录井岩样荧光面积定量化分析软件开发

湛建利 丁 群 桂传松 闫长青 孟姝婳 孙合辉

(①中国石油渤海钻探第一录井公司； ②中国石油冀东油田公司勘探开发部；③中国石油冀东油田公司勘探开发建设工程事业部)

0 引 言

岩样荧光录井是石油勘探中寻找油气显示层段的一种简便、直观、实用的方法。正确判定岩样有无荧光显示及荧光级别的高低，对石油钻探现场油气发现具有非常重要的指导意义，可及时提醒现场技术人员有效地处理重点层段，不漏掉可能的油气层[1]。常规荧光录井主要工作内容是录井技术人员在荧光灯下观察岩样的荧光强度、颜色、形状并描述记录，而人对物体颜色的认知取决于三方面因素，即物体本身的光学特性、环境光源、观察者心理和生理特征，从而导致传统的依靠人眼识别和判断岩样荧光显示结果存在不确定性。

近些年随着光学成像技术的进步，石油地质录井行业已经出现技术成熟的岩样成像仪器，不仅能够提供稳定的光照条件替代自然光源，同时光学成像系统也比人眼具有更强的稳定性，为岩样荧光定量化计算奠定了基础。基于此，开发了岩样定量化分析识别软件。该软件利用数字图像技术计算照片影像像素，对随钻过程中所取的岩样进行含油面积计算，从而实现自动化岩样含油面积定量计算。荧光面积定量化分析录井软件通过一系列运算提取出岩样数字图像的颜色信息，并最终得到定量化的岩样颜色统计数据，利用岩样白光图像和荧光图像的数据对比，经数字图像处理技术分析，最终获得岩样的荧光面积数据[2]。

1 数字图像技术理论基础

1.1 颜色模型

本软件所使用岩样图像以RGB颜色模型为基础，该模型是工业界应用普遍的一种颜色标准，包括了人类视力所能感知的所有颜色。RGB颜色模型如图1所示，采用三维直角坐标系，因此又被称为RGB颜色空间[3]。RGB颜色空间中的每个点有三个分量，分别表示红、绿、蓝的亮度值，亮度值范围均为[0,255]。在RGB颜色空间中，原点对应的颜色为黑色，其三个分量值都为0；距离原点最远的顶点对应的颜色为白色，其三个分量值都为255。从黑色到白色的不同等级灰色分布在黑白两点的连线上，其余各点分别对应不同的颜色。RGB颜色空间由2563=16 777 216个色块组成，即RGB颜色模型由2563=16 777 216种颜色所组成[4]。

图1 RGB颜色模型

1.2 颜色算法

软件采用查表法，通过一次性计算得到全部RGB颜色的岩石标准颜色分类，然后生成RGB颜色与岩石标准颜色的映射关系表，该表给每一个RGB颜色分配序号，每个序号位置上的数字代表其所映射的岩石标准颜色数组的序号。

映射关系表给每一个RGB颜色分配序号的计算，公式如下：

Mapkeyval=B×256×256+G×256+R

该映射关系包含16 777 216个0～111的数字，用二进制文件形式保存，每个数字占一个字节，共计16 Mb大小，内置于软件当中[5]。

以后每次只需查找这个映射关系表无需计算就能够得到岩样图像像素的岩石标准颜色分类。

2 岩样荧光面积定量化分析方法

2.1 岩样标准颜色计算

软件所采用的岩样标准颜色划分方法以中国石油天然气行业标准SY/T 5751-2012《石油地质岩石名称及颜色代码》[6]中112种岩石标准颜色为核心，对16 777 216种颜色进行定名。

将112种岩石标准颜色等同于RGB颜色空间的112个色块，因此可以通过勾股定理计算RGB颜色模型的16 777 216种颜色与112种岩石颜色的距离，公式如下[7]：

