(高清版)GB∕T 38531-2020 微束分析 致密巖石微納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)層析成像（CT）分析方法

ICS71.040.40微束分析致密巖石微納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)GB/T38531—2020 I Ⅱ 4方法概述 35設(shè)備、器材與測(cè)試條件 3 4 8分析報(bào)告 附錄A(資料性附錄)致密巖石微納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)層析成像分析報(bào)告格式示例 附錄B(資料性附錄)不確定度影響因素及典型樣品多家實(shí)驗(yàn)室對(duì)比結(jié)果 IGB/T38531—2020本標(biāo)準(zhǔn)按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)微束分析標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC38)提出并歸口。本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：中國(guó)石油天然氣股份有限公司勘探開(kāi)發(fā)研究院、中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院、中國(guó)石油天然氣股份有限公司杭州地質(zhì)研究院、中國(guó)石油化工股份有限公司石油勘探開(kāi)發(fā)研究院無(wú)錫石油地質(zhì)研究所、中國(guó)石油大學(xué)(華東)、數(shù)巖科技(廈門(mén))股份有限公司。致密巖石是全球非常規(guī)油氣勘探的重要領(lǐng)域。致密巖石蘊(yùn)含豐富的化石能源，潛力大，但孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表征難度大。計(jì)算機(jī)層析成像(CT)已成為致密巖石有效性評(píng)價(jià)的重要手段，其獲得的微觀孔隙結(jié)構(gòu)與定量結(jié)果成為致密巖石儲(chǔ)集性能評(píng)價(jià)的關(guān)鍵參數(shù)。為適應(yīng)我國(guó)非常規(guī)儲(chǔ)層評(píng)價(jià)試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展需要，特制定本標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范計(jì)算機(jī)層析成像技術(shù)在致密巖石微納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。GB/T38531—2020微束分析致密巖石微納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)層析成像(CT)分析方法本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了計(jì)算機(jī)層析成像(CT)技術(shù)用于致密巖石微納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)成像的術(shù)語(yǔ)和定義、分析2規(guī)范性引用文件下列文件對(duì)于本文件的應(yīng)用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB17589X射線計(jì)算機(jī)斷層攝影裝置質(zhì)量保證檢測(cè)規(guī)范GB/T27025檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求GB/T29034無(wú)損檢測(cè)工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像(CT)指南GB/T29070無(wú)損檢測(cè)工業(yè)計(jì)算機(jī)層析成像(CT)檢測(cè)通用要求3.13.3下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。單個(gè)像素點(diǎn)代表的試樣上的實(shí)際尺寸。3.43.5孔隙pore巖石中未被固體物質(zhì)充填的空間。試樣中孔隙總體積與試樣總體積的比值。計(jì)算見(jiàn)式(1):—2GB/T38531—2020形狀因子shapefactor目標(biāo)圖像特征的數(shù)學(xué)描述。計(jì)算見(jiàn)式(2):…………式中：A——孔隙截面面積，單位為平方米(m2);孔隙連通域poreconnectivitypart試樣中相互連通的孔隙范圍。注：連通域分為三類(lèi)(如圖1所示),A類(lèi)連通域指有孔隙像素落在且僅落在一個(gè)模型邊界上的連通域；B類(lèi)連通域指有孔隙像素落在相鄰模型邊界上，且不為A類(lèi)連通的連通域；C類(lèi)連通域指有孔隙像素落在相對(duì)的模型邊界上的連通域[1]說(shuō)明：A——A類(lèi)連通域；B——B類(lèi)連通域；C——C類(lèi)連通域。連通域的孔隙體積與總孔隙體積的比值[1]。計(jì)算見(jiàn)式(3):3GB/T38531—2020P=VpConected/VpTotal×100%………(3)P——孔隙連通率；VpTotal——總孔隙體積。