CN104634710A

CN104634710A - 一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法及装置

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Publication number: CN104634710A
Application number: CN201310552754.3A
Authority: CN
Inventors: 赵万春; 王婷婷; 艾池; 李士斌; 李玉伟; 袁伟伟
Original assignee: China National Petroleum Corp
Current assignee: China National Petroleum Corp
Priority date: 2013-11-08
Filing date: 2013-11-08
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2033-11-08
Also published as: CN104634710B

Abstract

一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法及装置，属于石油与天然气、矿业、岩土等工程中岩体孔隙结构技术领域。现场选取实验岩心，对岩心进行抛光，按照仪器规定制作成标准的岩样尺寸，置于岩心实验装置中；通过图像放大装置与透射镜扫描图像处理系统对标准岩心按照进行扫描，将扫描岩心图像传输至计算机图像处理系统中，计算机处理系统中安装系统处理软件；通过岩体切割系统对实验岩心进行纵向切割扫描，并将单张切割岩体以标准图像形式传输至计算机图像处理系统中；计算机处理系统对单张岩心图像进行网格剖分，并进行坐标标注，本发明实现了岩体孔隙度的可视化描述，对岩体的内部结构逾渗与连通的特征给予清晰的描述；更直观测定岩体的孔隙度。

Description

一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法及装置

技术领域

本发明涉及一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法及装置，属于石油与天然气、矿业、岩土等工程中岩体孔隙结构技术领域。

背景技术

在油田天然气、页岩气以及煤层气等常规与非常规气藏开采的技术领域中，由于开采岩体的复杂特征，致使岩体中的孔隙结构特征描述的不够准确，进而使得开采中还存在很多技术问题和安全问题无法解决。目前，对于岩石内孔隙结构特征的研究，主要是基于统计概率的最大逾渗团特征研究，对于岩体内部孔隙结构的复杂连通性为进行详细的描述，该方面研究的缺陷制约了岩体孔裂隙结构演化的进一步描述，诸如：岩体外载作用下的孔隙演化规律、岩体孔裂隙连通的迂曲度等方面的描述。尽管目前现有的数值模拟软件能够在一定程度上满足当前的认识的需要，但无法给予系统的揭示，从而影响了该项技术方面的充分描述。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法及装置，主要用于解决现有的对岩体孔隙连通特征无法准确描述的问题。

一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法,含有以下步骤；

第一步：现场选取实验岩心，对岩心进行抛光，按照仪器规定制作成标准的岩样尺寸，置于岩心实验装置中。

第二步：通过图像放大装置与透射镜扫描图像处理系统对标准岩心按照进行扫描，将扫描岩心图像传输至计算机图像处理系统中，计算机处理系统中安装系统处理软件。

第三步：通过岩体切割系统对实验岩心进行纵向切割扫描，并将单张切割岩体以标准图像形式传输至计算机图像处理系统中。计算机处理系统对单张岩心图像进行网格剖分，并进行坐标标注，标注原则为：假定岩心图像尺寸为L₀×L₀划分为L×L正方形子网格。其中任一张网格剖面的第一个网格的坐标为设定为(x₀,y₀,k)，在该任意网格的坐标为(x_i,y_j,k)，k为岩体纵向上被剖开的份数，H为岩体总厚度，h为岩体纵向切割的单位步长厚度。通过对岩心图像灰度扫描，若任意网格(x_m,y_n,z_k)被孔隙占据，则该网格被赋予向量值表示为[m,n,k,0]，其中z_k为岩体任意切面的纵向坐标。若该网格的空间被岩石基质占据，则该网格被赋予向量值表示为[m,n,k,1]，其中m，n为任意网格点坐标。

第四步：重复第三步操作，将岩体所有剖分的图像进行扫描，得到整个岩体孔隙与基质岩石的三维向量表示形式为：

岩体孔隙：

[\begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ \frac{L_{0}}{L} & \frac{L_{0}}{L} & \frac{H}{h} & 0 \end{matrix}];

基质岩石：

[\begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 1 \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ \frac{L_{0}}{L} & \frac{L_{0}}{L} & \frac{H}{h} & 1 \end{matrix}]

第五步：通过寻址路径的方法获取连通孔隙的特征，具体寻址方法与过程如下，对任意的孔隙网格(m,n,k,0)设定寻址的路径包括：m+1、m-1、n+1、n-1、k+1、k-1，其中此处的在寻址过程中，每一步假定沿上述6个坐标方位进行路径寻址，若找到与其连通的孔隙网格坐标，记录该相对坐标，在任意寻址坐标中若寻址网格特征为岩石基质或与之前寻址的网格相对坐标相同则完成一次寻址过程，若整个寻址过程的所有寻址路径均完成，则该网格的寻址过程终止，其寻址过程中有经过的轨迹即为其相连通的孔隙。

