用于掃描巖石面孔率的設(shè)備及方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種用于掃描巖石面孔率的設(shè)備，屬于年代學領(lǐng)域。其中巖石的孔隙中填充有熒光物質(zhì)，所述設(shè)備包括：能夠沿豎直方向上下移動的載物臺；在載物臺的上方依次從下至上布置的物鏡透鏡、偏光鏡和聚焦透鏡；布置在偏光鏡一側(cè)的能夠移動的激光掃描單元；在聚焦透鏡的上方依次從下至上布置的熒光入射孔板和光電信號放大器，光電信號放大器能夠接收來自被激光激活的熒光物質(zhì)的熒光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號；控制處理單元，其能夠控制載物臺的上下移動，控制激光掃描單元的工作，接收并處理來自光電信號放大器的電信號。本發(fā)明還提出了相應(yīng)的方法。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備和方法，可以精準、方便地觀測巖石面孔率。
【專利說明】用于掃描巖石面孔率的設(shè)備及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于掃描巖石面孔率的設(shè)備，屬于石油鉆井領(lǐng)域。本發(fā)明還涉及一種用于掃描巖石面孔率的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有技術(shù)中，在測試巖石面孔率時，通常采用普通光學顯微鏡觀察巖石薄片，再通過普通相機成像或者肉眼觀察的方式，在劃定區(qū)域范圍內(nèi)確定孔隙的面積，再經(jīng)過計算得到觀測巖樣的面孔率。
[0003]這種方法得到的結(jié)果受儀器和人的影響，誤差較大；同時，巖石儲層中的孔喉特征參數(shù)的測定只能采用間接測量的方式進行，無法得到巖石中真實的孔喉特征參數(shù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有的巖石面孔率測量誤差大以及無法得到巖石中真實的孔喉特征參數(shù)的問題。本發(fā)明提供了設(shè)備和相關(guān)的方法。
[0005]為了實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提出了一種專用于巖石樣本觀測的設(shè)備，該設(shè)備利用激光光源激發(fā)置于巖石內(nèi)部孔隙中的熒光物質(zhì)，通過使得該設(shè)備的物鏡與會聚透鏡的共焦點處于巖樣內(nèi)部，實現(xiàn)巖樣內(nèi)部點的清晰成像；通過設(shè)計激光光源的平面掃描，即可完成巖樣內(nèi)部一個切平面的完整圖像，圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過計算機軟件的處理，可以完成面孔率的準確計算。
[0006]本發(fā)明提出了一種用于掃描巖石面孔率的設(shè)備，其中所述巖石的孔隙中填充有熒光物質(zhì)，所述設(shè)備包括:能夠沿豎直方向上下移動的載物臺，用于放置巖石樣品；在載物臺的上方依次從下至上布置的物鏡透鏡、偏光鏡和聚焦透鏡，物鏡透鏡的一個焦平面處于巖石樣品內(nèi)部的觀測剖面中；布置在偏光鏡一側(cè)的能夠移動的激光掃描單兀，激光掃描單兀發(fā)射的激光能夠經(jīng)偏光鏡和物鏡透鏡投射到巖石樣品的觀測剖面上；在聚焦透鏡的上方依次從下至上布置的熒光入射孔板和光電信號放大器，聚焦透鏡的一個焦點位于熒光入射孔板的孔中，光電信號放大器能夠接收來自被激光激活的熒光物質(zhì)的熒光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號；控制處理單元，其能夠控制載物臺的上下移動，控制激光掃描單元的工作，接收并處理來自光電信號放大器的電信號。
[0007]在一個實施例中，載物臺的移動距離處于KT1微米量級。如此能夠保證測量的精度。
[0008]在一個實施例中，激光掃描單元能夠移動并使激光對巖石樣品的整個觀測剖面進行掃描。
[0009]在一個實施例中，來自光電信號放大器的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存儲在控制處理單元中。
[0010]在一個實施例中，控制處理單元能夠通過繪制巖石樣品的觀測剖面的圖像來計算巖石面孔率的值。
[0011]其中，通過設(shè)計巖樣載物臺的上下方向的微動機構(gòu)，可以改變激光掃描的層面，得到巖樣不同層面的完整圖像，之后通過計算機三維成像軟件的組合實現(xiàn)三維成像，再通過分析軟件對得到的三維成像進行分析，就可以得到真實的巖樣中孔喉特征參數(shù)。
