CN108827986A - 一种基于ct扫描的岩心自吸实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，包括如下步骤：S100、获取岩心样品，并通过CT扫描获取岩心样品在自吸水未侵入状态下的图像；S200、在岩心样品自吸水实验过程中通过CT扫描定角度投影捕获自吸水侵入状态下不同时间点的图像；S300、获取停止自吸水实验过程后的岩心样品的CT扫描投影图像；S400、通过图像差值法获取自吸水侵入前后自吸水在岩石孔隙中的三维空间分布，该方法通过利用CT扫描，不需要将岩心从自吸水中取出就可以进行测量，可以避免测量误差，同时，能够得到自吸水在岩心孔隙中的渗吸速率，以及自吸水在岩心中的具体分布位置，使得测量结果更准确、全面。

Description

一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法

技术领域

本发明涉及地质勘查领域，具体为一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法。

背景技术

岩心是根据地质勘查工作或工程的需要，使用环状岩心钻头及其他取心工具，从孔内取出的圆柱状岩石样品，从固体矿产的矿体或矿层中取出的含矿岩石或矿石，则称矿心，岩心是研究和了解地下地质和矿产情况的重要实物地质资料。

自发渗吸被定义为在多孔介质中，由于毛管力的作用而产生的湿相对非湿相的驱替。岩石毛细管自吸的本质是岩石流体系统能量的不平衡，岩石流体系统总是表现为向系统自由能减小的趋势,当岩石-油气界面自由能超过岩石-水界面自由能时,水自吸进入岩石孔喉驱替出油气。对于水驱油气藏及裂缝性油气藏开采来说,毛细管自吸是一种重要的开采机理。低渗透气藏开发过程中，当工作液与储层接触时，由于气藏常具有亲水性，水会因为毛细管自吸作用而进入地层。地层自吸水能力与孔喉半径、孔隙的几何形状、分布特征、侵入流体的表面张力、岩石润湿性、流体粘度以及驱替压差等影响因素。对于低渗透储层，由于毛管半径较小，自吸作用增加，侵入深度较深，而且自吸水更不容易被反排出来，使水的堵塞难以解除。

微CT扫描是近年来用于石油实验的一种重要手段,X射线微米级CT是利用锥形X射线穿透物体，通过不同倍数的物镜放大图像，由360度旋转所得到的大量X射线衰减图像重构出三维的立体模型。利用微米级CT进行岩心扫描的特点在于，在不破坏样品的条件下，能够通过大量的图像数据对很小的特征面进行全面展示。由于CT图像反映的是X射线在穿透物体过程中能量衰减的信息，因此三维CT图像能够真实的反映出岩心内部的孔隙结构与相对密度大小。

目前常规研究自吸水实验的方法大都依赖于岩心称重法,即将实验岩心干燥后称重,用氦孔测得孔隙度，将实验岩心浸入水溶液中,每隔一段时间取出,称取岩心质量,实验过程直至岩心质量不发生变化为止，这样利用不同时间点所获取的岩心质量减去实验前岩心质量就可得到岩心自吸水质量与时间的对应关，将自吸水质量转化为体积就可得到自吸水饱和度与时间的对应关系，这种方法比较简易容易实现。

但是，现有的岩心自吸实验方法存在以下缺陷：

(1)现有的岩心自吸实验方法对岩心进行自吸实验时，需要将岩心从自吸水中取出，岩心的表面会附着一层水分，在将这些水分拭去时，会带走岩心内吸收的部分水分，使得测量的结果出现偏差；

(2)现有的岩心自吸实验方法对岩心进行自吸实验时，虽然能够得到自吸水质量与时间的关系，却无法得到自吸水在岩心孔隙中的渗吸速率；

(3)现有的岩心自吸实验方法对岩心进行自吸实验时，无法确定自吸水在岩心中的具体分布，使得测量结果不全面。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，该方法通过利用CT扫描，不需要将岩心从自吸水中取出就可以进行测量，可以避免测量误差，同时，能够得到自吸水在岩心孔隙中的渗吸速率，以及自吸水在岩心中的具体分布位置，使得测量结果更准确、全面，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，包括如下步骤

