FLU-net:用于表征页岩储层微观孔隙的深度全卷积网络

陈雁, 李祉呈, 程超, 焦世祥, 蒋裕强, 宋敏, 王占磊. FLU-net:用于表征页岩储层微观孔隙的深度全卷积网络[J]. 海洋地质前沿, 2021, 37(8): 34-43. doi: 10.16028/j.1009-2722.2019.196
引用本文: 陈雁, 李祉呈, 程超, 焦世祥, 蒋裕强, 宋敏, 王占磊. FLU-net:用于表征页岩储层微观孔隙的深度全卷积网络[J]. 海洋地质前沿, 2021, 37(8): 34-43. doi: 10.16028/j.1009-2722.2019.196
CHEN Yan, LI Zhicheng, CHENG Chao, JIAO Shixiang, JIANG Yuqiang, SONG Min, WANG Zhanlei. FLU-NET: A DEEP FULLY CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORK FOR SHALE RESERVOIR MICRO-PORE CHARACTERIZATION[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(8): 34-43. doi: 10.16028/j.1009-2722.2019.196
Citation: CHEN Yan, LI Zhicheng, CHENG Chao, JIAO Shixiang, JIANG Yuqiang, SONG Min, WANG Zhanlei. FLU-NET: A DEEP FULLY CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORK FOR SHALE RESERVOIR MICRO-PORE CHARACTERIZATION[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(8): 34-43. doi: 10.16028/j.1009-2722.2019.196

FLU-net:用于表征页岩储层微观孔隙的深度全卷积网络

  • 基金项目: 四川省科技厅重点研发项目“深层页岩智能孔缝分析及孔隙网络建模技术研究”(20ZDYF1215);油气藏地质及开发工程国家重点实验室开放研究课题“页岩气孔隙网络建模技术”(PLN201931);四川省科技厅科技计划项目省级重点项目“海相页岩气建产核心区智能评价系统研究”(19YYJC1055);四川省科技厅苗子工程项目“基于全景分割的岩石薄片图像智能鉴定的研究”(2021007)
详细信息
    作者简介: 陈雁(1982—),女,博士,副教授,主要从事人工智能和复杂网络方面的研究工作. E-mail:carly.chenyan@gmail.com
    通讯作者: 程超(1979—),男,博士,副教授,主要从事储层评价、油气藏精细描述方面的研究工作. E-mail:105964461@qq.com
  • 中图分类号: P744.4;P628

FLU-NET: A DEEP FULLY CONVOLUTIONAL NEURAL NETWORK FOR SHALE RESERVOIR MICRO-PORE CHARACTERIZATION

More Information
  • 页岩孔隙是页岩气储集的主要空间,孔隙的形状、大小、连通性与发育程度很大程度上决定了页岩储集层的储集性能,因此,页岩气开采首先需要对其孔隙有充分的认识。基于阈值分割法获取页岩孔隙结构参数是目前页岩微观结构表征的一种重要手段,但是受扫描电镜图像灰度分布差异的影响,该方法需要逐一修改图像的最佳分割阈值以达到最好的孔隙分割效果,且阈值分割方法无法直接划分孔隙类别,这给后续的页岩微观结构定量表征带来了麻烦。为了实现页岩孔隙的智能识别和分类,笔者设计基于像素级语义分割的深度全卷积神经网络FLU-net,对页岩孔隙识别并分类为有机孔、无机孔(粒内孔、粒间孔)及裂缝,并结合孔隙尺度分类统计方法,分析不同类型孔隙发育数量、孔径大小、孔隙度等参数,实现页岩储层微观孔隙结构的自动化定量表征。以重庆渝西区块足201井区和四川盆地威远地区威204井区的页岩扫描电镜图像为研究对象,在对1 600幅页岩扫描电镜图像原始数据进行人工标注并划分数据集后,使用FLU-net进行孔隙识别,结果表明,本方法具有较高的准确率,同时自动化程度和泛化能力均高于传统预测方法。因此,扫描电镜与基于深度学习的语义分割模型结合是定量研究页岩微观结构表征的有效手段。

  • 加载中
  • 图 1  页岩扫描电镜图像数据集中部分图像(上)及其对应的人工标注图像(下)

    Figure 1. 

    图 2  用于语义分割的深度学习网络结构

    Figure 2. 

    图 3  由U-net模型预测的扫描电镜图像

    Figure 3. 

    图 4  FLU-net网络结构

    Figure 4. 

    图 5  深层页岩扫描电镜孔隙识别结果

    Figure 5. 

    图 6  随迭代轮次变化的验证集mIoU曲线,其中deeper U-net指具有6层网络的U-net模型

    Figure 6. 

    图 7  不同语义分割模型预测出的各类型孔隙发育比例

    Figure 7. 

    表 1  威204井和足201井图像样本中各类别孔隙的孔隙度

    Table 1.  Porosity of all kinds of pores in image samples from Well Wei-204 and Well Zu-201

    所属井样本编号有机质孔晶(粒)间孔晶(粒)间孔微裂缝
    威2041号0.05%1.86%1.56%8.87%
    威2042号0.71%0.51%1.65%1.77%
    威2043号5.90%1.88%0.29%0.00%
    威204平均值3.45%1.92%0.88%0.63%
    足2011号0.42%0.11%0.07%0.00%
    足2012号0.45%0.00%0.06%4.92%
    足2013号0.72%0.13%0.07%0.22%
    足201平均值1.02%0.51%0.33%0.44%
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    表 2  5种网络的验证集评价指标

    Table 2.  The ACC and mIoU indexes of the five networks on the validation set

    模型ACCmIoU
    U-net0.98550.4381
    deeperU-net0.98540.4284
    U-ent+Dropout0.98500.4264
    U-net+Focal Loss0.98640.4588
    FLU-net0.98530.4726
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    表 3  U-net和FLU-net的4种微观孔隙度预测结果与真实孔隙度的均方根误差(RMSE)

    Table 3.  The RMSE of the predicted porosity by U-net and FLU-net and the real porosity of the four kinds of pores

    微裂缝晶(粒)间孔晶(粒)内孔有机质孔总孔隙
    U-net0.0050990.0081790.005000.0062960.008250
    FLU-net0.0042600.0047070.0039180.0051160.006283
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    表 4  通过不同语义分割模型定量表征的孔隙特征

    Table 4.  The quantitatively characterized porosity characters by different semantic segmentation models

    人工标签U-netFLU-net
    最大孔径长度
    平均孔径长度
    孔隙总面积
    最大孔隙面积
    平均孔隙面积
    平均形状系数
    周长面积法分形维数
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出版历程
收稿日期:  2019-10-21
刊出日期:  2021-08-28

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