[0012]本發(fā)明的另一方面，提出了一種掃描巖石面孔率的方法，包括:步驟1:將熒光物質(zhì)置于巖石樣品的孔隙中；步驟2:將巖石樣品置于根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的載物臺上，通過控制處理單元調(diào)節(jié)巖石樣品到物鏡透鏡的距離，使物鏡透鏡的焦平面處于所期望的巖石樣品的觀測剖面中；步驟3:通過控制處理單元控制激光掃描單元工作，使激光經(jīng)偏光鏡、物鏡透鏡聚焦到所述物鏡透鏡的位于巖石樣品的觀測剖面中的焦點處；步驟:4:若所述焦點處的巖石樣品為孔隙，則入射激光激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)出熒光信號，通過所述光電信號放大器接收所述熒光信號，所述光電信號放大器將所獲得的熒光信號轉(zhuǎn)換成電信號傳遞到控制處理單元；步驟5:通過所述激光掃描單元的運動使入射激光掃描巖石樣品的整個觀測剖面；步驟6:經(jīng)控制處理單元處理后得到所需要的面孔率數(shù)據(jù)和巖石儲層孔喉特征參數(shù)。
[0013]在一個實施例中，在步驟I中，將熒光物質(zhì)溶解到環(huán)氧樹脂中后放入容器中，然后把待測巖石樣品放入所述容器中使其完全浸入環(huán)氧樹脂中，把容器密封后通過改變?nèi)萜鞯膬?nèi)容積實現(xiàn)內(nèi)部壓力升高，將溶有熒光劑的環(huán)氧樹脂灌注到巖石樣品的孔隙中，然后取出巖石樣品用于成像測試。
[0014]在一個實施例中，熒光物質(zhì)為玫瑰紅色。
[0015]在一個實施例中，通過在豎直方向上上下移動載物臺，獲得巖石樣品的不同的觀測剖面的圖像，通過控制處理單元將不同的觀測剖面的圖像組合以得到巖石樣品的三維成像。
[0016]在一個實施例中，在步驟4中，來自熒光物質(zhì)的熒光透過物鏡透鏡、偏光鏡后經(jīng)聚焦透鏡聚集到熒光入射孔板的孔中，并通過熒光入射孔板的孔進入光電信號放大器。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明方法和設(shè)備與現(xiàn)有的巖石面孔率測試方法和設(shè)備相比，測量準確、操作簡單。載物臺、激光發(fā)射器以及光電信號放大器三個機構(gòu)通過控制處理單元相互配合，可以精確地進行巖樣三維成像，并準確描述巖石儲層孔喉特征。
[0018]上述技術(shù)特征可以各種技術(shù)上可行的方式組合以產(chǎn)生新的實施方案，只要能夠達到本發(fā)明的目的。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]在下文中將基于僅為非限定性的實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中:
[0020]圖1示意性顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于掃描巖石面孔率的設(shè)備50，其中還示意性顯示了光線的傳播；
[0021]圖2示意性顯示了熒光入射孔板6的小孔的作用。
[0022]在圖中，相同的構(gòu)件由相同的附圖標記標示。附圖并未按照實際的比例繪制。

【具體實施方式】
[0023]下面將參照附圖來詳細地介紹本發(fā)明。
[0024]圖1示意性顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于掃描巖石面孔率的設(shè)備50。
[0025]設(shè)備50包括載物臺I，用于放置巖石樣品2，載物臺I在豎直方向上可以實現(xiàn)上下的微動。這可以通過為載物臺I設(shè)置微動機構(gòu)來實現(xiàn)。
[0026]參照圖1，在載物臺I上方由下至上布置有物鏡透鏡3、偏光鏡4及聚焦透鏡5。為了進行觀測，使得物鏡透鏡3的焦點處于巖石樣品2內(nèi)部，物鏡透鏡3的焦平面即所觀測的剖面。
[0027]熒光入射孔板6間隔一定距離地安裝于聚焦透鏡5上方。而聚焦透鏡5的焦點位于熒光入射孔板6的透光孔中。
[0028]光電信號放大器7安裝于突光入射孔板6上方,突光入射孔板6的透光小孔與光電信號放大器7的光線入口對齊。
[0029]參照圖1的左手側(cè)，偏光鏡4的左側(cè)設(shè)置有激光掃描單元，激光掃描單元包括激光入射孔板9、掃描機構(gòu)10和激光發(fā)射器11。激光入射孔板9和掃描機構(gòu)10均連接于激光發(fā)射器11。掃描機構(gòu)10能夠帶動激光發(fā)射器11和激光入射孔板9運動，使得入射激光掃描整個巖石樣品2的觀測剖面。