S100、获取岩心样品，并通过CT扫描获取岩心样品在自吸水未侵入状态下的图像；

S200、在岩心样品自吸水实验过程中通过CT扫描定角度投影捕获自吸水侵入状态下不同时间点的图像；

S300、获取停止自吸水实验过程后的岩心样品的CT扫描投影图像；

S400、通过图像差值法获取自吸水侵入前后自吸水在岩石孔隙中的三维空间分布。

进一步地，在S200中，还包括获取自吸水在岩心样本孔隙中的渗吸速率的步骤，具体包括：

S201、按CT扫描投影图像获取顺序依次对比岩心样本自吸水侵入图像,获取岩心样本自吸水侵入过程图；

S202、由CT扫描分辨率，获取CT扫描投影图像真实尺寸；

S203、获取岩心样本自吸水渗吸速率。

进一步地，在S300中，获取停止自吸水实验过程后的岩心样品的CT扫描投影图像的具体步骤为：

S301、通过对比自吸水实验过程中的岩心样品的CT扫描投影图像判断岩心自吸水是否饱和；

S302、滤出剩余自吸水；

S303、获取自吸水完全侵入后的岩心样品的CT扫描投影图像。

进一步地，在S100中，还包括设置CT扫描路径的步骤，具体包括：

S101、确定CT扫描投影的起点、终点，以及CT扫描速度；

S102、确定CT扫描定角度投影位置。

进一步地，在S100中还包括岩心样本实验前的干燥处理步骤，具体包括：

S103、自然风干，去除岩心样本表层水分；

S104、低温环境循环升温烘干，去除岩心样本内部水分。

进一步地，还包括岩心自吸实验装置，该装置包括实验台，所述实验台的顶面设置有环形滑轨，且环形滑轨上设置有环形转台，所述环形转台的顶端固定安装有CT扫描固定架，且环形转台的中央设置有固定在实验台顶面的调节支撑杆，所述调节支撑杆的顶端固定安装有水槽，且水槽内设置有岩心支撑结构；

所述岩心支撑结构包括设置在水槽内的环形支承板，且环形支承板的底端通过支撑架与水槽连接，所述环形支承板的顶面设置有若干个呈环形分布的支撑凸起，且环形支承板的外部设置有透明玻璃罩。

进一步地，所述环形转台的外部设置有均匀分布的轮齿组，且环形转台的侧方设置有位于实验台表面的马达槽，所述马达槽内安装有减速马达，且减速马达的输出端连接有旋转轴，所述旋转轴的外部套设有与轮齿组啮合的驱动齿轮。

进一步地，所述调节支撑杆包括与实验台连接的底杆，以及与水槽连接的顶杆，所述底杆的顶部设置有螺纹段，且螺纹段的外部设置有内螺管，所述内螺管的顶端通过轴承与顶杆连接。

进一步地，所述环形转台的侧面设置有定位凸起，且环形转台的顶面设置有若干定位螺栓，所述实验台的表面通过旋转连接件连接有旋转定位杆。

进一步地，所述水槽的底部设置有放水口，且放水口内插设有水塞。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过利用CT扫描，不需要将岩心从自吸水中取出测量，可以避免测量误差，有利于提高实验结果的精准度；

(2)本发明通过对比自吸水侵入状态下不同时间点的图像，能够得到自吸水侵入岩心的连续过程图，从而能够得到自吸水在岩心孔隙中的渗吸速率；

(3)本发明通过通过图像差值法处理自吸水侵入前后自吸水在岩石孔隙中的三维空间分布，能够得到自吸水在岩心中的具体分布位置，使得测量的结果更准确、全面。

附图说明

图1为本发明的整体流程示意图；

图2为本发明的岩心自吸实验装置整体结构示意图；

图3为本发明的岩心自吸实验装置俯视结构示意图。

图中标号：

1-实验台；2-环形滑轨；3-环形转台；4-CT扫描固定架；5-调节支撑杆；6-水槽；7-岩心支撑结构；8-轮齿组；9-马达槽；10-减速马达；11-旋转轴；12-驱动齿轮；13-定位凸起；14-定位螺栓；15-旋转连接件；16-旋转定位杆；17-放水口；18-水寒；

501-底杆；502-顶杆；503-螺纹段；504-内螺管；505-轴承；

701-环形支承板；702-支撑架；703-支撑凸起；704-透明玻璃罩。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，包括如下步骤:

