微納顆粒自主研發(fā)技術(shù)之 ——圓度球度計算模塊在石油天然氣行業(yè)的應(yīng)用

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 開發(fā)背景

       石油天然氣行業(yè)：支撐劑的作用在于充填壓裂產(chǎn)生的人工裂縫，在地層形成具有高導(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裂縫的滲透率的影響差異較大。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。

  一直以來，依據(jù)中華人民共和國石油天然氣行業(yè)標準SY/T 5108－1997《壓裂支撐劑性能測試推薦方法》定義：支撐劑的圓度是指其棱角的相對銳角和曲率的量度。實際測定使用本標準推薦的API RP56和API RP60中Krumbein與Sloss（美）1963年發(fā)表的球度、圓度圖版。（如下圖）

采用這種人工比照的方法，對于實際操作具有以下問題：

      1.  人員主觀因素誤差：測試人員對于顆粒樣品的感官印象是不能完全一樣的，因此獲得的數(shù)值標準就不同，換了不同的測試人員，就可能獲得完全不同  的測試結(jié)果。

      2.   無明確判斷依據(jù)：人員判斷時無非常明確的判斷依據(jù)和計算方法，只能靠大概感覺，這樣也增加了測試的不穩(wěn)定性和差異性。

      3.  人員工作量大：以往的方法是任意取20到30粒樣品顆粒進行測試，取樣數(shù)量不足以獲得具有代表性的數(shù)據(jù)。但是如果想要獲得更多顆粒的圓度、球度數(shù)據(jù)，則會大大增強測試人員的工作量。

      濟南微納科技有限公司推出針對顆粒圓度、球度進行自動分析的算法模塊，配合動態(tài)或靜態(tài)圖像儀，即可輕松獲得穩(wěn)定可靠的支撐劑的球度和圓度數(shù)據(jù)。

       在上面的介紹中可以看到，球度算法已有較為通用的公式表達，可以直接采用計算機圖形學(xué)中的相關(guān)技術(shù)進行計算，難點是對于圓度計算，并沒有一個獲得通用認可的計算公式，所以此模塊并非一般性的套用公式計算，而是真正的針對顆粒的輪廓進行分析；

      技術(shù)簡介

       之所以在很長一段時間內(nèi)、國內(nèi)國外幾乎沒有對于圓度的自動分析模塊，主要是因為傳統(tǒng)方式的計算機圖像數(shù)字化技術(shù)，無法應(yīng)用于此類針對輪廓曲線的計算與判斷上。因為將圖形數(shù)字離散化之后，就會出現(xiàn)如下情況；

  由上圖可以看到這樣的狀態(tài)是無法進行尖銳程度的計算的。因此，必須采用一種創(chuàng)新的數(shù)字化方法，我們稱之為基本矢量化處理。整個處理過程如下： 

       1.      使用我們的基本矢量化算法，將離散的圖形輪廓處理成帶有特征的連貫線條。

       2.      找到其輪廓上的特征點位置。

       3.      算出特征點的曲率數(shù)值，再對每一個特征點進行統(tǒng)一標準化，然后就可根據(jù)每一個特征點的數(shù)值大小，表示出這個點的棱角鋒利程度，

       4.      通過擬合算法對所有特征點進行擬合處理，進而算出此顆粒的總的圓度表征數(shù)值。

因此，使用此模塊計算出來的支撐劑圓度數(shù)值，完全可以替代并超越以往人的感官評價方法。如果配合濟南微納的WINNER100D動態(tài)顆粒圖像儀，則可以針對成千上萬的支撐劑顆粒進行分析，從而獲得真正的、具有很強代表性的圓度和球度數(shù)據(jù)。