式中：ΔG为颜色距离；Ri、Gi、Bi分别为岩石标准颜色的红、绿、蓝颜色分量数值；R0、G0、B0分别为RGB颜色空间的每一种颜色的红、绿、蓝颜色分量数值。

然后将距离某个岩石颜色最短的RGB颜色定为这个岩石颜色。当距离相同时，则定为序号靠前的岩石颜色。

2.2 岩样荧光颜色计算

软件使用岩样图像仪在白光、荧光条件下扫描岩样样品，得到白光、荧光图像，其图像上相同坐标的像素则代表岩样样品上同一个点分别在白光、荧光下表现出的颜色特征。相同坐标的两个像素的颜色形成了一对颜色组合，藉此来界定荧光显示。

由上文可知，岩石标准颜色一共112种，即白光下岩样图像的像素有112种颜色，同时荧光下岩样图像的像素也对应112种颜色，共计112×112=12 544种颜色关系组合。这是数学上理论计算颜色关系组合数量，但在实际中每种颜色关系组合出现的概率不同。通过统计100张无荧光显示的岩样样品白光、荧光图像，得到了一个颜色组合概率分布区间[8]。根据此概率分布区间，将大于或等于万分之一的颜色组合定义为大概率颜色组合，小于万分之一的颜色组合定义为小概率颜色组合，其余的为零概率颜色组合，也就是不可能出现的颜色组合。

根据概率分布区间对荧光像素进行定义如下：在荧光图像中零概率颜色组合的像素和在荧光图像中小概率颜色组合中“出现频率”大于或等于万分之一的像素(在此举例说明“出现频率”的概念：如白光图像中白色像素有十万个，与白色像素坐标相同的荧光图像中的灰白色像素有十个，则灰白色像素的出现频率为万分之一[9])，也就是说白光在荧光条件下无显示岩屑的像素组合规律是固定的，当出现了不可能出现的颜色组合的时候，说明这个颜色组合不再属于无荧光显示的颜色组合，因此定义为荧光像素；同理，当小概率颜色组合(概率小于万分之一)的出现频率大于万分之一时，也说明这个颜色组合不再属于无荧光显示的颜色组合，也定义为荧光像素。

基于上述定义，将荧光图像上的荧光像素保留不做任何改动，将其余像素RGB改为(0,0,0)即纯黑色，即实现了岩样荧光图像的“荧光色”抠图功能[10]。最后，将保留的荧光像素总数除以岩样图片总像素数，即获得了岩样的荧光面积(含油面积)占比，从而实现了岩样荧光面积的定量化分析。

3 软件研发设计与现场测试

3.1 软件流程设计

软件流程框架包含3个模块，分别为图像预备模块、核心运算模块、数据存储模块(图2)。首先进入软件图像预备模块，程序运行后输入基本信息并创建数据库，选择同一岩样的白光、荧光两张图像；然后进入软件核心运算模块，程序遍历两张图像的每一个像素，利用查表法，进行像素颜色识别，再对颜色组合关系数量统计、频率计算，判断和统计荧光像素，最后生成荧光像素抠图图像；最终软件进入数据存储模块，将荧光像素统计结果保存到数据库，将荧光像素抠图图像存储到指定文件夹。软件运行界面如图3所示。

图2 软件流程框架

图3 软件运行界面

3.2 软件现场测试

录井岩样荧光面积定量化分析软件在大港油区4口井进行了实验性应用，分别选用不同含油级别的岩样进行了含油面积(荧光显示像素个数/像素总数)对比测试。通过实测数据可以看出(图4、图5、图6、表1)，软件计算得到含油面积与岩样定名技术标准所对应的含油面积一致，证明了该软件岩样颜色识别和荧光含量计算的有效性。

图4 B 6-12井浅灰色荧光细砂岩荧光含量图像(荧光像素占比为5.43%)

图5 GD 10X1井灰褐色油斑细砂岩荧光含量图像(荧光像素占比为20.51%)

图6 BS 1501井褐色富含油细砂岩荧光含量图像(荧光像素占比为60.72%)

表1 录井岩样荧光定量化分析软件测试数据对比

4 结 论

源头数据质量是录井技术发展的重中之重，是录井的立身之本，通过数字图像技术研制开发的录井岩样荧光面积定量化分析软件，解决了常规方法岩样含油面积识别不准造成的岩样含油级别定名的问题。该软件的开发与应用，加速了录井智能化进程，提高了录井资料质量和录井技术含量，对促进录井行业科学、快速和智能化发展具有积极作用。