S100、获取岩心样品，并通过CT扫描获取岩心样品在自吸水未侵入状态下的图像，实验用的岩心必须经过清理和完全干燥，否则会对实验结果造成较大的影响，本实验利用CT扫描仪进行扫描，因此在常规实验器械的基础上还要准备CT扫描仪以及其驱动设备。

对于岩心微CT扫描来说,如果要获取整个三维数据体的话,CT扫描成像时间较长,由于自吸水本身为动态过程,在不同扫描时间点自吸水的分布不一,对于后期CT三维数据体的重构有重大影响,也就是说目前的CT扫描方式无法实现描述动态过程，但是却可以在岩心自吸水侵入之前对岩心进行全方位扫描，得到自吸水未侵入状态下岩心的三维CT扫描图像。

S200、在岩心样品自吸水实验过程中通过CT扫描定角度投影捕获自吸水侵入状态下不同时间点的图像，为了测定反应水在岩心孔隙中的渗吸速率，需要测出岩心自吸水侵入随时间进行的过程图，因此需要测得多组数据，同时，为了保证测量结果的准确性，以及便于比较测量结果，需要保证CT扫描仪投影角度不变。

S300、获取停止自吸水实验过程后的岩心样品的CT扫描投影图像，此外，为了方便自吸水侵入后的岩心三维CT扫描投影图像与自吸水侵入前的岩心三维CT扫描投影图像进行对比，两次CT扫描投影的路径要保持相等。

S400、通过图像差值法获取自吸水侵入前后自吸水在岩石孔隙中的三维空间分布，在岩心自吸水侵入前和自吸水侵入后的三维CT扫描投影图像均清楚的情况下，将自吸水侵入后岩心的三维CT扫描投影图像减去自吸水侵入前岩心的三维CT扫描投影图像便能够得到自吸水在岩石孔隙中的三维空间分布。

在S100中，还包括岩心样本实验前的干燥处理步骤，具体包括：

S103、自然风干，去除岩心样本表层水分，实验前，需要对岩心进行12h-24h的自然晾晒风干，并在期间每60min-120min调整一次岩心的位置，目的是去除岩心样本表层的水分。

S104、低温环境循环升温烘干，去除岩心样本内部水分，低温烘干时，先将岩心放入30℃的低温烘干室中干燥1h，再将低温烘干室的温度以1℃/12min的速率提高到35℃，并将岩心再干燥1h，之后以同样的方法继续对岩心进行升温干燥，直至低温烘干室的温度达到50℃。

自然风干能够去除岩心样本中的大部分水分，但是由于空气中夹杂着水气，且岩心为实体结构，因此自然风干后，岩心样本内部还会残留部分水分，这时便需要对岩心进行低温烘干，在低温烘干时，烘干室的温度要逐渐升高，且每升高一定程度便要停留一段时间，目的是为了使岩心能够适应温度，避免温度升高过快或温度太高，使岩心膨胀开裂或孔隙破碎，避免影响实验结果。

在S100中，还包括设置CT扫描路径的步骤，具体包括：

S101、确定CT扫描投影的起点、终点，以及CT扫描速度，通过确定这些扫描参数，能够使自吸水侵入岩心前后CT扫描的条件相等，有利于对两个三维扫描投影图像进行对比。

S102、确定CT扫描定角度投影位置，通过确定自吸水侵入过程中CT扫描投影的角度，便能得到自吸水侵入状态下不同时间点的图像，岩心样本自吸水侵入状态下不同时间点的图像如图2所示。

在S200中，还包括获取自吸水在岩心样本孔隙中的渗吸速率的步骤，具体包括：

S201、按CT扫描投影图像获取顺序依次对比岩心样本自吸水侵入图像,获取岩心样本自吸水侵入过程图；

S202、由CT扫描分辨率，获取CT扫描投影图像真实尺寸；

S203、获取岩心样本自吸水渗吸速率。

将得到的不同时间点的自吸水侵入状态下岩心的CT投影图像进行对比，能够得到反应水在岩心孔隙中的渗吸速率，由于CT扫描本身是对岩石整体进行投影,如果投影角度不变,岩石本身也没有外来改变因素,这个CT投影的数据体也是不发生变化的,当外来流体侵入岩石,这个时刻的岩石的CT投影数据与前一刻的CT投影数据就会产生差别,这样将两者图像相对比就可得到外来流体侵入的位置，因此,在自吸水实验过程中捕获自吸水侵入状态下不同时间点的图像,就可得到连续的自吸水实验过程图，同时,由于CT扫描投影视野尺寸可由CT扫描的分辨率得出,因此在一定时间段的自吸水投影图的变化可得出自吸水侵入速度。

