出每粒支撐 劑顆粒的圓度和球度值； 步驟3)，對于立體顯微鏡所拍攝的每粒支撐劑顆粒，利用圖像匹配方法與標(biāo)準(zhǔn)模版中 的20個支撐劑顆粒圖像進(jìn)行匹配，計算每個支撐劑顆粒相對于標(biāo)準(zhǔn)模版中的每個顆粒圖 像的匹配度； 所述匹配度的計算按如下步驟進(jìn)行： (1) 對標(biāo)準(zhǔn)模版中的20個支撐劑顆粒圖像進(jìn)行處理； (2) 采用每一粒支撐劑顆粒圖像中顆粒邊緣和標(biāo)準(zhǔn)模版中20個支撐劑顆粒圖像邊緣 的相似性作為兩幅圖像中顆粒邊緣的相似性判定度量； 相似性公式為：S = I Pj-Pi I 其中，Pi為標(biāo)準(zhǔn)模板中任意一個模板圖像顆粒邊緣的特征向量，P ^表示待檢測的支撐 劑顆粒圖像中顆粒邊緣的特征向量，S為相似度； 步驟4)，以步驟2)計算所得的支撐劑的圓度和球度值為參考，根據(jù)步驟3)求得的每粒 支撐劑顆粒與標(biāo)準(zhǔn)模版中20個支撐劑顆粒的匹配度，取標(biāo)準(zhǔn)模版中匹配度最高的支撐劑 顆粒圖像的圓度和球度值作為該粒支撐劑顆粒的圓度和球度值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，其特征在于，所述步驟 (1)中對標(biāo)準(zhǔn)模版中的20個支撐劑顆粒的圖像處理過程按如下步驟進(jìn)行： ① 二值化每一幅模板圖像，并檢測每一幅圖像中支撐劑顆粒的邊緣； ② 計算顆粒邊緣的最大內(nèi)接圓和最小外接圓的直徑之比； ③ 對檢測到的邊緣進(jìn)行角點檢測； ④ 計算每個角點所處位置相鄰兩邊的夾角； ⑤ 計算相鄰兩個角點的直線距離和實際距離之比； ⑥ 生成每一個模板顆粒的特征向量并保存。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，其特征在于，所述步驟 ① 具體如下： 首先采用大津閾值法對圖像進(jìn)行二值化，然后采用Canny算子對圖像進(jìn)行邊緣檢測， 并保存所有邊緣點的坐標(biāo){(x，y) I (X^yi)K其中（XiJi)表示任一邊緣點的坐標(biāo)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，其特征在于，所述步驟 ② 具體如下： 對提取的邊緣內(nèi)部區(qū)域進(jìn)行距離變換，最大內(nèi)接圓的圓心是圖像中心線上距離邊緣最 遠(yuǎn)的點，利用邊緣收縮方法，求取最大內(nèi)接圓的直徑Din; 利用Hough變換對提取的邊緣進(jìn)行圓形適配，求得最小外接圓的直徑Dwt，并計算每一 個顆粒的最大內(nèi)接圓和最小外接圓的直徑比Din/Dwt。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，其特征在于，所述步驟 ③ 具體如下： 利用Harris角點檢測方法檢測每一幅顆粒邊緣的角點，并存儲其位置信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，其特征在于，所述步驟 ④ 具體如下： 根據(jù)顆粒邊緣的周長的長短，取角點前后各10-20個像素擬合出兩條直線段，分別為71 = ，計算兩條直線段的夾角 9 =arctan(| Gc1-Ic2)/(l+k^) |)，由于夾 角計算公式得到的值區(qū)間為[0, 90° ]，因此需要根據(jù)兩條擬合直線的實際位置關(guān)系確定 角點前后兩條直線段的夾角
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，其特征在于，所述步驟 ⑤ 具體如下： 分別計算相鄰兩個角點（XiJi)和（xi+1，y i+1)的直線距離Dis1和實際距離Dis2，并計算 兩者之間的比值R = Dis1ZDis2
Dis2為兩個角點（Xi，yi)和（x i+1，yi+1)之間實際間隔的像素個數(shù)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，其特征在于，所述步驟 ⑥ 具體如下： 每一顆粒的特征向量包含以下信息： {p|直徑比DinZ^ut，角點個數(shù)，夾角0，距離比R}。
9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，其特征在于，所述步驟 (2)中實際顆粒與標(biāo)準(zhǔn)模板顆粒相似度測定過程按如下步驟進(jìn)行： 得到待測定的實際顆粒其特征向量，并將該特征向量與標(biāo)準(zhǔn)模板中的20幅圖像對應(yīng) 的特征向量相對比，相似度最高的模板圖像對應(yīng)的圓度和球度值即為該實際顆粒的圓度和 球度值，其中，在球度測定中主要利用直徑比D in/Dwt信息，圓度測定中依次利用夾角0，角 點個數(shù)，距離比R信息。
【專利摘要】本發(fā)明屬于油氣田壓裂支撐劑檢驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種壓裂支撐劑圓度、球度測試方法，步驟如下：1)立體顯微鏡拍攝支撐劑顆粒圖像；2)根據(jù)立體顯微鏡顯示的顆粒信息計算支撐劑的圓度、球度；3)通過圖像處理方法得出每粒支撐劑與標(biāo)準(zhǔn)模板20個顆粒的匹配度；4)匹配度最高的標(biāo)準(zhǔn)模板中的顆粒圓度、球度即為支撐劑顆粒的圓度、球度值。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)支撐劑顆粒圓度、球度測試效率低、準(zhǔn)確度低誤差大的問題，大大降低勞動強度以及人為因素對檢驗結(jié)果的影響，防止圓度、球度不合格的支撐劑進(jìn)入油氣田生產(chǎn)現(xiàn)場。
【IPC分類】G01B11-24, G01N15-00
【公開號】CN104819915
【申請?zhí)枴緾N201510018460
【發(fā)明人】裴潤有, 梁桂海, 潘文啟, 姚亮, 郝堅, 嵇文濤, 胡科先, 董曉麗, 楊丹丹
【申請人】中國石油天然氣股份有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年1月14日