CN1955728A - 岩石微电扫描成像系统及成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种岩石微电扫描成像系统及成像方法，该系统包括：一电极极板，该电极极板上分布设有多个相互绝缘的电极，电极极板及电极与信号发生装置连接，电极通过电流采样电阻与接口电路输入端连接；一回流极板，该回流极板与信号发生装置连接。该成像方法是将样品加工成饱和可导电流体，再把样品固定在回流极板与电极极板之间，由信号发生装置发送测量信号，系统采集各电极的电流数据，电流数据经系统归一化处理及重构图像处理后显示出来。本发明通过对已知的岩石样品模型进行相关的测量，建立岩石样品模型的图像裂缝宽度与实际样品裂缝宽度间的对应关系，为井场上成像仪器测量图像反算真实裂缝宽度提供计算依据。

Description

岩石微电扫描成像系统及成像方法

技术领域

本发明涉及一种岩石微电扫描成像系统及成像方法，尤其是一种在石油天然气勘探中，利用测量岩石样品来为井场上成像仪器提供反算真实裂缝宽度计算依据的岩石微电扫描成像系统及成像方法。

背景技术

在石油天然气勘探中，需要对当地的地质岩层的理化特性进行相应的勘测，为今后的开采工作提供充足的地质资料依据。

对于在测井中岩石裂缝的分布研究，通常是采用全井眼地层微电阻率成像仪(FMI)，在井场上直接进行勘测。

全井眼地层微电阻率成像仪关键部件是四个相互垂直、推靠井壁的推靠臂，每个推靠臂带一个极板和一个翼板。每个极板与翼板上各有24个电极，用以获取192条微电阻率曲线。钮扣电极直径0.41cm，绝缘环外径0.61cm，电极排距0.76cm。测量时，整个极板保持等电位，总电流为固定值，测量每个钮扣电极的电流，然后根据极板电位及每个钮扣电极电流算出每个钮扣电极的接地电阻，对这些接地电阻进行归一化处理后转化为灰度值以图像形式显示出来。

现有的全并眼地层微电阻率成像仪在测井中存在着一些不足，在其工作中，实际上测量的是钮扣电极附近探测范围内电阻率异常的分布情况，而不是井壁岩层本身的电阻率，因此，该全井眼地层微电阻率成像仪不能有效精确的获取岩层裂缝的分布参数。

由于全井眼地层微电阻率成像仪极板具有弧度，测量电流具有较大的发散性，并且每个极板上的钮扣电极数目较少，因此，该全井眼地层微电阻率成像仪不能在实验室内对已知的岩石小样品模型进行相关的测量。

为解决这些问题，本发明可以在实验室中，对已知的岩石的小样品模型进行相关的测量，建立岩石小样品模型的图像裂缝宽度与实际样品裂缝宽度间的对应关系，为井场上成像仪器测量图像反算真实裂缝宽度提供计算依据，保证井场上成像仪器精确有效的获取岩层裂缝的分布参数。

发明内容

本发明的第一目的在于针对上述现有技术所存在的不足，提供一种岩石微电扫描成像系统，该系统能够在实验室中对岩石样品的裂缝分布状况进行扫描成像，为井场上成像仪器测量图像反算真实裂缝宽度提供计算依据。

本发明的第二目的在于针对上述现有技术所存在的不足，提供一种岩石微电扫描成像方法，该方法通过在实验室中对岩石样品的加工处理以及对检测该岩石样品的电流信号的采集、处理，获取岩石样品的裂缝分布状况的图像。

为实现上述第一目的，本发明采用了一种岩石微电扫描成像系统，其包括计算机、信号发生装置以及接口电路；所述信号发生装置通过通用并行接口总线与该计算机连接；所述接口电路与所述计算机的信号输入端连接，还包括：

一电极极板，该电极极板上分布设有多个相互绝缘的电极，所述电极极板及所述电极与所述信号发生装置连接，所述电极通过电流采样电阻与所述接口电路输入端连接；

一回流极板，该回流极板与所述信号发生装置连接。

所述电极采用平面阵列均匀排布在所述电极极板上，该电极极板为金属板。所述电极采用相邻两排之间相互错位方式均匀排布，电极为钮扣电极，其侧面裹覆有绝缘环。

本发明的岩石微电扫描成像系统，采用多个钮扣电极以平面阵列均匀排布在电极极板上，且钮扣电极与周围电极之间相互绝缘，可使钮扣电极与被测样品充分接触，测量电流相对集中，能保证在验室内对岩石小样品的裂缝分布情况进行精确的扫描成像，通过对已知的小样品模型测量，建立图像裂缝宽度与实际样品裂缝宽度间的对应关系，从而为井场上成像仪器测量图像反算真实裂缝宽度提供计算公式。