在S300中，获取停止自吸水实验过程后的岩心样品的CT扫描投影图像的具体步骤为：

S301、通过对比自吸水实验过程中的岩心样品的CT扫描投影图像判断岩心自吸水是否饱和，利用CT扫描投影对自吸水侵入状态下的岩心进行多次扫描，当CT扫描投影图像不再变化时，则岩心自吸水饱和，此时，岩心不再自吸水，自吸水在岩心中的位置也不再变化。

S302、滤出剩余自吸水。

S303、获取自吸水完全侵入后的岩心样品的CT扫描投影图像。

在实验结束后，可以通过多次重复测量，得到岩心自吸水渗吸速率的平均值，以及自吸水在岩石孔隙中的三维空间分布精确图，使得测量结构更精准。

另外，如图2和图3所示，还包括岩心自吸实验装置，该装置包括实验台1，实验台1的顶面设置有环形滑轨2，且环形滑轨2上设置有环形转台3，环形转台3的顶端固定安装有CT扫描固定架4，CT扫描固定架4用于固定CT扫描投影设备。

环形转台3的外部设置有均匀分布的轮齿组8，且环形转台3的侧方设置有位于实验台1表面的马达槽9，马达槽9内安装有减速马达10，且减速马达10的输出端连接有旋转轴11，旋转轴11的外部套设有与轮齿组8啮合的驱动齿轮12。

减速马达10工作时，能够使环形转台3在驱动齿轮12、轮齿组8的啮合下匀速旋转，使得环形转台3能够绕着环形滑轨2转动，使得CT扫描投影设备能够对实验物进行全方位的扫描，从而能够得到实验物的三维CT扫描投影图像。

环形转台3的中央设置有固定在实验台1顶面的调节支撑杆5，调节支撑杆5的顶端固定安装有水槽6，且水槽6内设置有岩心支撑结构7。

岩心支撑结构7包括设置在水槽6内的环形支承板701，且环形支承板701的底端通过支撑架702与水槽6连接，环形支承板701的顶面设置有若干个呈环形分布的支撑凸起703，且环形支承板701的外部设置有透明玻璃罩704。

在实验时，先将岩心样本放在环形支承板701的支撑凸起703上，并利用CT扫描投影设备对自吸水未侵入状态下的岩心样本进行扫描，得到岩心样品在自吸水未侵入状态下的图像，之后将透明玻璃罩704罩住岩心样本，并向水槽6内加入自吸水，且自吸水的顶面与岩心样本的底面齐平，之后将CT扫描投影设备定角度，并得到岩心样本在自吸水侵入状态下不同时间点的图像，最后，将水槽6内的自吸水放出，并停止固定CT扫描投影设备，得到停止自吸水实验过程后的岩心样品的CT扫描投影图像。

调节支撑杆5包括与实验台1连接的底杆501，以及与水槽6连接的顶杆502，底杆501的顶部设置有螺纹段503，且螺纹段503的外部设置有内螺管504，内螺管504的顶端通过轴承505与顶杆502连接，通过转动内螺管504，能够使内螺管504沿着螺纹段503上升或下降，使得水槽6以及岩心支撑结构7也能够上升或下降，能够方便调节岩心的高度，有利于对岩心进行CT扫描。

环形转台3的侧面设置有定位凸起13，且环形转台3的顶面设置有若干定位螺栓14，实验台1的表面通过旋转连接件15连接有旋转定位杆16，当转动旋转定位杆16，使旋转定位杆16水平时，旋转定位杆16能够与环形转台3侧面的定位凸起13接触，并对环形转台3定位，在对岩心样本进行全方位CT扫描时，可以使旋转定位杆16与定位凸起13的接触点作为CT扫描路径的起点和终点，使得自吸水侵入岩心样本前后的两次全方位CT扫描路径能够相同，便于对CT扫描投影图像进行比较，而在对自吸水侵入岩心样本过程中定角度CT扫描时，也可以将旋转定位杆16与定位凸起13的接触点作为定角度点，有利于保证不同时间点CT扫描的投影角度相等。