[0030]激光發(fā)射器11產(chǎn)生的激光通過激光入射孔板9上的小孔投射在偏光鏡4上，激光通過偏光鏡4反射到物鏡透鏡3，而后經(jīng)物鏡透鏡3匯聚到位于巖石樣品2內(nèi)部的物鏡透鏡3的焦點14 (見圖2)處。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備50還包括計算機系統(tǒng)8 (即控制處理單元)。上述載物臺I的運動方向、運動距離大小由計算機系統(tǒng)8來控制并提供動力；激光掃描單元的發(fā)射與掃描的指令同樣由計算機系統(tǒng)8控制并提供動力；光電信號放大器7獲得的熒光信號最終傳遞給計算機系統(tǒng)8處理，然后得到所需要的面孔率數(shù)據(jù)和巖石儲層孔喉特征參數(shù)。
[0032]在一個實施例中，根據(jù)本發(fā)明的計算機系統(tǒng)8包括控制系統(tǒng)、成像系統(tǒng)和分析系統(tǒng)，載物臺I通過電纜和信號纜與計算機系統(tǒng)8連接，得到微動信號與動力；激光掃描單元(包括掃描機構(gòu)10、激光發(fā)射器11和激光入射孔板9)通過電纜和信號纜與計算機系統(tǒng)8連接，得到掃描運動與激光發(fā)射的信號，并且從計算機系統(tǒng)8獲得動力；光電信號放大器7通過電纜和信號纜與計算機系統(tǒng)8連接，信號纜把得到的光電信號傳到計算機成像系統(tǒng)，得到待測巖樣的各個掃描平面的光切平面圖像，并經(jīng)過計算機處理，得到待測巖樣的三維成像；電纜使光電信號放大器7從計算機系統(tǒng)8得到動力。
[0033]圖2顯示了熒光入射孔板6的孔的作用示意圖，只有焦平面13上的點14所發(fā)出的光16才能透過熒光入射孔板6的孔。焦平面13以外的點12所發(fā)出的光線15在熒光入射孔板6的平面上是離焦的，因此絕大部分無法通過熒光入射孔板6上的孔。因此，焦平面13上的觀察目標點14呈現(xiàn)亮色，而非觀察點12則作為背景呈現(xiàn)黑色，以此方式反差增加、圖像清晰。在成像過程中，熒光入射孔板6的孔的位置始終與物鏡透鏡3的焦點14呈現(xiàn)一一對應(yīng)的關(guān)系。
[0034]本發(fā)明還提出了一種用于掃描巖石面孔率的方法。
[0035]在檢測中，首先將例如玫瑰紅的熒光物質(zhì)溶解到環(huán)氧樹脂中，然后將其放入特定的容器中，之后把待測巖樣2放入使其完全浸入環(huán)氧樹脂中。把容器密封后通過改變?nèi)萜鞯膬?nèi)容積實現(xiàn)內(nèi)部壓力升高，將溶有熒光劑的環(huán)氧樹脂灌注到巖樣的孔隙中，然后取出巖樣磨制巖樣薄片，用于設(shè)備50的成像測試。
[0036]將制備好的巖樣薄片2放置在載物臺I上，啟動計算機系統(tǒng)8，按照要求調(diào)節(jié)好巖樣2表面到物鏡透鏡3的距離，使物鏡透鏡3的焦平面處于期望觀測的巖石樣品剖面中，然后通過計算機系統(tǒng)8控制掃描機構(gòu)10和激光發(fā)射器11工作。
[0037]激光發(fā)射器11發(fā)射的激光通過激光入射孔板9上的小孔入射到偏光鏡4上，偏光鏡4把入射的激光反射到物鏡透鏡3，并且激光透過物鏡透鏡3匯聚到焦點14上。
[0038]如果焦點14處是孔隙，則被溶有玫瑰紅熒光物質(zhì)的環(huán)氧樹脂充填，熒光物質(zhì)在激光的照射下發(fā)出熒光16。熒光16經(jīng)過物鏡透鏡3和偏光鏡4，然后通過聚焦透鏡5匯聚到熒光入射孔板6上的孔處，之后熒光通過該孔到達光電信號放大器7。
[0039]熒光信號經(jīng)過光電信號放大器7轉(zhuǎn)變成電信號，例如通過信號纜傳遞到計算機系統(tǒng)8。以此方式，巖樣2內(nèi)部的特征就轉(zhuǎn)變成數(shù)據(jù)信號儲存在計算機系統(tǒng)8中。
[0040]如果焦點14所在位置處不是孔隙，則沒有熒光傳遞，則巖石內(nèi)部的特征以另外一種數(shù)據(jù)信息儲存。
[0041]通過掃描機構(gòu)10帶動激光發(fā)射器11和激光入射孔板9運動，實現(xiàn)入射激光在的巖石樣品2的整個觀測剖面上的掃描。通過計算機系統(tǒng)8控制掃描系統(tǒng)工作，則整個焦平面13上的信息全部會以數(shù)據(jù)信號的形式存儲在計算機系統(tǒng)8中，然后通過計算機系統(tǒng)8中的成像系統(tǒng)軟件，就可以繪制焦平面13的圖像，在經(jīng)過數(shù)據(jù)分析軟件，就可以精確地計算出面孔率的值。
[0042]通過計算機系統(tǒng)8控制載物臺I上下運動，就可以改變焦平面13的位置，再啟動激光掃描單元和計算機系統(tǒng)8的成像功能，可以得到另一個切平面的圖像。若干多的切平面成像經(jīng)過計算機系統(tǒng)8處理，可以合成巖樣2的三維圖像。
[0043]在一個實施例中，由于載物臺I每次運動的距離可以小至零點幾微米，因此通過所得到的三維圖像可以真實準確地觀察到2微米左右的孔隙，從而能夠真實地反映巖石儲層的孔喉基本特征。