第六步：重复上述第五步的操作，待整个岩体中所有孔隙网格寻址结束，则整个岩体的孔隙连通情况确定。

第七步：记录整个岩体的孔隙数量和连通情况，确定岩体的逾渗概率与岩体的孔隙连通特征。

上述方案中的岩心实验装置包括由标准岩心、岩心夹持装置组成的被测试件体，被测试件体置于岩心底座上，岩心底座能够滑动，滑动步长可调节。

上述方案中的图像放大装置与透射镜扫描系统包括由体视显微镜、CCD摄像机、显微观测架和计算机图像分析软件。

上述方案中的岩体切割系统主要为聚焦离子束(Focused Ion beam,FIB)与FIB智能控制系统组成。

目前，对于岩体孔隙的描述中，主要是进行笼统的孔隙统计，未对岩体内的孔隙内的连通情况，孔隙的迂曲程度以及孔隙在整个岩体的分布情况很确切地描述，因此无法可视化岩体的孔隙特征。

一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析装置，操作台连接在固定底座；操作台连接刻度尺；操作台连接液压顶，液压顶连接岩体夹持器；岩体夹持器夹持岩体标件；岩体夹持器连接滑动底座；滑动底座连接操作台；FIB智能控制系统连接聚焦粒子束发射头；显微观测架连接CCD摄像机，CCD摄像机连接第一TEM透射电镜；计算机成像系统连接CCD摄像机；底座连接固定螺栓；底座连接夹持架，夹持架连接TEM透射镜；TEM透射镜连接成像系统；透镜连接透射镜头；电子枪连接TEM透射镜。

本发明的优点是:

（1）本发明实现了岩体孔隙度的可视化描述，对岩体的内部结构逾渗与连通的特征给予清晰的描述。

（2）本发明更直观测定岩体的孔隙度，给予目前孔隙度实验测定方法很好的补充。

（3）本发明对未来的数字化岩心描述、微观、纳观孔隙特征描述给予了更加合理的方法与手段。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，如图其中：

图1本发明的装置局部结构示意图;

图2本发明的局部结构示意图;

图3本发明的装置局部结构示意图;

图4本发明的局部结构示意图;

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

显然，本领域技术人员基于本发明的宗旨所做的许多修改和变化属于本发明的保护范围。

实施例1：如图1、图2、图3、图4所示，一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析装置，操作台11连接在固定底座12；操作台11连接刻度尺（千分尺）10；操作台11连接液压顶13，液压顶13连接岩体夹持器2；岩体夹持器2夹持岩体标件1；岩体夹持器2连接滑动底座9；滑动底座9连接操作台11；FIB智能控制系统3连接聚焦粒子束发射头4；显微观测架7连接CCD摄像机6，CCD摄像机6连接第一TEM透射电镜5；计算机成像系统8连接CCD摄像机6；底座20连接固定螺栓19；底座20连接夹持架，夹持架连接TEM透射镜17；TEM透射镜17连接成像系统18；透镜15连接透射镜头14；电子枪16连接TEM透射镜17。

一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法,含有以下步骤；

第三步：通过岩体切割系统对实验岩心进行纵向切割扫描，并将单张切割岩体以标准图像形式传输至计算机图像处理系统中。计算机处理系统对单张岩心图像进行网格剖分，并进行坐标标注，标注原则为：假定岩心图像尺寸为L₀×L₀划分为L×L正方形子网格。其中任一张网格剖面的第一个网格的坐标为设定为(x₀,y₀,k)，在该任意网格的坐标为(x_i,y_j,k)，k为岩体纵向上被剖开的份数，H为岩体总厚度，h为岩体纵向切割的单位步长厚度。

通过对岩心图像灰度扫描，若任意网格(x_m,y_n,z_k)被孔隙占据，则该网格被赋予向量值表示为[m,n,k,0]，其中z_k为岩体任意切面的纵向坐标。若该网格的空间被岩石基质占据，则该网格被赋予向量值表示为[m,n,k,1]，其中m，n为任意网格点坐标。

岩体孔隙：

[\begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ \frac{L_{0}}{L} & \frac{L_{0}}{L} & \frac{H}{h} & 0 \end{matrix}];

基质岩石：

[\begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 1 \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ \frac{L_{0}}{L} & \frac{L_{0}}{L} & \frac{H}{h} & 1 \end{matrix}]

第五步：通过寻址路径的方法获取连通孔隙的特征，具体寻址方法与过程如下，对任意的孔隙网格(m,n,k,0)设定寻址的路径包括：m+1、m-1、n+1、n-1、k+1、k-1，其中此处的在寻址过程中，每一步1假定沿上述6个坐标方位进行路径寻址，若找到与其连通的孔隙网格坐标，记录该相对坐标，在任意寻址坐标中若寻址网格特征为岩石基质或与之前寻址的网格相对坐标相同则完成一次寻址过程，若整个寻址过程的所有寻址路径均完成，则该网格的寻址过程终止，其寻址过程中有经过的轨迹即为其相连通的孔隙。

上述方案中的岩心观测系统由TEM透射电镜5、CCD摄像机6、显微观测架7、计算机成像系统8等组成。TEM透射电镜5与CCD成像摄像机6相连，并置于观测架7上，对岩心试件1进行扫描测定，将扫描结果经CCD摄像机6成像装置成像，并传输至计算机成像与处理系统8中，计算机成像与处理系统8经对图像按照操作步骤三至步骤五对图像进行逾渗研究与连通特征描述。

