錄井巖樣熒光面積定量化分析軟件開發(fā)

湛建利 丁 群 桂傳松 閆長青 孟姝婳 孫合輝

(①中國石油渤海鉆探第一錄井公司； ②中國石油冀東油田公司勘探開發(fā)部；③中國石油冀東油田公司勘探開發(fā)建設(shè)工程事業(yè)部)

0 引 言

巖樣熒光錄井是石油勘探中尋找油氣顯示層段的一種簡便、直觀、實用的方法。正確判定巖樣有無熒光顯示及熒光級別的高低，對石油鉆探現(xiàn)場油氣發(fā)現(xiàn)具有非常重要的指導意義，可及時提醒現(xiàn)場技術(shù)人員有效地處理重點層段，不漏掉可能的油氣層[1]。常規(guī)熒光錄井主要工作內(nèi)容是錄井技術(shù)人員在熒光燈下觀察巖樣的熒光強度、顏色、形狀并描述記錄，而人對物體顏色的認知取決于三方面因素，即物體本身的光學特性、環(huán)境光源、觀察者心理和生理特征，從而導致傳統(tǒng)的依靠人眼識別和判斷巖樣熒光顯示結(jié)果存在不確定性。

近些年隨著光學成像技術(shù)的進步，石油地質(zhì)錄井行業(yè)已經(jīng)出現(xiàn)技術(shù)成熟的巖樣成像儀器，不僅能夠提供穩(wěn)定的光照條件替代自然光源，同時光學成像系統(tǒng)也比人眼具有更強的穩(wěn)定性，為巖樣熒光定量化計算奠定了基礎(chǔ)?；诖?，開發(fā)了巖樣定量化分析識別軟件。該軟件利用數(shù)字圖像技術(shù)計算照片影像像素，對隨鉆過程中所取的巖樣進行含油面積計算，從而實現(xiàn)自動化巖樣含油面積定量計算。熒光面積定量化分析錄井軟件通過一系列運算提取出巖樣數(shù)字圖像的顏色信息，并最終得到定量化的巖樣顏色統(tǒng)計數(shù)據(jù)，利用巖樣白光圖像和熒光圖像的數(shù)據(jù)對比，經(jīng)數(shù)字圖像處理技術(shù)分析，最終獲得巖樣的熒光面積數(shù)據(jù)[2]。

1 數(shù)字圖像技術(shù)理論基礎(chǔ)

1.1 顏色模型

本軟件所使用巖樣圖像以RGB顏色模型為基礎(chǔ)，該模型是工業(yè)界應(yīng)用普遍的一種顏色標準，包括了人類視力所能感知的所有顏色。RGB顏色模型如圖1所示，采用三維直角坐標系，因此又被稱為RGB顏色空間[3]。RGB顏色空間中的每個點有三個分量，分別表示紅、綠、藍的亮度值，亮度值范圍均為[0,255]。在RGB顏色空間中，原點對應(yīng)的顏色為黑色，其三個分量值都為0；距離原點最遠的頂點對應(yīng)的顏色為白色，其三個分量值都為255。從黑色到白色的不同等級灰色分布在黑白兩點的連線上，其余各點分別對應(yīng)不同的顏色。RGB顏色空間由2563=16 777 216個色塊組成，即RGB顏色模型由2563=16 777 216種顏色所組成[4]。

圖1 RGB顏色模型

1.2 顏色算法

軟件采用查表法，通過一次性計算得到全部RGB顏色的巖石標準顏色分類，然后生成RGB顏色與巖石標準顏色的映射關(guān)系表，該表給每一個RGB顏色分配序號，每個序號位置上的數(shù)字代表其所映射的巖石標準顏色數(shù)組的序號。

映射關(guān)系表給每一個RGB顏色分配序號的計算，公式如下：

Mapkeyval=B×256×256+G×256+R

該映射關(guān)系包含16 777 216個0～111的數(shù)字，用二進制文件形式保存，每個數(shù)字占一個字節(jié)，共計16 Mb大小，內(nèi)置于軟件當中[5]。

以后每次只需查找這個映射關(guān)系表無需計算就能夠得到巖樣圖像像素的巖石標準顏色分類。

2 巖樣熒光面積定量化分析方法

2.1 巖樣標準顏色計算

軟件所采用的巖樣標準顏色劃分方法以中國石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5751-2012《石油地質(zhì)巖石名稱及顏色代碼》[6]中112種巖石標準顏色為核心，對16 777 216種顏色進行定名。

將112種巖石標準顏色等同于RGB顏色空間的112個色塊，因此可以通過勾股定理計算RGB顏色模型的16 777 216種顏色與112種巖石顏色的距離，公式如下[7]：

式中：ΔG為顏色距離；Ri、Gi、Bi分別為巖石標準顏色的紅、綠、藍顏色分量數(shù)值；R0、G0、B0分別為RGB顏色空間的每一種顏色的紅、綠、藍顏色分量數(shù)值。