4方法概述致密巖石微納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)層析成像分析，利用X射線微聚焦器件將X射線源發(fā)射的X射樣孔隙結(jié)構(gòu)及相關(guān)數(shù)據(jù)。X射線CT掃描儀應(yīng)按照GB/T29070的規(guī)定進(jìn)行校準(zhǔn)。能夠發(fā)射穩(wěn)定的X射線光源，射線源X射線強(qiáng)度應(yīng)滿(mǎn)足對(duì)樣品具有平均50%以上的穿透率。試樣臺(tái)能夠相對(duì)于射線源和探測(cè)器做垂直、水平移動(dòng)，并可沿垂直軸向360°旋轉(zhuǎn)。試樣臺(tái)垂直及能夠接收X射線并成像，掃描圖像能夠轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器。探測(cè)器視野應(yīng)滿(mǎn)足對(duì)直軟件系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能：等功能。環(huán)境條件應(yīng)符合GB/T27025、GB/T29070規(guī)定。4GB/T38531—2020金顆粒：球形，直徑200nm～1μm,純度不低于90%。6.2測(cè)試參數(shù)設(shè)置用吸收襯度掃描模式。測(cè)器連線方向)、Y方向(水平面內(nèi)垂直于射線源與探測(cè)器連線方向)及Z方向(豎直方向)調(diào)整試樣位過(guò)程中，掃描圖像不會(huì)超出探測(cè)器視野。調(diào)節(jié)流程符合GB/T29034、GB/T29070和GB17589的要求。6.2.3試樣X(jué)射線穿透率調(diào)節(jié)灰度數(shù)值除以空白圖像各點(diǎn)的灰度數(shù)值，得到X射線穿透率。調(diào)整X射線源電壓、束流及曝光時(shí)間數(shù)值，使得試樣的X射線平均穿透率在25%～40%之間。記錄參數(shù)。設(shè)定投影圖像數(shù)量，宜不少于1200張，試驗(yàn)過(guò)程中可根據(jù)實(shí)際情況靈活調(diào)整掃描張數(shù)，記錄掃描參數(shù)。6.3數(shù)據(jù)采集背底采集完成后，將試樣移回X射線視域，采用相同的掃描參數(shù)采集試樣X(jué)射線成像數(shù)據(jù)。試樣5GB/T38531—2020采用與6.3.2相同的掃描參數(shù)，根據(jù)儀器性能采集特定張數(shù)(以15張～20張為宜)的試樣360°X射利用6.3.3數(shù)據(jù)消除試樣掃描過(guò)程中物理偏移的影響。說(shuō)明：利用三維分析軟件，將7.3重建后的二維圖像數(shù)據(jù)裁剪，宜選用非局部均值濾波(Non-LocalMeans)或高斯平滑算法進(jìn)一步濾波與圖像增強(qiáng)。濾波后，灰度分布直方圖不同物質(zhì)差異宜提高10%以642841812648924284181264892A-—重建后二維圖像；B——非局部均值濾波處理后圖像；C-——A圖對(duì)應(yīng)的圖像灰度分布直方圖；D——B圖對(duì)應(yīng)的圖像灰度分布直方圖。圖3圖像濾波前后對(duì)比實(shí)例7.4.2孔隙識(shí)別與參數(shù)計(jì)算灰度界限值對(duì)巖石骨架與孔隙進(jìn)行識(shí)別[3-7]。計(jì)算孔隙度、形狀因子及連通率參數(shù)。同一個(gè)試樣兩次處理計(jì)算的孔隙度相對(duì)偏差不超過(guò)10%;否則，應(yīng)重新重構(gòu)或者重新采集數(shù)據(jù)。均有明顯差異，因此在巖石CT圖像中，不同的礦物組成與含量在一定程度上影響了孔隙識(shí)別的精度，尤其是密度較低、粒徑較小且經(jīng)常充填孔隙的黏土礦物，對(duì)孔隙識(shí)別的影響最為明顯，如圖3B可見(jiàn)孔隙內(nèi)大多充填部分礦物，這些礦物與孔隙灰度切分的準(zhǔn)確性直接影響了孔隙識(shí)別的精度。因此在對(duì)巖石樣品進(jìn)行孔隙識(shí)別8分析報(bào)告8.1報(bào)告要求報(bào)告內(nèi)容應(yīng)滿(mǎn)足GB/T27025的要求，包括基本信息、設(shè)備信息、樣品信息、掃描參數(shù)與分析結(jié)果。具體可參見(jiàn)附錄A實(shí)例。7GB/T38531—20208.2報(bào)告內(nèi)容包括孔隙結(jié)構(gòu)定量評(píng)價(jià)表及成果圖件，其中孔隙結(jié)構(gòu)定量評(píng)價(jià)表包括但不限于孔隙度、形狀因子與切片圖像應(yīng)標(biāo)注分辨率，宜采用“.tiff”“.png”等格式的二維圖片。三維重構(gòu)圖像，可用于圖形圖像定量計(jì)算機(jī)分析，輸出格式宜采用“.raw”標(biāo)準(zhǔn)格式。具體可參見(jiàn)附錄B實(shí)例。8GB/T38531—2020(資料性附錄)致密巖石微納米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)層析成像分析報(bào)告格式示例日月DM經(jīng)告滴號(hào)：送樣日月DM經(jīng)告滴號(hào)：送樣單位aisonvith地區(qū)/井號(hào)ren/WellAppronvdbyDotePageCnuns heckedhy LaboratoryName5通訊地址：6.