水槽6的底部设置有放水口17，且放水口17内插设有水塞18，放水口17用于放出水槽6内剩余的自吸水，水塞18用于堵住放水口17，同时，在进行岩心自吸水实验时，要始终向水槽6内注水，避免水槽6内水面与岩心样本底面脱离。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：包括如下步骤

S100、获取岩心样品，并通过CT扫描获取岩心样品在自吸水未侵入状态下的图像；

S200、在岩心样品自吸水实验过程中通过CT扫描定角度投影捕获自吸水侵入状态下不同时间点的图像；

S300、获取停止自吸水实验过程后的岩心样品的CT扫描投影图像；

S400、通过图像差值法获取自吸水侵入前后自吸水在岩石孔隙中的三维空间分布。

2.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：在S200中，还包括获取自吸水在岩心样本孔隙中的渗吸速率的步骤，具体包括：

S201、按CT扫描投影图像获取顺序依次对比岩心样本自吸水侵入图像,获取岩心样本自吸水侵入过程图；

S202、由CT扫描分辨率，获取CT扫描投影图像真实尺寸；

S203、获取岩心样本自吸水渗吸速率。

3.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：在S300中，获取停止自吸水实验过程后的岩心样品的CT扫描投影图像的具体步骤为：

S301、通过对比自吸水实验过程中的岩心样品的CT扫描投影图像判断岩心自吸水是否饱和；

S302、滤出剩余自吸水；

S303、获取自吸水完全侵入后的岩心样品的CT扫描投影图像。

4.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：在S100中，还包括设置CT扫描路径的步骤，具体包括：

S101、确定CT扫描投影的起点、终点，以及CT扫描速度；

S102、确定CT扫描定角度投影位置。

5.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：在S100中还包括岩心样本实验前的干燥处理步骤，具体包括：

S103、自然风干，去除岩心样本表层水分；

S104、低温环境循环升温烘干，去除岩心样本内部水分。

6.根据权利要求1所述的一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：还包括岩心自吸实验装置，该装置包括实验台(1)，所述实验台(1)的顶面设置有环形滑轨(2)，且环形滑轨(2)上设置有环形转台(3)，所述环形转台(3)的顶端固定安装有CT扫描固定架(4)，且环形转台(3)的中央设置有固定在实验台(1)顶面的调节支撑杆(5)，所述调节支撑杆(5)的顶端固定安装有水槽(6)，且水槽(6)内设置有岩心支撑结构(7)；

所述岩心支撑结构(7)包括设置在水槽(6)内的环形支承板(701)，且环形支承板(701)的底端通过支撑架(702)与水槽(6)连接，所述环形支承板(701)的顶面设置有若干个呈环形分布的支撑凸起(703)，且环形支承板(701)的外部设置有透明玻璃罩(704)。

7.根据权利要求6所述的一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：所述环形转台(3)的外部设置有均匀分布的轮齿组(8)，且环形转台(3)的侧方设置有位于实验台(1)表面的马达槽(9)，所述马达槽(9)内安装有减速马达(10)，且减速马达(10)的输出端连接有旋转轴(11)，所述旋转轴(11)的外部套设有与轮齿组(8)啮合的驱动齿轮(12)。

8.根据权利要求6所述的一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：所述调节支撑杆(5)包括与实验台(1)连接的底杆(501)，以及与水槽(6)连接的顶杆(502)，所述底杆(501)的顶部设置有螺纹段(503)，且螺纹段(503)的外部设置有内螺管(504)，所述内螺管(504)的顶端通过轴承(505)与顶杆(502)连接。

9.根据权利要求6所述的一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：所述环形转台(3)的侧面设置有定位凸起(13)，且环形转台(3)的顶面设置有若干定位螺栓(14)，所述实验台(1)的表面通过旋转连接件(15)连接有旋转定位杆(16)。

10.根据权利要求6所述的一种基于CT扫描的岩心自吸实验方法，其特征在于：所述水槽(6)的底部设置有放水口(17)，且放水口(17)内插设有水塞(18)。