为实现上述第二目的，本发明采用了一种岩石微电扫描成像方法，其执行以下步骤：

步骤1、把待测岩石加工成板状体，并浸泡在电解质溶液中达到饱和状态，制成被测样品；

步骤2、把所述被测样品设置在所述电极极板与回流极板之间；

步骤3、所述计算机给所述信号发生装置下达发送信号命令，该信号发生装置发射测量信号给所述电极极板及电极，使所述电极以相等的电位向被测样品发送测量电流；

步骤4、电流采样电阻采集所述电极上测量电流的信号，并将该信号传送给所述接口电路；

步骤5、所述计算机对采集到的信号进行实时归一化处理及重构图像处理。

本发明的成像方法充分利用电极极板上排布的钮扣电极与其周围的钮扣电极和极板具有相等的电压，可形成电流聚焦作用，使其供出的电流近乎垂直于接触面并穿透岩石样品而到达样品对面的回流极板，这样所采集的电流数值可精确反映的被测样品的电阻率，经相应处理后即可得到被测样品裂缝分布情况的成像图。

附图说明

图1为本发明岩石微电扫描成像系统的一个具体实施例的构成框图；

图2为图1所示实施例中电极极板的结构示意图；

图3为本发明岩石微电扫描成像方法的一个具体实施例流程图；

图4为带裂缝的人工岩石样品示意图；

图5为图3所示成像方法中步骤3的具体过程示意图；

图6为对图4所示岩石样品进行扫描成像结果图。

具体实施方式

本发明岩石微电扫描成像系统由计算机、信号发生装置、电极极板及其上电极与回流极板、接口电路等几部分顺次连接组成，图1为本发明岩石微电扫描成像系统的一个具体实施例的构成框图，该系统计算机1与信号源2之间采用通用并行接口总线GPIB总线相连，回流极板与电极极板3同信号源2输出端之间采用普通电线连接，电极极板上的电极与接口电路4输入端之间采用普通电线连接，接口电路4输出端与计算机1信号输入端之间采用普通电线连接。

电极排布在电极极板上，电极的形状、大小、相互之间的距离、排布方式极为关键，直接影响成像的效果，本发明电极为钮扣电极，其侧面裹覆有绝缘环，钮扣电极采用平面阵列方式均匀排布在电极极板上，并且相邻两排之间相互错位。这种排布方式可使电极与被测样品充分接触，测量电流相对集中，保证测量的精确性。

图2为图1所示实施例中电极极板的具体结构示意图，电极极板B为6cm×7cm的长方形金属板，钮扣电极D的直径为0.4cm，其外围紧包着的绝缘环J宽度为0.1cm，电极阵列采用平面阵列，由64个钮扣电极组成，成8排分布，每排8个，排与排之间的间距为0.76cm，排中电极之间的间距为0.59cm，相邻两排之间水平错位为0.25cm，且错位方向交替出现。电极阵列位于电极极板B中央，其长为5.92cm，宽为4.98cm，与电极极板B的上下边距为0.54cm，左右边距为0.51cm。

为能让被测样品与电极极板上的电极更好地接触，电极极板与回流极板上设有一夹持器，夹持器可将电极极板与回流极板相向夹紧。测量时在被测样品放置在电极极板与回流极板之间，这样可利用夹持器将被测样品固定在电极极板与回流极板之间，使被测样品与电极极板的相对位置不会发生改变，保证测量的准确性。

图3为本发明岩石微电扫描成像方法的一个具体实施例流程图，具体步骤为：

步骤1、加工岩石样品，将岩石样品加工成长为8cm，宽为8cm，高为2.5～3.5cm的薄板，样品也可用天然岩石、人造岩石或导电橡胶。本例中，用人造岩石样品；如图4所示，图4为带裂缝的人工岩石样品示意图，其上有一条人工裂缝，样品高度H为8cm，宽度W为8cm，厚度T为3cm，图中阴影部分为电阻率异常体，其电阻率Rt＝0.01Ω·m，阴影部分张开度APERTURE＝0.2cm，深度DEPTH＝1.5cm，非阴影部分电阻率Rb＝30.3Ω·m，将加工好的岩石样品浸泡在电解质溶液中达到饱和状态，电解质溶液可为饱和的盐水溶液，把岩石样品做成饱和可导电的流体，作为被测样品；

步骤2、固定被测样品，把被测样品设置在电极极板与回流极板之间，这个过程分两步，首先，将被测样品设置在电极极板与回流极板之间，然后，利用夹持器使电极极板与回流极板和被测样品的表面紧密贴合，测量时夹持器可保证极板与样品接触良好并保持其相对位置不变；