地址：9.傳真：圖A.1檢測(cè)報(bào)告基本信息實(shí)例圖A.2分析報(bào)告設(shè)備信息實(shí)例表A.1檢測(cè)報(bào)告中樣品信息與掃描參數(shù)實(shí)例分析號(hào)原編號(hào)地區(qū)層位井號(hào)深度/m巖性尺寸/掃描模式曝光時(shí)間/s掃描張數(shù)9GB/T38531—2020B——三維孔隙模型。圖A.3分析報(bào)告二維切片與三維孔隙模型圖像實(shí)例表A.2不同物質(zhì)相像素點(diǎn)數(shù)量與體積統(tǒng)計(jì)表物質(zhì)相像素點(diǎn)數(shù)量體積/μm3基質(zhì)礦物孔隙表A.3孔隙度與連通率計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表計(jì)算參數(shù)計(jì)算結(jié)果/%孔隙度孔隙連通率A類(lèi)B類(lèi)C類(lèi)序號(hào)孔隙直徑/μm面積/μm2體積/μm3形狀因子面積/μm2體積/μm3數(shù)量%%0～0.10.1～0.20.2～0.550-5043.7523.800~0.10.1~0.20.2~0.50.5-1-圖A.4分析報(bào)告——孔隙面積分布直方圖實(shí)例GB/T38531—202055.204030.292000～0.10.1~0.20.2～0.50.5～12~5圖A.5分析報(bào)告——孔隙體積分布直方圖實(shí)例5000450040003500 25672000200-0~-0.10.1～0.20.2~0.50.5-11020-50704283-5~10250030002圖A.6分析報(bào)告——孔隙數(shù)量分布直方圖實(shí)例(資料性附錄)不確定度影響因素及典型樣品多家實(shí)驗(yàn)室對(duì)比結(jié)果B.1影響不確定度的主要因素a)試樣的不均勻性(例如礦物組成復(fù)雜、孔隙結(jié)構(gòu)差異大);b)試樣的粗糙度(例如形狀不規(guī)則);e)掃描參數(shù)設(shè)置不當(dāng)(例如電壓、分辨率、曝光時(shí)間、X射線穿透率);f)孔隙識(shí)別誤差(例如孔隙與礦物基質(zhì));g)圖像處理不當(dāng)(例如濾波、平滑不當(dāng));h)基本校正誤差(例如沒(méi)有公認(rèn)的表格、數(shù)據(jù))。B.2多家單位典型樣品分析結(jié)果比對(duì)針對(duì)典型的致密砂巖與頁(yè)巖樣品，選擇行業(yè)內(nèi)具有多年分析經(jīng)驗(yàn)的、技術(shù)較成熟的四家實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展孔隙結(jié)構(gòu)分析，四家單位按照7.4.1與7.4.2計(jì)算了孔隙度、孔隙連通率、孔隙直徑分布，分析結(jié)果具有較好的一致性，孔隙度計(jì)算相對(duì)偏差小于10%,具體見(jiàn)表B.1～表B.3。巖性類(lèi)別單位1單位2單位3單位4致密砂巖物相體積/μm3體積百分比/%體積/μm3體積百分比/%體積/μm3體積百分比/%體積/μm3體積百分比/%孔隙基質(zhì)礦物24179602493.523868000093.923622000093.5238493056093.7連通性A類(lèi)A類(lèi)A類(lèi)A類(lèi)B類(lèi)B類(lèi)B類(lèi)—B類(lèi)C類(lèi)25.2C類(lèi)26.2C類(lèi)—C類(lèi)23.2頁(yè)巖孔隙基質(zhì)礦物2415599.62439599.72402499.62406999.6連通性A類(lèi)A類(lèi)A類(lèi)A類(lèi)B類(lèi)B類(lèi)4.9B類(lèi)—B類(lèi)C類(lèi)C類(lèi)C類(lèi)—C類(lèi)表B.2致密砂巖試樣孔隙直徑分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比表孔隙直徑/單位1單位2單位3單位4數(shù)量面積百分比/%體積百數(shù)量面積百體積百數(shù)量面積百體積百數(shù)量面積百體積百0000000000009876841926027223894.04.0319814.4605442214.0603328.527.821.4345.1321.3347.3226.147.2表B.3頁(yè)巖樣品孔隙直徑分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果對(duì)比表孔隙直徑/單位1單位2單位3單位4數(shù)量面積百體積百數(shù)量面積百體積百數(shù)量面積百體積百數(shù)量面積百體積百0～0.14990.1～0.20.2～0.521.8203222.020.720.720.522.520.321.721.722.9323.9428.141.6200002016,43(3):490-498.[3]Y.Wang,C.L.Lin,J.D.Miller.Improved3Dimagesegmentatioanalysisofpackedparticlebeds[J].MineralsEngineering,2015,83:185-191.imagesofvariousporousmediasystems[J].WaterResourcesResearch,2017,53,1-22.[5]M.A.Knackstedt,C.H.Arns,A.Limaye,et