然后將距離某個巖石顏色最短的RGB顏色定為這個巖石顏色。當距離相同時，則定為序號靠前的巖石顏色。

2.2 巖樣熒光顏色計算

軟件使用巖樣圖像儀在白光、熒光條件下掃描巖樣樣品，得到白光、熒光圖像，其圖像上相同坐標的像素則代表巖樣樣品上同一個點分別在白光、熒光下表現(xiàn)出的顏色特征。相同坐標的兩個像素的顏色形成了一對顏色組合，藉此來界定熒光顯示。

由上文可知，巖石標準顏色一共112種，即白光下巖樣圖像的像素有112種顏色，同時熒光下巖樣圖像的像素也對應(yīng)112種顏色，共計112×112=12 544種顏色關(guān)系組合。這是數(shù)學上理論計算顏色關(guān)系組合數(shù)量，但在實際中每種顏色關(guān)系組合出現(xiàn)的概率不同。通過統(tǒng)計100張無熒光顯示的巖樣樣品白光、熒光圖像，得到了一個顏色組合概率分布區(qū)間[8]。根據(jù)此概率分布區(qū)間，將大于或等于萬分之一的顏色組合定義為大概率顏色組合，小于萬分之一的顏色組合定義為小概率顏色組合，其余的為零概率顏色組合，也就是不可能出現(xiàn)的顏色組合。

根據(jù)概率分布區(qū)間對熒光像素進行定義如下：在熒光圖像中零概率顏色組合的像素和在熒光圖像中小概率顏色組合中“出現(xiàn)頻率”大于或等于萬分之一的像素(在此舉例說明“出現(xiàn)頻率”的概念：如白光圖像中白色像素有十萬個，與白色像素坐標相同的熒光圖像中的灰白色像素有十個，則灰白色像素的出現(xiàn)頻率為萬分之一[9])，也就是說白光在熒光條件下無顯示巖屑的像素組合規(guī)律是固定的，當出現(xiàn)了不可能出現(xiàn)的顏色組合的時候，說明這個顏色組合不再屬于無熒光顯示的顏色組合，因此定義為熒光像素；同理，當小概率顏色組合(概率小于萬分之一)的出現(xiàn)頻率大于萬分之一時，也說明這個顏色組合不再屬于無熒光顯示的顏色組合，也定義為熒光像素。

基于上述定義，將熒光圖像上的熒光像素保留不做任何改動，將其余像素RGB改為(0,0,0)即純黑色，即實現(xiàn)了巖樣熒光圖像的“熒光色”摳圖功能[10]。最后，將保留的熒光像素總數(shù)除以巖樣圖片總像素數(shù)，即獲得了巖樣的熒光面積(含油面積)占比，從而實現(xiàn)了巖樣熒光面積的定量化分析。

3 軟件研發(fā)設(shè)計與現(xiàn)場測試

3.1 軟件流程設(shè)計

軟件流程框架包含3個模塊，分別為圖像預備模塊、核心運算模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊(圖2)。首先進入軟件圖像預備模塊，程序運行后輸入基本信息并創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，選擇同一巖樣的白光、熒光兩張圖像；然后進入軟件核心運算模塊，程序遍歷兩張圖像的每一個像素，利用查表法，進行像素顏色識別，再對顏色組合關(guān)系數(shù)量統(tǒng)計、頻率計算，判斷和統(tǒng)計熒光像素，最后生成熒光像素摳圖圖像；最終軟件進入數(shù)據(jù)存儲模塊，將熒光像素統(tǒng)計結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫，將熒光像素摳圖圖像存儲到指定文件夾。軟件運行界面如圖3所示。

圖2 軟件流程框架

圖3 軟件運行界面

3.2 軟件現(xiàn)場測試

錄井巖樣熒光面積定量化分析軟件在大港油區(qū)4口井進行了實驗性應(yīng)用，分別選用不同含油級別的巖樣進行了含油面積(熒光顯示像素個數(shù)/像素總數(shù))對比測試。通過實測數(shù)據(jù)可以看出(圖4、圖5、圖6、表1)，軟件計算得到含油面積與巖樣定名技術(shù)標準所對應(yīng)的含油面積一致，證明了該軟件巖樣顏色識別和熒光含量計算的有效性。

圖4 B 6-12井淺灰色熒光細砂巖熒光含量圖像(熒光像素占比為5.43%)

圖5 GD 10X1井灰褐色油斑細砂巖熒光含量圖像(熒光像素占比為20.51%)

圖6 BS 1501井褐色富含油細砂巖熒光含量圖像(熒光像素占比為60.72%)

表1 錄井巖樣熒光定量化分析軟件測試數(shù)據(jù)對比

4 結(jié) 論

源頭數(shù)據(jù)質(zhì)量是錄井技術(shù)發(fā)展的重中之重，是錄井的立身之本，通過數(shù)字圖像技術(shù)研制開發(fā)的錄井巖樣熒光面積定量化分析軟件，解決了常規(guī)方法巖樣含油面積識別不準造成的巖樣含油級別定名的問題。該軟件的開發(fā)與應(yīng)用，加速了錄井智能化進程，提高了錄井資料質(zhì)量和錄井技術(shù)含量，對促進錄井行業(yè)科學、快速和智能化發(fā)展具有積極作用。