步骤3、计算机给信号发生装置下达发送信号命令，信号发生装置发射测量信号给电极极板及电极，使电极以相等的电位向被测样品发送测量电流；信号的发射采用电极阵列，且各电极保持相等的电位向被测样品发射测量信号，发射信号同时到达各个电极和极板，系统可通过检测电极电压，控制发射信号电流的大小；对于某一电极而言，它与周围电极和极板具有相等的电压，因而形成了电流聚焦作用，使其供出的电流近乎垂直于接触面并穿透岩石样品而到达样品对面的回流极板；由于电极极板与各电极的电压恒定，因而，每个电极所流出的电流大小取决于所流经途径上的介质电阻的大小，这样因样品中有裂缝存在，并且其内含水，所以电阻比周围的小而导致与其对应的电极流出的电流大，这样就可用电流大小分布来反映岩石裂缝存在情况；电极发射测量信号过程中，计算机还需对电极电压进行检测；

图5为图3所示成像方法中步骤3的具体过程示意图，步骤3包括有：

步骤31、计算机给信号发生装置下达发射信号命令；

步骤32、计算机检测电极电压，如果超值，则继续执行步骤4；如果不超值，则调整测量信号，然后执行步骤31；

步骤4、电流采样电阻采集各电极上测量电流的信号，并将该信号传送给接口电路，每个电极通过其输入端串接的电流采样电阻把电流大小的信号传递出来，传送给接口电路输入端，经接口电路放大滤波后由计算机采样接收，计算机可对所述电极上测量电流的信号进行选择采样；

步骤5、计算机对采集到的电流值进行实时的归一化处理、重构图像处理，并根据需要进行循环测量，最后以灰度或彩色形式在屏幕上显示出来，这样就获得了被测样品的表面电阻率图像；

如图6所示，图6为对图4所示岩石样品进行扫描成像结果图，图像可为灰度图，也可为彩色图，灰度图像用灰度深浅来表示被测样品电阻率的大小，彩色图像则以不同颜色表示测样品电阻率的大小，在图6中部，有灰色程度明显不同的一条分界线，说明图4所示岩石样品有一条裂缝，证明本发明成像方法可以检测出宽度为2mm的裂缝。

如果不断改变裂缝宽度和电阻率，并与所成图像的裂缝显示宽度对比建立关系，则可以为石油天然气勘探中的井壁电成像测井的资料定量评价裂缝提供反演模型。

Claims (10)

1、一种岩石微电扫描成像系统，其包括计算机、信号发生装置以及接口电路；所述信号发生装置通过通用并行接口总线与该计算机连接；所述接口电路与所述计算机的信号输入端连接，其特征在于还包括：

一电极极板，该电极极板上分布设有多个相互绝缘的电极，所述电极极板及所述电极与所述信号发生装置连接，所述电极通过电流采样电阻与所述接口电路输入端连接；

一回流极板，该回流极板与所述信号发生装置连接。

2、根据权利要求1所述的岩石微电扫描成像系统，其特征在于：所述电极采用平面阵列均匀排布在所述电极极板上，该电极极板为金属板。

3、根据权利要求2所述的岩石微电扫描成像系统，其特征在于：所述电极采用相邻两排之间相互错位方式均匀排布。

4、根据权利要求1、2或3所述的岩石微电扫描成像系统，其特征在于：所述电极为钮扣电极，其侧面裹覆有绝缘环。

5、根据权利要求1所述的岩石微电扫描成像系统，其特征在于：所述电极极板及回流极板上还设有一用于将所述电极极板及回流极板相向夹紧的夹持器。

6、一种基于上述权利要求1-5任一所述岩石微电扫描成像系统对岩石进行微电扫描成像的方法，其特征在于执行以下步骤：

步骤1、把待测岩石加工成板状体，并浸泡在电解质溶液中达到饱和状态，制成被测样品；

步骤2、把所述被测样品设置在所述电极极板与回流极板之间；

步骤3、所述计算机给所述信号发生装置下达发送信号命令，该信号发生装置发射测量信号给所述电极极板及电极，使所述电极以相等的电位向被测样品发送测量电流；

步骤4、电流采样电阻采集所述电极上测量电流的信号，并将该信号传送给所述接口电路；

步骤5、所述计算机对采集到的信号进行实时归一化处理及重构图像处理。

7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤1中所述待测岩石被加工成厚度为2.5～3.5厘米的板状体。

8、根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤2具体为：

首先，将所述被测样品设置在所述电极极板与回流极板之间；

然后，利用所述夹持器使所述电极极板与回流极板和所述被测样品的表面紧密贴合。

9、根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述步骤3具体执行以下步骤：

步骤31、计算机给信号发生装置下达发射信号命令；

步骤32、计算机检测电极电压，如果超值，则继续执行步骤4；如果不超值，则调整所述测量信号，然后执行步骤31。

10、根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤4中所述采集所述电极上测量电流的信号的过程是利用计算机对电极上测量电流的信号进行选择采样。