[发明专利]一种基于透明土非饱和流动可视化实验方法

摘要

本发明公开了一种基于透明土技术的非饱和流动可视化实验方法，主要是得到透明土像素强度与饱和度之间的相关关系，包括以下两个方面工作：①定量化饱和度SW，包括以下步骤：包括选取任意渗流剖面中连续均匀区域的油砂进行局部取样，利用离心机的方法进行测定该处的油砂质量百分比w，从而确定饱和度大小；②图像处理：包括前期批处理操作、背景减法以及归一化处理。根据上诉操作，得到图像像素强度归一化值IN(x,y,t)，得到的饱和度SW与像素强度IN之间的校准关系。本发明方法得到的透明土像素强度与饱和度之间的关系，这与先前校准方法的规律性基本一致，且呈现出更好的相关性。本研究结果将为透明土在部分饱和多孔介质流动中的进一步潜在应用发挥必要的推动性作用。

主权项

1.一种基于透明土非饱和流动可视化实验方法，其特征在于：包括以下步骤，S1、制备折射率匹配的透明土及孔隙液体和悬柱装置，并利用湿雨法将透明土及孔隙液体分层装置于悬柱装置中，制成饱和状态的透明土样，然后开启悬柱下方的开关，进行土柱的排水渗流，并利用悬柱前方的数码相机以一定时间间隔对整个土柱的渗流过程进行拍照；S2、取样：选取任意渗流剖面中连续均匀区域的试样为研究对象，一方面对油砂进行局部取样，确定饱和度值，另一方面对该区域的试样的图片进行选取。图片选取：采用悬柱装置，在悬柱的前方，使用一台数字单反相机来捕捉柱长方向的高分辨率照片，该相机放置在距悬柱1米的距离正前方，悬柱的背面和一侧覆盖黑色背景，在竖向50mm间隔上布设参考黑白点；S3、利用离心机的方法进行测定该处的油砂比w(质量比，％)，从而确定饱和度S_W大小：对于选定区域局部采样的油砂，加入一定比例的纯水，然后利用油水分离的性质，利用高速离心机将二者进行分离，并将除油后的湿砂用容器承装置于烘箱内，利用烘干法烘至恒重，利用公式计算其饱和度：式中：S_r——饱和度；w——油砂比(g/g)；G_s——透明砂的比重；e——透明砂的孔隙比；ρ_l——混合油的密度。S4、图片分析：A、前期批处理操作：对于选定图片，即对目标区域进行剪裁，定名，然后进行曝光、保存初始操作之后，进行批处理，根据下面描述的各种连续步骤自动进行图片格式转换、降噪滤波处理，具体操作步骤如下：首先，读取图片文件，即导入图像并提取存储在图像中的信息，然后调用程序代码，进行图片格式转换和灰度处理，使用批处理程序中的“opencv”命令转换灰度值的方法将图片转换为0‑255的灰度矩阵；再进行均值降噪，去除或减小大量白色颗粒或早点带来的影响；然后，计算图片矩阵的每个像素点的灰度平均值，平均强度自动计算并存储在结果输出文件中；得到了在目标测量区域内，在时间t拍摄的照片上(x，y)位置处的平均像素强度，将它表示为I₀(x，y，t)，平均强度自动计算并存储在结果输出文件中；B、背景减法：将上一步骤得到的平均像素强度值进行背景减法，对于每个图像，程序逐像素地减去背景强度值以获得校正的强度，即：I(x，y，t)＝I₀(x，y，t)‑I₀(x₀，y₀，t)式中：I(x，y，t)——校正后的像素强度；I₀(x，y，t)——均值化操作后得到的某点的平均像素强度初值；I₀(x₀，y₀，t)——同一时刻t参考点的像素强度值的变化量，由光源等环境因素引起的；C、归一化处理：根据下式对图像像素强度进行归一化，得到归一化像素强度I_N(x，y，t)：I_N(x，y，t)是归一化像素强度，I(x，y，t)是像素强度的任何图像(基于捕获图像的灰度值)，I_s(x，y，t)是完全饱和时的像素强度，I_D(x，y，t)是完全干燥时的像素强度，注意：I_s(x，y，t)和I_D(x，y，t)也必须进行同一图片的背景减法操作；S5、得到的饱和度S_W与像素强度I_N之间的校准关系：R²＝0.98265式中，R²为S_W与I_N之间相关系数的平方。