[0044]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權(quán)利要求的范圍內(nèi)的所有技術(shù)方案。
【權(quán)利要求】
1.用于掃描巖石面孔率的設(shè)備，其中所述巖石的孔隙中填充有熒光物質(zhì)，所述設(shè)備包括: 能夠沿豎直方向上下移動的載物臺，用于放置巖石樣品； 在所述載物臺的上方依次從下至上布置的物鏡透鏡、偏光鏡和聚焦透鏡，所述物鏡透鏡的一個焦平面處于所述巖石樣品內(nèi)部的觀測剖面中； 布置在所述偏光鏡一側(cè)的能夠移動的激光掃描單元，所述激光掃描單元發(fā)射的激光能夠經(jīng)所述偏光鏡和所述物鏡透鏡投射到所述巖石樣品的觀測剖面上； 在所述聚焦透鏡的上方依次從下至上布置的熒光入射孔板和光電信號放大器，所述聚焦透鏡的一個焦點位于所述熒光入射孔板的孔中，所述光電信號放大器能夠接收來自被激光激活的熒光物質(zhì)的熒光信號并將其轉(zhuǎn)換為電信號； 控制處理單元，其能夠控制所述載物臺的上下移動，控制所述激光掃描單元的工作，接收并處理來自所述光電信號放大器的電信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述載物臺的移動距離處于10—1微米量級。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，所述激光掃描單元能夠移動并使激光對巖石樣品的整個觀測剖面進行掃描。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，來自所述光電信號放大器的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號存儲在所述控制處理單元中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制處理單元能夠通過繪制所述巖石樣品的觀測剖面的圖像來計算巖石面孔率的值。
6.通過根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備掃描巖石面孔率的方法，包括: 步驟1:將熒光物質(zhì)置于巖石樣品的孔隙中； 步驟2:將巖石樣品置于所述設(shè)備的載物臺上，通過控制處理單元調(diào)節(jié)巖石樣品到物鏡透鏡的距離，使物鏡透鏡的焦平面處于所期望的巖石樣品的觀測剖面中； 步驟3:通過控制處理單元控制激光掃描單元工作，使激光經(jīng)偏光鏡、物鏡透鏡聚焦到所述物鏡透鏡的位于巖石樣品的觀測剖面中的焦點處； 步驟:4:若所述焦點處的巖石樣品為孔隙，則入射激光激發(fā)熒光物質(zhì)發(fā)出熒光信號，通過所述光電信號放大器接收所述熒光信號，所述光電信號放大器將所獲得的熒光信號轉(zhuǎn)換成電信號傳遞到控制處理單元； 步驟5:通過所述激光掃描單元的運動使入射激光掃描巖石樣品的整個觀測剖面； 步驟6:經(jīng)控制處理單元處理后得到所需要的面孔率數(shù)據(jù)和巖石儲層孔喉特征參數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在步驟I中，將熒光物質(zhì)溶解到環(huán)氧樹脂中后放入容器中，然后把待測巖石樣品放入所述容器中使其完全浸入環(huán)氧樹脂中，把容器密封后通過改變?nèi)萜鞯膬?nèi)容積實現(xiàn)內(nèi)部壓力升高，將溶有熒光劑的環(huán)氧樹脂灌注到巖石樣品的孔隙中，然后取出巖石樣品用于成像測試。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述熒光物質(zhì)為玫瑰紅色。
9.根據(jù)權(quán)利要求6到8中任一項所述的方法，其特征在于，通過在豎直方向上上下移動所述載物臺，獲得巖石樣品的不同的觀測剖面的圖像，通過所述控制處理單元將不同的觀測剖面的圖像組合以得到巖石樣品的三維成像。
10.根據(jù)權(quán)利要求6到9中任一項所述的方法，其特征在于，在步驟4中，來自熒光物質(zhì)的熒光透過物鏡透鏡、偏光鏡后經(jīng)所述聚焦透鏡聚集到所述熒光入射孔板的孔中，并通過所述熒光入射孔板的孔進入所述光電信號放大器。
【文檔編號】G01N15/08GK104181089SQ201310192414
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2013年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月22日
【發(fā)明者】康志江, 李彤, 趙艷艷, 張允 , 崔書岳 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司石油勘探開發(fā)研究院