上述方案中的岩体切割系统由FIB智能控制系统3、聚焦粒子束发射头4组成，其中FIB智能控制系统3内置控制软件，可对聚焦粒子束发射头4实施岩心切割，液压顶13对岩心移动实施控制，岩心切割厚度尺寸可通过刻度尺10实现控制。

如上所述，对本发明的实施例进行了详细地说明，但是只要实质上没有脱离本发明的发明点及效果可以有很多的变形，这对本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，这样的变形例也全部包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法，其特征在于：这种研究岩体孔隙逾渗与连通特征的方法：

第一步：现场选取实验岩心，对岩心进行抛光，按照仪器规定制作成标准的岩样尺寸，置于岩心实验装置中；

第二步：通过图像放大装置与透射镜扫描图像处理系统对标准岩心按照进行扫描，将扫描岩心图像传输至计算机图像处理系统中，计算机处理系统中安装系统处理软件；

第三步：通过岩体切割系统对实验岩心进行纵向切割扫描，并将单张切割岩体以标准图像形式传输至计算机图像处理系统中；计算机处理系统对单张岩心图像进行网格剖分，并进行坐标标注，标注原则为：岩心图像尺寸为L₀×L₀划分为L×L正方形子网格；其中任一张网格剖面的第一个网格的坐标为设定为(x₀,y₀,k)，在该任意网格的坐标为(x_i,y_j,k)，k为岩体纵向上被剖开的份数，H为岩体总厚度，h为岩体纵向切割的单位步长厚度；通过对岩心图像灰度扫描，若任意网格(x_m,y_n,z_k)被孔隙占据，则该网格被赋予向量值表示为[m,n,k,0]，其中z_k为岩体任意切面的纵向坐标；若该网格的空间被岩石基质占据，则该网格被赋予向量值表示为[m,n,k,1]，其中m，n为任意网格点坐标；

岩体孔隙：

[\begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 0 \\ 1 & 0 & 0 & 0 \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ \frac{L_{0}}{L} & \frac{L_{0}}{L} & \frac{H}{h} & 0 \end{matrix}];

基质岩石：

[\begin{matrix} 0 & 0 & 0 & 1 \\ 1 & 0 & 0 & 1 \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ . & . & . & . \\ \frac{L_{0}}{L} & \frac{L_{0}}{L} & \frac{H}{h} & 1 \end{matrix}]

第五步：通过寻址路径的方法获取连通孔隙的特征，具体寻址方法与过程如下，对任意的孔隙网格(m,n,k,0)设定寻址的路径包括：m+1、m-1、n+1、n-1、k+1、k-1，其中此处的1在寻址过程中，每一步1假定沿上述6个坐标方位进行路径寻址，若找到与其连通的孔隙网格坐标，记录该相对坐标，在任意寻址坐标中若寻址网格特征为岩石基质或与之前寻址的网格相对坐标相同则完成一次寻址过程，若整个寻址过程的所有寻址路径均完成，则该网格的寻址过程终止，其寻址过程中有经过的轨迹即为其相连通的孔隙；

第六步：重复上述第五步的操作，待整个岩体中所有孔隙网格寻址结束，则整个岩体的孔隙连通情况确定；

2.根据权利要求1所述的一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法，其特征在于：岩心观测系统由TEM透射电镜（5）、CCD摄像机（6）、显微观测架（7）、计算机成像系统(8)等组成；TEM透射电镜(5)与CCD成像摄像机(6)相连，并置于观测架(7)上，对岩心试件(1)进行扫描测定，将扫描结果经CCD摄像机(6)成像装置成像，并传输至计算机成像与处理系统(8)中，计算机成像与处理系统(8)经对图像按照操作步骤三至步骤五对图像进行逾渗研究与连通特征描述。

3.根据权利要求1或2所述的一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析方法，其特征在于：岩体切割系统由FIB智能控制系统(3)、聚焦粒子束发射头(4)组成，其中FIB智能控制系统(3)内置控制软件，可对聚焦粒子束发射头(4)实施岩心切割，液压顶(13)对岩心移动实施控制，岩心切割厚度尺寸可通过刻度尺(10)实现控制。

4.一种岩体孔隙逾渗与连通特征的分析装置，其特征在于：操作台连接在固定底座；操作台连接刻度尺；操作台连接液压顶，液压顶连接岩体夹持器；岩体夹持器夹持岩体标件；岩体夹持器连接滑动底座；滑动底座连接操作台；FIB智能控制系统连接聚焦粒子束发射头；显微观测架连接CCD摄像机，CCD摄像机连接第一TEM透射电镜；计算机成像系统连接CCD摄像机；底座连接固定螺栓；底座连接夹持架，夹持架连接TEM透射镜；TEM透射镜连接成像系统；透镜连接透射镜头；电子枪连接TEM透射镜。